植介入生物材料的结构、力学特性与生物效应

<正>伴随着人口老龄化社会日益增长的需求,植介入医疗器械领域创新活跃。植介入生物材料的结构、力学特性及其与细胞组织的相互作用关系是决定内植物成败的关键,其蕴含的科学问题也日益受到学界的关注。1 生物材料的结构与力学特性、结构仿生与生物材料创新生物材料结构与其力学特性之间有密切关系。生物体在自然选择的过程中,演化出独特的结构和力学性质。通过模仿生物体的多级结构和材料合成过程,可形成一系列具有特殊力学性质的仿生生物材料。     

人体正常和病理肝脏体积、密度检测及其意义

目的检测不同病变肝组织密度值,获得不同的密度值范围与不同病变形态学表现的关联性,为病理学和法医学尸检提供简便、可靠的肝脏病变的诊断依据.方法应用自主研制的电子智能化体积密度仪,同步检测171例尸体肝脏的质量-体积-密度,根据大体及组织形态学改变将密度分为5组,对各组密度值均数差异进行统计学分析.结果正常组肝密度的年龄和性别差异均不显著;不同病变组密度均数具有显著性差异(P值均＜0.01).结论正常及不同病变肝密度与其形态学表现有密切关联.     

瓣后血流湍流剪应力在体无创测量技术

本文提出并实现了基于彩色超声多普勒速度图像分析的瓣后血流湍流剪应力的在体无创测量的数值方法及软件。首先通过图像处理和图像分析得到待测位点至少5个心动周期的速度曲线，然后在每个周期获取该位点N(N≥5)个时刻的瞬时速度信息，由此计算该位点的速度扰动并进一步计算法向雷诺应力和湍流剪应力。软件包括图像捕获、图像预处理、交互式速度获取以及湍流剪应力计算等功能，并使用了多媒体数据库对数据和图像进行管理。实际应用表明，该方法和软件是一种方便可行的在体无创测量瓣后血流湍流剪应力的手段，可为一些瓣膜疾病的诊断和人工心瓣的性能评估提供有效的血液动力学依据。     

“微植体-上颌骨”三维有限元模型的建立

目的探索基于Mimics医学图像处理系统的CT法快速建模新思路,建立几何相似性好、可灵活组装、含微植体的上颌骨三维有限元模型。方法以牙列完整的成人上颌骨为标本,作螺旋CT扫描后将图像传输至Mimics系统进行三维重建,再运用Abaqus对三维模型进行网格划分后建立有限元模型。结果获得几何相似性好、可拆卸的三维有限元模型;探索出一条基于Mimics的生物力学模型快速建模新方法。结论应用高精度螺旋CT成像、Mimics和Abaqus相结合的方法建立含微植体的上颌骨三维有限元模型是切实有效和可行的。Mimics系统有助于快速建模及提高模型的几何相似性。     

微植体支抗滑动法内收上颌前牙的三维有限元研究

目的探讨不同微螺钉种植体植入高度以及不同牵引钩高度对微植体支抗滑动法内收上颌前牙的生物力学效应的影响。方法采用高精度螺旋CT扫描结合MIMICS快速三维重建的方法建立微植体－直丝弓上颌前牙内收力系的三维有限元模型,并在准确构建托槽、牙齿、弓丝、微种植体的力学关系基础上计算当微种植体植入高度为4、8 mm时以及牵引钩高度为1、4、7、10 mm时上颌前牙的初始移动情况。结果随着牵引钩高度的增加,上颌前牙内收时逐渐从冠舌向倾斜移动变为冠唇向移动;微种植体高位植入更有利于上颌前牙内收时的压入移动。结论通过微种植体植入高度和牵引钩高度的变化可以有效控制上颌前牙内收的牙齿移动方式。     

