多载荷下带有生理限定应力的松质骨细观结构模拟

松质是骨的重要组成部分，属多胞体结构，由于构成松质骨的小梁骨尺寸较小，形状多变，因此给松质骨的研究增加了困难。本文把负反馈调节的生理特征引入骨再造模拟中，提出带有生理限定应力的骨再造自适应模型。模型具有骨再造局部适应的正反馈调节与整体控制的负反馈调节的生理调整过程，使骨结构内的应力控制在生理限定应力以下，维持骨力学环境的稳定。使用此模型在几种不同的力学环境下模拟了松质骨结构，定量地预测了松质骨细观结构与其力学环境的对应关系，同时表明了松质骨细观结构与力学环境的适应性。模拟结果与真实松质骨细观结构的典型部分相一致。     

股骨头松质骨的三维结构及其力学意义

用扫描电镜对１２个正常股骨头的松质骨结构进行了观察，发现股骨头松质骨是一种由大量较细的拱形骨柱和较宽大的骨板相互结构构成的多孔结构，在最表层部位，许多不同方向排列的拱形骨柱支撑软骨下骨，骨柱和骨板中的矿柱排列基本相似，在骨板表面可见血管滋养孔，而骨柱表面则未见到，股骨头松质骨的特殊三维结构使其具有良好的承载功能和顺应性。     

人体椎体松质骨的力学性质和应力分析

在人体新鲜椎骨(8个脊柱样本,160个椎体骨试样),整体静力学实验的基础上,通过有限元分析,确定了人体椎体松质骨的力学性质:E=188±30N/mm~2,v=0.20,校核实验表明,此结果是可靠的。进而分析了在弹性极限条件下椎体的应力分布,得出相应极限压力应为σzm=5.53±0.15N/mm~2。     

胞元结构形式、材料性质对松质骨力学性能的影响

将均匀化理论与有限元方法相结合 ,讨论了骨小梁的弹性模量、泊松比和构成松质骨微结构的形式对松质骨力学性质的影响。结果表明微结构的形式和固体体分比确定时 ,松质骨的弹性模量与骨小梁弹性模量之间存在着确定的数量关系 ;当微结构的固体体分比较小时 ,骨小梁的泊松比对松质骨的弹性模量几乎没有影响。讨论了微结构形式对松质骨弹性模量的影响。     

元胞自动机在模拟细胞行为方面的应用

在生物细胞生长机理以及莫诺德微分方程模型的基础上,推导出生物细胞生长以及底物消耗的微分方程,并基于此建立模拟生物细胞生长的元胞自动机模型(CABCGM)。CABCGM采用二维细胞自动机作为细胞的生长空间,采用Moore型邻域作为细胞的邻居规则,其演化规则根据细胞的生长机理和推导出的动力学微分方程设计。在建立元胞自动机模型的前提下,以Matlab为开发工具来实现模型编程,并进行仿真实验。仿真结果表明,利用元胞自动机建立的生物细胞的生长模型与实际微分方程细胞的生长曲线比较吻合(尤其在前期时间段),故元胞自动机能较好地描述细胞生长的演化行为。     

生物模式的元胞自动机模型(II):菌落的生长模式

对生物模式形成机制的探讨一直是生命科学特别是发育生物学的重要课题。我们曾应用元胞自动机方法建立了一个从单细胞及其行为到细胞与细胞、细胞与胞外环境相互作用下生物模式的形成模型。本文应用此模型,同时考虑到营养物和代谢对细胞繁殖的影响,模拟菌落的生长模式。     

生物模式的元胞自动机模型（Ⅰ）：盘基网柄菌的聚集模式

对生物模式的形成机制的探讨一直是生命科学特别是发育生物学的重要课题。目前已经积累了大量的多学科的研究数据并提出了一些的理论，但生物模式形成的真正机制仍然很不清楚而需更深入的探索。本文试图运用元胞自动机方法建立一个从单细胞及其行为到细胞与细胞、细胞与胞外环境相互作用下生物模式形成的模型。并应用此模型，基于“诱导开关”概念，提出一种新的离散模型来模拟盘基网柄菌（Dictyostelium discoideum）的聚集模式。     

跨膜蛋白拓扑结构预测的研究进展

跨膜蛋白拓扑结构预测是生物信息学的研究热点之一。本文简述了跨膜蛋白预测算法的研究进展 ,并给出了基于欧洲生物信息中心测试集的各种算法的预测结果。通过结果的比较 ,指出了各种算法的优缺点 ,并就可能提高算法预测准确度的方法时行了讨论。     

生物模式的元胞自动机模型(I):盘基网柄菌的聚集模式

对生物模式的形成机制的探讨一直是生命科学特别是发育生物学的重要课题。目前已经积累了大量的多学科的研究数据并提出了一些的理论,但生物模式形成的真正机制仍然很不清楚而需更深入的探索。本文试图运用元胞自动机方法建立一个从单细胞及其行为到细胞与细胞、细胞与胞外环境相互作用下生物模式形成的模型。并应用此模型,基于“诱导开关”概念,提出一种新的离散模型来模拟盘基网柄菌(D ictyostelium d iscoid eum)的聚集模式。     

蛋白质结构预测的方法学评述

过去几年里,在蛋白质结构预测方面,人们努力发展新的方法与算法,本文较为详细地综述了这些算法;在二级结构方面,对Chou-Fasman方法、GOR方法、Lim方法、神经网络算法进行了讨论;在四级结构预测方面,对基于蛋白质结构认识的结构预测、从头预测方法等进行了综述.总之,在蛋白质结构预测方面仍存在不少困难,但这些困难正在逐步解决.     

