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生物材料促进角膜碱烧伤修复的作用机制和应用途径
1
作者 肖辉 李冬妍 +1 位作者 汲婧 王丽珍 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2025年第10期2162-2170,共9页
背景:在角膜碱烧伤治疗中,传统治疗方法存在多种局限,尤其在控制炎症、预防新生血管形成和抑制角膜瘢痕化方面表现不佳。天然材料、合成材料或复合材料为治疗提供了多元化的选择,然而生物材料促进角膜碱烧伤修复的相关机制尚未形成系统... 背景:在角膜碱烧伤治疗中,传统治疗方法存在多种局限,尤其在控制炎症、预防新生血管形成和抑制角膜瘢痕化方面表现不佳。天然材料、合成材料或复合材料为治疗提供了多元化的选择,然而生物材料促进角膜碱烧伤修复的相关机制尚未形成系统深入的认识。目的:对目前生物材料促进角膜碱烧伤修复的国内外研究进行梳理,综述生物材料修复角膜碱烧伤的机制及其应用途径。方法:第一作者以“角膜,碱烧伤,羊膜,透明质酸,胶原,壳聚糖,高分子材料”“Amniotic membrane,Hyaluronic acid,Collagen,Chitosan,Polymer,Cornea,Alkali burn”为关键词在Pub Med、Web of Science、中国知网和万方文献数据库内检索,根据纳入标准和排除标准,最终纳入符合要求的76篇文献进行综述。结果与结论:(1)在角膜碱烧伤修复领域,羊膜、透明质酸、胶原、壳聚糖和可降解高分子材料等生物材料被广泛研究和应用,这些生物材料各有其特点和优缺点,在不同方面都有所突出。(2)首先,羊膜因含丰富的生物活性因子而被认为是最有前景的生物材料之一,其生物相容性良好,并且能够调节角膜炎症反应,但是存在供体短缺和易感染疾病的问题。(3)透明质酸具有良好的保湿性和生物相容性,并且能够提高角膜细胞的生存率和增加角膜透明度。(4)胶原具有良好的生物相容性和支架结构,能够促进角膜细胞的黏附和增殖,促进角膜组织结构的重建。(5)壳聚糖具有良好的生物相容性和可降解性,可作为载体用于药物递送和细胞移植。(6)可降解高分子材料具有较好的降解可控性,可为角膜碱烧伤的修复提供良好的支持和递送平台,但其稳定性和生物相容性仍需进一步研究。(7)综合来看,目前还没有一种生物材料能够完全解决角膜碱烧伤的修复问题,每种生物材料都有其特定的适用场景和局限性。(8)未来的研究方向应该是通过进一步改进生物材料的性能和结构,探索更有效的组合应用方式,以及深入了解生物材料与角膜组织的相互作用机制,以提高角膜碱烧伤的治疗效果和患者的生活质量。 展开更多
关键词 角膜 碱烧伤 生物材料 修复机制 羊膜 透明质酸 壳聚糖 高分子材料 综述
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创新型植介入器械设计
2
作者 王丽珍 姚艳 +2 位作者 高元明 黄慧雯 樊瑜波 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期208-208,共1页
临床上植介入器械对于外科治疗效果提升具有重要意义。比如骨钉由于松动脱出率高导致术后翻修率高,具有负泊松比效应的拉胀微孔结构单元用于骨钉设计可提升抗拔出性能,进而提升其稳定性,但多孔结构设计会影响其疲劳特性及在体使用寿命;... 临床上植介入器械对于外科治疗效果提升具有重要意义。比如骨钉由于松动脱出率高导致术后翻修率高,具有负泊松比效应的拉胀微孔结构单元用于骨钉设计可提升抗拔出性能,进而提升其稳定性,但多孔结构设计会影响其疲劳特性及在体使用寿命;特殊结构的支架设计对于性能改进也具有重要作用。本研究针对材料、结构优化开展研究,并基于力学、材料学、生物学测试方法开展体外和动物体内实验验证。创新型植介入器械的植入后性能发现结构设计对于植入后的生物学效应、力学适配性、诱导再生能力等均具有重要影响,比如植入骨钉的骨整合性能、支架进入体内后的内皮化速度、在体的移动性能等。植介入器械的结构设计及方法创新在其临床化过程中至关重要,基于生物力学的结构设计对提升设计效率、增强功能方面具有重要作用,对于临床治疗具有重要指导。 展开更多
