应用有限元分析ANSYS软件行微电极对脑深部作用区域的模拟分析

微电极是脑深部刺激治疗的关键器件。工作时，通过电极上的刺激触点对脑深部作用区域进行电刺激以治疗患者的运动失调症状。文章应用有限元分析软件ANSYS进行微电极对脑深部作用区域刺激过程的计算机仿真，计算和建立刺激触点长度、刺激触点间距等微电极的结构参数与脑部作用区域的刺激强度和刺激范围的关系。结果表明，随着微电极上触点长度和触点间距的增加，脑深部作用区域的刺激强度和刺激范围均有不同程度的增大。分析结果为微电极的改进设计提供了理论依据。     

静态和动态条件下股骨假体结构参数研究

目的:对比研究静态加载和动态加载条件下股骨柄长度和横截面形状对股骨柄上应力及疲劳的影响.方法:由患者的股骨CT数据重建出股骨模型;设计了三种横截面形状(圆形,鼓形I-鼓高8mm,鼓形Ⅱ-鼓高10mm),每种横截面的股骨柄分别有10种长度(40-130mm):分别对建立的模型进行静态分析和动态分析,其中动态加载力为患者正常走路步态,利用动态分析结果进行疲劳分析.结果:静态分析和动态分析均显示鼓形横截面的股骨柄假体比圆形横截面股骨柄假体有更小的微小位移,但同时在柄-颈拐角处及柄远端形成应力集中,而圆形股骨柄上的应力分布均匀,三种横截面的股骨柄卜最大应力都在中等柄长(80-110mm)时达到最小;疲劳分析显示短柄和长柄具有相似的疲劳安全系数,而中等长度柄有较高的安伞系数.结论:综合静态分析、动态分析和疲劳分析,具有鼓形Ⅱ横截面和90mm长的股骨柄在30种股骨柄模型中具有最好的力学性能-较小的应力和微小位移,较高的疲劳安全系数.     

支持力反馈的个性化膝关节置换虚拟手术仿真系统的研究与构建

应用传统外科手术培训模式发展的医师队伍无法满足当前日益激增的膝关节病患就医需求,研究构建一套基于虚拟现实和力反馈技术的个性化膝关节置换手术仿真系统。采用医学影像三维重构技术创建膝关节解剖组织几何模型,应用正向CAD参数化建模技术建立手术器械的几何模型,研究三角网格体素化算法,并基于此生成组织和器械的物理体素模型;通过设备接口和虚拟代理点的坐标匹配映射建立手术器械的力触觉模型,AABB包围盒层次树作为碰撞检测模型,空间重叠相交模拟组织的切割变形,基于单点约束的力触觉渲染方法建立组织和器械的虚拟操作过程;以力反馈设备Phantom Omni和计算机为硬件平台,基于触觉引擎CHAI 3D和OpenGL等软件接口,开发构建虚拟膝关节置换手术仿真系统;将专业医学人员体验系统后实际手术操作训练时间与对照组的作比较,并采用问卷调查的形式对系统作出等级评估。结果表明,仿真系统可实现个性化膝关节置换手术沿规划路径钻孔和截骨操作的组织形变和力触觉反馈的仿真模拟,并且系统仿真的实时性能良好,视触觉刷新频率维持在60~1 000 Hz左右;统计结果显示,两组成员的实际手术操作时间存在显著性统计学差异(P< 0.04),问卷结果皆在平均优良水平(8分)之上(P＜0.05)。仿真系统为个性化膝关节置换手术提供一种安全、可靠、有效的医学培训和术前演练方式。     

面向组织工程化软组织的制造技术及增材制造

背景：近年来,组织工程支架的制造方法众多,特别是增材制造技术因其独特的累积成型原理,为复杂软组织支架的高精度制造提供了高效、可靠的制造技术,也推动了大缺损软组织修复研究。 目的：总结近年来关于面向软组织支架的制造方法,对其进行简要的综述,并探讨其存在的问题与前景。 方法：应用计算机检索PubMed数据库及中国知网数据库2010年1月至2013年9月关于软组织支架的制造方法的文章,英文检索词为“additive manufacturing,microfabrication,vascular tissue engineering,muscle tissue engineering,cartilage tissue engineering,stereolithography,3D printing,biodegradable hydrogel”, 中文检索词为“增材制造,微制造,血管组织工程,肌肉组织工程,软骨组织工程,光固化快速成型,三维打印技术,可降解水凝胶”。 结果与结论：软组织大块缺损支架的制造,已由简单平面结构向复杂三维转变,并考虑到软组织内部血管的作用,在制造过程中将软组织支架材料与细胞、生长因子结合,达到解决支架内部血管化的问题。增材制造技术为复杂形状的软组织活性支架的高精度制造提供了新的方法。水凝胶/细胞的构建是软组织支架的关键,而与之相关的高精度增材制造技术原理和制造工艺,以及水凝胶、细胞与生长因子的组装方法则是突破这一关键的核心技术。中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料;骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性;组织工程全文链接：     