初始密度对骨自优化结果的影响

骨自优化理论在研究骨的生长机理,以及预测非正常情况下（如骨折后的修复,多孔覆盖植入物附近骨的生长过程等）骨的适应过程具有非常重要的意义,是从宏观角度研究受力与生长的关系。本文将骨自优化理论和有限元法结合起来,用计算机模拟了悬臂梁模型的密度分布及激励情况,得到了类似于工程中的杵架结构。重点讨论了参考激励值Ｋ固定时,初始均匀密度的变化对结构最终形状和质量的影响。并用骨痂吸收的实际例子再一次验证了初始均     

骨折愈合塑形的力学机理Ⅱ——骨自优化理论的应用

采用骨自优化理论与有限元相结合的方法 ,用计算机模拟骨折愈合塑形行为 ,从而定量地分析骨折愈合塑形的力学机理。结果表明 :骨折愈合塑形过程中 ,骨痂的不同类型和骨质疏松的不同层度皆可经过一定时间的塑形以适应受力环境而恢复到骨的正常状态 ;骨在力学环境下调整结构和密度来保持骨的最优结构 ;骨缺损的恢复在缺损处存在恢复到正常状态的密度临界值。本文证实了骨折愈合塑形过程是骨的结构形态对力学环境的最佳适应 ,从而定量的说明了力学环境是引起骨折愈合塑形的主要因素 ,该过程符合Wolff定律。     

加压钢板固定术后内植物失败的生物力学分析

目的 探讨内固定失败的生物力学原因。方法 在用有限元方法对普通加压钢板固定股骨干骨折进行应力分析的基础上,分析了内植物失败病例34例的失败原因。结果 除手术操作和内植物自身的缺陷外,许多因素如钢板的安放位置、钢板长度、螺钉安放不足、螺钉选择不当、骨折端有间隙、骨皮质有缺损等方面均影响骨折的稳定性和钢板的安全性。结论 应强调骨折内固定中的生物力学原则,尽可能避免应力集中,以保证内植物确实达到坚强有效的内固定作用。     

补肾益精方对卵巢切除后骨质疏松大鼠皮质骨截面几何结构、骨密度和生物力学性能的影响

目的：评价补肾益精方提高绝经后骨质疏松症大鼠模型皮质骨质量的有效性，探讨其改善皮质骨力学性能的作用机制。方法：Wistar雌性大鼠40只随机分为A组（正常对照组，双侧卵巢假切除术），B组（模型对照组，双侧卵巢切除术），C组（补肾益精方组，双侧卵巢切除术＋补肾益精方），D组（倍美力组，双侧卵巢切除术＋倍美力），给药组的给药时点是双侧卵巢切除术后90天，处死时点是卵巢切除术／假切除术后180天，处死后，测定各组大鼠左股骨中段的截面宏观几何结构参数，骨矿密度与右股骨三点弯曲的结构力学参数，材料力学参数。结果：截面宏观几何结构参数显示，B组与A组比较，骨髓腔显著扩大（P＜0．05），骨皮质显著变薄（P＜0．05），C组，D组与B组比较，骨髓腔都没有明显缩小，但骨皮,质均明显变厚（P＜0．05），B组的骨密度与A组比较，没有明显下降，C组也无明显上升，B组的结构力学和材料力学参数与A组比较，均显著下降（P＜0．05），C组，D组与B组比较，C组的结构硬度与弹性模量显著上升（P＜0．05），D组上升不显著，两组其余的力学参数都显著上升（P＜0．05），结论：补肾益精方可以提高双侧卵巢切除后骨质疏松症大鼠皮质骨的骨质量，其作用机制是修饰皮质截面的宏观几何结构，而与倍美力不同的是通过不显著增加皮质骨骨密度的方式上调皮质骨的结构硬度与弹性模量。     

人体左心室复合材料有限元机械模型的建立

人体心脏通过电兴奋引起的心肌收缩实现泵血功能，而心肌的力学特性高度依赖于肌纤维旋向。根据肌纤维结构和复合材料理论建立了人体左心室的三维有限元机械模型，并讨论了心电兴奋力及后负荷的计算问题，最后仿真研究了在正常心脏兴奋传播过程中左心室在载荷作用下的力学响应，并与磁标记的MR成像结果及其他有关模型进行了比较。研究结果表明该模型可用于探讨心脏的机械功能和生理病理机制，为建立具有电生理及力学性能的虚拟心脏奠定了基础。     

无限元方法及其在烤瓷熔附金属全冠应力分析中的应用

在对口腔修复临床常见的烤瓷熔附金属全冠有限元法分析基础上 ,将修复体唇侧颈缘出现应力集中区域采用无限元方法进行分析 ,有限元与无限元区域的数据连接采用区域分解法的D -N迭代法实现。结果显示 :无限元方法能计算出模型中应力集中区域任意一点应力、应变值 ,准确描述修复体发生金 -瓷结合破坏和崩瓷、瓷裂的可能 ,为临床金 -瓷修复体的设计与制作和无限元方法在口腔生物力学中的应用提供理论依据