关键词 结构设计 介入器械 负泊松比效应 移动性能 支架设计 骨钉 临床化 内皮化
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面向新医科和大健康的生物力学
3
作者 樊瑜波 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期2-2,共1页
医疗器械是国之重器,我国正成为全球最大医疗器械消费市场,然而高端器械大比例依赖进口,技术卡脖子严重,医工交叉融合是医疗器械创新之源。面向新医科和大健康的生物力学关系国家大计与民生福祉,已成为服务健康及产业发展的国家需求。力... 医疗器械是国之重器,我国正成为全球最大医疗器械消费市场,然而高端器械大比例依赖进口,技术卡脖子严重,医工交叉融合是医疗器械创新之源。面向新医科和大健康的生物力学关系国家大计与民生福祉,已成为服务健康及产业发展的国家需求。力-组织/细胞-材料相互作用的多层次生物力学与力学生物学研究是组织/器官损伤、防护、修复、重建及替代的坚实基础。本研究以力-组织/细胞-材料相互作用的多层次生物力学与力学生物学研究为目标,突破以推动医疗器械创新和产业发展。(1)基于力-组织/细胞-材料作用机制的植介入器械创新:创新了复杂近生理多尺度生物力学模拟理论和实验技术,揭示了力-组织/细胞-材料相互作用机制,研制了国际领先的体外模拟实验系统;发现应力调控降解动力学规律,创新了一批生物力学适配性优异的活性智能生物材料(自适应再生/抗菌抗异物/新型示踪/自供能感知等),研发了可精准调控应力-降解的智能植介入器械(具有形状记忆功能的微创式可降解诱导再生型人工髓核、镁-聚合物主动控制降解释药体等);构建了植介入器械高效设计/先进制造/精准评测一体化创新平台并用于器械研发、评测和标准制定,研发了人工心瓣/血管支架/骨科植入物等系列创新产品。(2)基于生物力学的康复技术与系列康复辅具/器械创新:构建了多模态康复机器人平台,揭示了力觉、视听觉、触觉、本体感觉等刺激反馈与调控机制,突破康复机器人交互优化关键技术并用于脑卒中患者运动功能康复,实现了评估-反馈-训练一体化精准康复;结合脑血流动力学、神经血管耦合原理,突破生物组织非接触无标记半色调空间频域近红外成像技术,实现康复过程脑功能动态评估。(3)基于仿生生物力学的组织损伤和防护机制及技术、装备:发现了自然界生物(啄木鸟、核桃壳等)损伤防护机制,基于上述机制提出防护新思路、开发防护新技术及装备,用于航空航天、交通、体育、运动等领域人体损伤防护,解决了人体高过载损伤率高、防护难、装备差的问题。 展开更多
关键词 骨科植入物 康复过程 器官损伤 康复技术 本体感觉 生物力学 医疗器械 形状记忆功能
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线粒体的力学生物学研究进展
4
作者 纳静 郑丽沙 樊瑜波 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期545-551,共7页
线粒体是高度动态的细胞器,不仅为细胞提供能量和物质基础,同时参与调控细胞的增殖、迁移、分化和凋亡等。细胞命运受来自微环境的力学信号调节。近年来的研究表明,力学因素对细胞的能量代谢具有调控作用。线粒体作为一个力学感受器和枢... 线粒体是高度动态的细胞器,不仅为细胞提供能量和物质基础,同时参与调控细胞的增殖、迁移、分化和凋亡等。细胞命运受来自微环境的力学信号调节。近年来的研究表明,力学因素对细胞的能量代谢具有调控作用。线粒体作为一个力学感受器和枢纽,连接力学和代谢来调控细胞的命运。深入理解力学微环境和线粒体代谢的关系,为促进组织再生和疾病治疗提供有力的指导。本文主要介绍线粒体力学生物学研究进展,并探讨其在组织再生和疾病治疗中的潜在应用。 展开更多
关键词 线粒体 力学微环境 力学转导 组织再生 癌症
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一种治疗夹层合并瓣膜疾病器械的生物力学分析
5
作者 左辉 冯文韬 +2 位作者 武靖博 高桐 樊瑜波 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期378-378,共1页