下颌KennedyⅡ类牙列缺损冠外附着体义齿的三维有限元分析——基牙数目对支持组织应力分布的影响

目的：探讨不同基牙数目下,下颌单侧游离端缺损冠外附着体义齿修复支持组织的应力分布情况。方法：建立下颌KennedyⅡ类牙列缺损冠外附着体义齿修复的三维有限元模型,分析在垂直向和侧向载荷作用下采用不同基牙数目时,基牙牙周组织及缺牙区牙槽嵴的Von Mises应力分布。结果：不同载荷方向,末端基牙均受到较大的非轴向应力,应力主要集中在牙颈部,缺牙区牙槽嵴的应力较大。单侧基牙数由1个增加到2个时,远中基牙牙周的应力略有减小,但当基牙数目从2个增加至3个时,垂直向和颊舌向加载时末端基牙牙周膜和牙槽骨的应力均有明显下降,但在舌颊向加载时,第二前磨牙各部位的应力没有明显下降,部分牙颈部的应力反而有所增加。结论：在下颌单侧游离端缺损修复中,冠外附着体义齿支持组织应力的减小与基牙数目的增加不完全成比例,在临床上应根据具体情况确定联合基牙的数目。     

基于双平行四边形机构多姿态轮椅的设计

目的 设计一种多姿态轮椅,以满足下肢功能障碍者的多种使用需求。 方法 针对现有多姿态轮椅结构笨重、驱动冗余等缺点,基于双平行四边形机构,提出一种简单、可靠的多姿态轮椅机构形式。旋转驱动正反转驱动双平行四边形机构带动轮椅各部分运动,实现三姿态变换,其中,椅背和腿托耦合运动实现坐姿与仰卧姿态的变换,椅座和椅背耦合运动实现坐姿与站立姿态的变换。对轮椅进行基于均布载荷的力学分析,计算旋转力矩。 结果 从坐姿变换为仰卧姿态时,驱动力矩随着转动角度的增大而增大,并达到一个峰值;从坐姿变换为站立姿态时,驱动力矩随着转动角度增大而逐渐减小。在Adams软件中进行动力学仿真验证,计算结果与仿真结果基本一致。 结论 该轮椅机构有助于实现多姿态轮椅的轻量化设计,满足智能多功能轮椅的设计需求。     

生理载荷作用下上颌中切牙牙周膜应力分布的三维有限？…

以上颌中牙为解剖学基础建立了三维有限元模型,以生理载荷分别作用于上颌中切在然牙及桩冠修复体,通过计算得到了生理载荷作用下牙周膜的应力分布并与上颌中切牙种植体模型在生理载荷作用下的应力分牙周膜对应力的缓冲作用进行了比较研究。     

个体化下肢小腿假肢接受腔设计的生物力学评价技术研究

作为传递体重、固定假肢的部件 ,接受腔对于小腿假肢使用的舒适性和方便程度有决定性的作用。本研究建立了基于有限元应力分析的小腿假肢生物力学评价技术平台 ,实现了小腿残端 /接受腔 3D几何建模与信息交互、三维有限元自动建模及应力分析。 3D模型与信息交互的实现基于得到广泛支持的OpenGL技术 ,有限元模型的构建采用了专门针对小腿残端 /接受腔结构特点的自动建模方法 ,通过构建档案数据库系统作为整个系统的操作平台。该技术平台可与现有的CAD/CAM系统相结合 ,为接受腔的个体化设计提供生物力学定量化依据。其临床应用将改善传统的设计流程 ,提高设计效率。同时 ,它也是未来构建接受腔设计专家 /智能系统的基础。     

体外血小板流动腔研究方法的建立和应用

目的建立模拟体内血液流动环境下，实时观察、研究血小板与血管表面血管性假性血友病因子（vWF）相互作用的模型。方法利用包被vWF的细玻璃管模拟血管，分别采用负压装置、蠕动泵和恒流注射泵产生不同流态和精确剪切率的流体环境，结合倒置显微镜和电荷耦合器件图像传感器（CCD，Charge—coupled device）实时观察和记录血小板或细胞在流体作用下的一系列反应。结果血小板和转染了血小板糖蛋白Ⅰb-Ⅸ的中国仓鼠卵巢细胞（Chinese hamster ovary，CHO），在不同流态下都可与玻璃管壁上的vWF相互作用，从而介导血小板或CHO细胞与玻璃管壁的瞬时结合（滚动），并最终牢固结合在玻璃管壁上。结论本研究方法可以在精确剪切率和不同流态的流体环境条件下，实时地观察、记录血小板与vWF相互作用的情况，为血小板各种生理功能的研究以及相关药物的研究应用创造条件。