基于快速成型的立体编织仿生大段人工骨的成骨研究

目的探讨基于快速成型技术立体编织仿生大段人工骨的成骨性能、修复效果及可能的修复机制。方法以计算机辅助设计（CAD）设计人工骨的微结构，用三维立体编织技术将可吸收手术缝合线编织成人工骨微结构支架的负型，在缝线上涂敷Ⅰ型胶原蛋白控制人工骨的孔道尺寸，在编织物内充填复合rh—BMP2的自固化磷酸钙骨水泥（CPC），将其移植到家犬桡骨25mm完全骨膜．骨缺损区，第4、8、16和24周进行观察，研究骨缺损的修复情况。结果大体观察发现，早期Ⅰ型胶原蛋白溶解、消失。组织学观察发现，术后4周可见新生血管和骨岛，8周可见大量巢状软骨细胞团及编织骨，16周骨岛连接成片，24周新生骨组织呈数个连续过渡的条带样分布区。随植入时间延长，植入体中钙催比值趋向于自体皮质骨。结论3DBF人工骨具备骨缺损修复过程中组织再生所需的微结构及相应的生物学行为。     

基于快速成型技术制造生物骨方法的研究

快速成型制造技术以它自由生成固体形状的特点成为骨组织工程中的研究热点之一.本文综述和分析了快速成型技术中的几种主要的制造方法,重点讨论当前国内外热点研究的应用立体光造型(stereo-lithography,SL)、选择性激光烧结(selective laser sintering,SLS)、熔化沉积制造(fusion deposition modeling,FDM)和三维印制(three-dimensional plotting/printing,3DP)等快速成型方法制造生物仿生骨的情况,并且归纳国内外最新的研究方向和成果.     

微管仿生人工骨对犬骨髓基质细胞生物学行为的影响

[目的]研究不同微管结构仿生人T骨对犬骨髓基质细胞（BMSCs）增殖和分化的影响。[方法]仿生人工骨分为正交结构（A组）和同心结构（B组），以磷酸钙骨水泥（CPC）／重组人骨形成蛋白2（rhBMP-2）（C组）、单纯CPC（D组）为对照组：梯度密度离心法获取犬骨髓单个核细胞，取第3代与人工骨复合培养。通过荧光显微镜、扫描电镜观察细胞在人工骨表面附壁和生长情况；以MTT实验检测各组细胞增殖能力；测定碱性磷酸酶（ALP）检测BMSCs的成骨活性：[结果]细胞在各组人工骨表面黏附、生长，以A、B组数量较多；MTT法检测显示A、B、C组吸光度（A）值大于D组（P〈0．05）、A、B、C组A值相似（P〉0．05）；ALP测定显示ALP活性A、B组〉C组〉D组（P〈0．05），A、B组间差异无统计学意义（P〉0．05）。[结论]微管结构仿生人工骨与犬BMSCs有良好的生物相容性，是BMP的良好缓释载体，可以促进犬骨髓基质细胞向成骨方向分化.     

双层结构颈椎间盘假体及其结构优化设计

分析现有颈椎间盘假体中存在的问题,应用CAD技术和有限元分析手段,优化设计由聚乙烯醇和聚氨酯弹性体两种高分子材料复合成型的新型双层结构颈椎间盘假体.优化结构的模拟分析显示出双层圆柱结构的颈椎间盘假体具有比较优异的特点:①在正常状态下,双层圆柱结构的假体使得外部纤维环和内层髓核的最大应力都比较小,而且对上下椎体的退化影响最小;②其结构简单,所需模具结构简单,定位方便准确.     

微管结构仿生人工骨对犬腔隙性松质骨缺损的修复

目的建立一种新型松质骨缺损动物模型，同时评价应用纤维增强微管结构仿生人工骨修复该骨缺损的性能。方法成年犬双侧股骨下段分别制备2处直径10mm、深20min腔隙性松质骨缺损，以正交结构（A）组、同心结构（B）组仿生人工骨修复，设立磷酸钙骨水泥（calcium phosphate cement，CPC）（C）组、空白（D）组为对照，术后6、12、24周进行影像学、组织学、形态计量学观察骨缺损修复情况。结果未经治疗的骨缺损不能自行愈合；人工骨修复组6周新生骨开始长人，6、12、24周时A、B、C组的成骨面积比（％）分别为（4．09±0．96）、（6．78±1．27）、（3．10±0．83），（8．98±2．45）、（15．38±2．33）、（4．25±1．03），（19．86±4．57）、（38．25±6．79）、（4．97±0．90）；相应各组CPC残留面积比（％）为83．19±3．69、81．93±3．80、86．87±4．48，68．14±5．39、34．59±5．50、75．83±4．51，38．55±4．78、22．20±3．46、62．89±4．31；各组新生骨面积比（％）B〉A〉C（P〈0．01），CPC残留面积比（％）C〉A〉B（P〈0．01）。结论该骨缺损模型稳定、可靠；微管结构仿生人工骨在促进成骨、加快CPC降解速度上优于不具有微管结构的人工骨，同心结构具有最佳成骨和促CPC降解作用。     

脑深部电极刺激机制的模拟研究

深部脑电刺激术(deep brain stimulation,DBS)通过电极靶向电刺激深部脑神经核团.使异常的神经元放电得以控制.能够快速恢复患者原有的部分生理功能.由于其对于治疗运动失调,如帕金森病、癫痫等方面取得了显著而持久的疗效,并在其他神经疾病的治疗上显示出了很大的潜力,正在被越来越多地应用于临床[1].