目的提出一种微创治疗升主动脉夹层合并主动脉瓣膜关闭不全的新型植入物。基于生物力学研究,对比不同结构器械的有效性和安全性,为新器械的临床应用提供了基础。方法微创治疗A型主动脉夹层伴有主动脉瓣反流的器械,包括血管内支架(ESG)... 目的提出一种微创治疗升主动脉夹层合并主动脉瓣膜关闭不全的新型植入物。基于生物力学研究,对比不同结构器械的有效性和安全性,为新器械的临床应用提供了基础。方法微创治疗A型主动脉夹层伴有主动脉瓣反流的器械,包括血管内支架(ESG)和心脏瓣膜替代物(HVS)两个部分,根据ESG和HVS之间的相互连接关系和结构特点,现有的植入物有分离式Z形植入物(SZ)和分离式菱形植入物(SD)。在此基础上,本研究首先提出了一种新型移植物(LD),然后建立相应的有限元模拟模型,在升主动脉轴向拉伸载荷的条件下,评估移植物的内漏、移位和血管壁破裂的风险。结果SZ、SD和LD 3种移植物采用模拟方法被释放到预期部位后,3种移植物均可封堵升主动脉的夹层入口,但窦管交界部位未能被有效覆盖的距离分别为14.5、13.1和7.4 mm;3种移植物下的最大间隙面积分别为76.5、51.5和6.3 mm^(2);3种移植物的最大移位距离分别为1.27、1.06和0.1 mm;3种移植物下升主动脉最大应力分别为0.19、0.24和0.51 MPa,且均低于破坏应力(0.9MPa)。结论SZ和SD移植物对升主动脉的影响最小,但移植物移位和近端内漏的风险较大。但LD植入物不仅可以简化手术过程,而且内漏和移位的风险也较低,提高了器械的有效性和安全性。 展开更多
关键词 血管内支架 植入物 移植物 心脏瓣膜 生物力学分析 破坏应力 壁破裂 内漏
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面向牙槽骨增量的增材制造微支架生物力学研究
6
作者 艾丽雅 郑玲玲 +3 位作者 陈丹 王文洁 刘海燕 王超 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期628-628,共1页
目的口腔种植修复中,复杂骨增量手术一直是种植外科最具挑战的难题。目前较为成熟的植骨材料结合现有手术技术仍难以企及精准植骨的临床需求。本研究基于胞元流体学结合生物力学原理设计优化植骨微支架的稳定性与成骨性能,并利用增材制... 目的口腔种植修复中,复杂骨增量手术一直是种植外科最具挑战的难题。目前较为成熟的植骨材料结合现有手术技术仍难以企及精准植骨的临床需求。本研究基于胞元流体学结合生物力学原理设计优化植骨微支架的稳定性与成骨性能,并利用增材制造方法制备,最终实现精准植骨。方法首先选取5种不同的多面体构型,通过离散元仿真选取堆积稳定性较高的基本构型。随后设计不同的内部胞元构型,通过流体表面张力仿真及计算流体力学分析其流体生物力学及成骨性能并优化设计参数。最终通过光固化成型技术(DLP)和生物活性陶瓷材料制备所设计的微支架,植入新西兰大白兔颅骨下颌进行动物实验并作成骨效果分析。结果所选取的微支架构型在堆积仿真下形成了较高的自然堆积角,在流体表面张力仿真下表现出可控的流体诱导性能,在计算流体力学仿真下可形成良好的成骨环境。使用DLP和生物活性陶瓷材料成功打印了所设计的支架结构,并经动物实验具有良好的成骨效果。结论本通过胞元流体学及生物力学设计并优化的微支架具有可控的成骨性能及良好的稳定性,有望实现精准植骨的需求,具有临床潜力。 展开更多
关键词 生物力学原理 临床需求 新西兰大白兔 口腔种植修复 牙槽骨 成骨性能 增材制造 动物实验
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基于天然牙本质增材制造骨再生支架的生物力学研究
7
作者 刘海燕 郑玲玲 +3 位作者 艾丽娅 陈丹阳 王超 樊瑜波 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期418-418,共1页
目的选择合适的骨缺损修复材料重建口腔颅颌面缺损是口腔医学研究的重难点问题。天然牙本质因与骨组织成分高度相似,可能成为新型骨修复替代材料,因此本研究旨在评估天然牙本质能否满足骨组织工程支架的条件之一——良好的力学性能。方... 目的选择合适的骨缺损修复材料重建口腔颅颌面缺损是口腔医学研究的重难点问题。天然牙本质因与骨组织成分高度相似,可能成为新型骨修复替代材料,因此本研究旨在评估天然牙本质能否满足骨组织工程支架的条件之一——良好的力学性能。方法对天然牙本质处理后结合计算机辅助设计(CAD)出4种不同构型(仿骨小梁、仿骨小梁和大孔道、仿骨小梁和分层、3种复合构型)的支架,并通过数字化光处理(DLP)技术打印出支架。通过抗压试验、有限元分析(FEA),以及流体力学分析(CFD),评估支架的抗压强度、渗透性和壁面剪应力。结果结果显示,第一组仿骨小梁构型的支架抗压性能最好,可达5 MPa,其余3组由于添加大孔道、分层结构促进成骨的同时减弱了支架的力学强度,总体而言,四组支架均符合骨小梁的典型范围。流体力学分析表明,兼具3种构型的支架渗透率最高,添加分层结构的支架壁面具有最大剪切力1.63 MPa,添加大孔道结构的支架流线分布最为均匀。结论本研究表明医疗废物天然牙经回收处理后可被合理利用,基于成分与结构仿生的天然牙本质支架在口腔颅颌面缺损修复中具有良好的力学强度而有望应用于临床。 展开更多
关键词 口腔医学 生物力学研究 牙本质 壁面剪应力 天然牙 增材制造 力学强度 分层结构
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基于生物力学的创伤性脑损伤载荷监测
8
作者 刘雨喆 展翔浩 +2 位作者 王立 王丽珍 樊瑜波 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期127-127,共1页
目的对创伤性脑损伤伤者及时有效的干预和治疗,可以有效缓解其症状。但是创伤性脑损伤的症状具有滞后性,造成延误诊断。方法创伤性脑损伤初期症状难以被检测,但是可以通过测量导致损伤的力学载荷对损伤进行估计。开发了一种基于刚性测... 目的对创伤性脑损伤伤者及时有效的干预和治疗,可以有效缓解其症状。但是创伤性脑损伤的症状具有滞后性,造成延误诊断。方法创伤性脑损伤初期症状难以被检测,但是可以通过测量导致损伤的力学载荷对损伤进行估计。开发了一种基于刚性测量界面的高精度头部加速度测量方法,其将传感器装配于上颌牙齿,通与头骨刚性连接,消除了皮肤对测量的干扰。其次,还开发了基于深度学习大脑模型。与需要数小时来计算大脑应变的有限元大脑模型不同,深度学习大脑模型可以实时对大脑应变进行计算,从而可以用于脑损伤的监测。结果基于刚性测量界面的头部加速度测量方案实现了目前对头部碰撞加速度最高精度的测量(一致相关系数达到0.97,理论上限为1);深度学习大脑模型计算精度达到0.02,与有限元模型一致。基于大脑应变估计创伤性脑损伤的风险,并通过将这种方法应用于橄榄球队中,并且成功对1名球员在头部撞击后进行预警,而该球员1天后被诊断为轻度创伤性脑损伤。结论基于生物力学手段监测头部撞击载荷,可以实现对创伤性脑损伤伤者的实时监测诊断,从而使伤者可以在第一时间得到治疗。但将该技术应用于临床仍面临一系列技术挑战。 展开更多
关键词 初期症状 创伤性脑损伤 加速度测量 深度学习 延误诊断 生物力学 刚性连接 力学载荷
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蚂蚁负重能力的生物力学机理研究
9
作者 陈天鸿 王丽珍 樊瑜波 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期235-235,共1页
目的自然界中,不同种属的蚂蚁觅食期间的负重能达到其自身重量的十数倍乃至数十倍。现阶段学界对这一现象的解释局限于尺寸效应,然而这无法解释同一尺寸量级的不同昆虫、不同种属蚂蚁之间负重能力的巨大差异。因此,本研究的目的是立足... 目的自然界中,不同种属的蚂蚁觅食期间的负重能达到其自身重量的十数倍乃至数十倍。现阶段学界对这一现象的解释局限于尺寸效应,然而这无法解释同一尺寸量级的不同昆虫、不同种属蚂蚁之间负重能力的巨大差异。因此,本研究的目的是立足于蚂蚁头颈部骨肌系统,探究蚂蚁负重能力的生物力学机理。方法选取收获蚁这一代表性蚁种,综合采用结构、力学、材料和组化等多领域的实验方法,实现了对其头颈部外骨骼多尺度结构、外骨骼力学性能、外骨骼元素及物相组成、肌肉代谢水平等多方面的系统性表征。结果宏观上,蚂蚁颈部外骨骼的仿拱桥形截面有助于减小其头-颈界面的应力水平。其中,前、中、后段不同截面的渐变结构也极大改善了应力集中。微观上,外骨骼内部在微米尺度上存在“密-疏-密”型分布,在纳米尺度上几丁质纤维螺旋形成了Bouligand结构,均有助于增强其韧性。材料上,蚂蚁大颚尖端外骨骼中Zn元素含量呈现梯度增加,增强了负重时夹持部位的刚度和硬度。组织层面,控制蚂蚁颈部运动的肌肉中存在广泛的线粒体融合,使颈部肌肉在负重时能快速产生大量ATP。结论蚂蚁头颈部骨肌系统为其强大的负重能力提供了坚实基础。 展开更多
关键词 蚂蚁觅食 外骨骼 大颚 颈部肌肉 多尺度结构 线粒体融合 几丁质 不同种属
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成骨细胞对不同牵应力的力学生物学响应研究
10
作者 耿雪峥 李侨 +2 位作者 姚艳 王丽珍 樊瑜波 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期45-45,共1页
目的拉伸成骨细胞可以调节细胞的增殖分化等。目前的研究主要集中在应变大小、加载时间和频率上,忽略了不同加载类型产生的各个方向不同应变的影响。考虑到细胞在体内也经受复杂的力学环境,故探究不同加载类型的应变对成骨细胞的影响,... 目的拉伸成骨细胞可以调节细胞的增殖分化等。目前的研究主要集中在应变大小、加载时间和频率上,忽略了不同加载类型产生的各个方向不同应变的影响。考虑到细胞在体内也经受复杂的力学环境,故探究不同加载类型的应变对成骨细胞的影响,可以进一步理解细胞的力学反应机制,并指导组织工程支架设计。方法通过改制Flexcell设备对成骨细胞MC3T3-E1分别施加横向应变与轴向应变的负比值(NR)为0,大小为3%、6%、9%的应变和大小为6%,NR为-1、0和0.2的应变。利用CCK-8检测细胞增殖,通过免疫荧光获得细胞骨架粗细、细胞与细胞核面积等参数,计算YAP表达的核质比。对细胞进行光学拍照,观察牵张类型对细胞排列的影响。结果相较于其他所有应变组,成骨细胞MC3T3-E1在受到应变为6%,NR为0%的应变时,增殖速度更快,细胞核面积和细胞质面积更大,细胞骨架更粗,细胞核厚度更低,细胞核内的YAP增加。大小为6%时,NR为-1的应变没有明显改变细胞的排列,NR为0相比于0.2的应变细胞更快且均匀的垂直牵张方向排列。结论大小为6%,NR为0的应变使细胞骨架变粗,增加了对细胞核的压力,使细胞核变扁,促使YAP向细胞核内转移,从而促进了细胞的增殖。同时该应变也加速了细胞垂直于牵张方向应变排列的过程。 展开更多
关键词 力学生物学 成骨细胞 细胞排列 细胞骨架 核质比 增殖速度 组织工程支架 牵张
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仿豆荚自动弹射的肠道给药系统设计及生物力学调控机制研究
11
作者 李玉琦 张敏 +1 位作者 王丽珍 樊瑜波 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期254-254,共1页
目的临床上肠道给药存在响应慢、药效差、量难控等问题,严重制约了口服大分子类药物的有效性,亟待寻找突破以上问题的新思路和新方法。本研究以豆荚双稳态弹射结构为灵感,提出一种新型仿豆荚肠道给药系统。方法基于豆荚弹射前后的平坦... 目的临床上肠道给药存在响应慢、药效差、量难控等问题,严重制约了口服大分子类药物的有效性,亟待寻找突破以上问题的新思路和新方法。本研究以豆荚双稳态弹射结构为灵感,提出一种新型仿豆荚肠道给药系统。方法基于豆荚弹射前后的平坦及手性螺旋荚瓣构型,该肠道给药系统由p H敏感肠溶性外壳、机械锁定水溶性包衣、互为手性的螺旋状温敏形状记忆聚合物及药物微针构成。本研究对形状记忆聚合物转变温度、力学性能进行调控,结合数值仿真模拟形状记忆聚合物弹射药物微针过程,探究形状记忆聚合物合成参数、结构参数与储能模量之间的定量化关系,并通过离体小肠及在体实验对系统的可行性和有效性进行验证。结果在体动物实验验证,系统可实现口服进入体内后,平直的条状温敏形状记忆聚合物产生变形趋势,其形状被包衣锁定,系统应力积累;进入肠道后,外壳及包衣降解,系统应力瞬间释放,两片形状记忆聚合物由条状瞬时变为螺旋状,将负载在其内部的药物微针弹射,刺入肠壁并给药。结论本文提出的仿豆荚肠道给药系统可实现肠道内的快速响应和毫秒级弹射过程,药物微针可有效刺入小肠内皮层并实现大分子药物递送。系统响应快速,给药剂量可控,可用于多种大分子药物口服oou。 展开更多
关键词 形状记忆聚合物 药物递送 大分子药物 生物力学 螺旋状 给药剂量 瞬间释放 双稳态
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振动环境下头盔对飞行员椎间盘生物力学响应影响
12
作者 刘景龙 徐鹏 +1 位作者 王丽珍 樊瑜波 《医用生物力学》 CSCD 北大核心 2024年第6期1050-1057,共8页
目的探究振动环境下头盔对飞行员椎间盘响应的影响。方法基于人体颈椎计算机断层扫描图像,建立C5~6颈椎节段的多孔介质有限元模型。对验证后的模型施加A、B、C头盔和无头盔4种工况载荷,开展时长3600 s振动分析,考虑振动频率影响,得到髓... 目的探究振动环境下头盔对飞行员椎间盘响应的影响。方法基于人体颈椎计算机断层扫描图像,建立C5~6颈椎节段的多孔介质有限元模型。对验证后的模型施加A、B、C头盔和无头盔4种工况载荷,开展时长3600 s振动分析,考虑振动频率影响,得到髓核和基质的最大多孔压力与最大主应力。结果在同一振动频率下,髓核和基质的最大多孔压力逐渐降低并趋于平稳,髓核和基质最大多孔压力曲线在B头盔情况下最高,C、A头盔次之,无头盔最小。B头盔情况下髓核的最大主应力曲线高于C、A头盔和无头盔。在5、9 Hz振动频率下,不同头盔作用时基质的最大主应力随时间增加,在约1200 s后逐渐接近且趋于稳定。同一头盔情况下,在加载1200~2400 s后,髓核在9 Hz下最大主应力曲线高于5、1 Hz曲线。基质在9、5 Hz下的最大主应力曲线接近,均高于1 Hz情况。结论不同头盔对椎间盘内髓核和基质多孔压力有显著影响,振动频率的升高导致基质的最大主应力增加。 展开更多
关键词 振动载荷 飞行员 颈部损伤 椎间盘退化 多孔介质建模 多孔压力
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骨支架微结构设计与生物力学性能研究
13
作者 姚艳 王丽珍 +1 位作者 耿雪铮 樊瑜波 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期224-224,共1页
骨多孔支架可为细胞生长、血液系统生成、多种代谢发生提供场所,在体内可有效传导力学刺激促进成骨。拉胀结构的内凹拓扑结构和负泊松比变形方式使其具有不寻常的生物特性和力学性能,在骨修复中应用具有优势。目的研究拉胀多孔支架结构... 骨多孔支架可为细胞生长、血液系统生成、多种代谢发生提供场所,在体内可有效传导力学刺激促进成骨。拉胀结构的内凹拓扑结构和负泊松比变形方式使其具有不寻常的生物特性和力学性能,在骨修复中应用具有优势。目的研究拉胀多孔支架结构设计参数对其力学性能与生物学性能的调控规律,为拉胀式骨多孔支架临床应用提供理论依据。材料与方法设计新型结构拉胀多孔支架,采用选择性激光烧结技术对其进行制造。采用力学试验方法对其力学性能进行分析,并建立相应的有限元分析模型与数学解析模型。应用计算流体数值方法分析拉胀多孔支架在载荷作用下的物质传输性能。结果内凹角度可以广泛调节拉胀多孔支架力学性能;力学试验结果与有限元分析结果具有很好的一致性,所建立的理论模型可以很好地表述内凹角度与多孔支架弹性模量、泊松比的关系,可实现拉胀多孔支架力学性能定制化设计;多孔支架的内凹角度有利于内部流体均匀分布;载荷作用下,内凹多孔支架渗透性降低,但壁面剪切力平均值变化明显,这表明其可以更好地实现对细胞的动态刺激。结论通过调控结构内凹角度可实现拉胀多孔支架力学性能与生物学性能的可控设计,可为研发性能定制化骨多孔支架的临床应用奠定基础。 展开更多
关键词 生物学性能 多孔支架 选择性激光烧结技术 内凹 定制化 系统生成 力学试验 负泊松比
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间歇充气加压疗法过程中足背与足底皮肤血流增益的差异及其生物力学原理
14
作者 王碧天 王亚伟 +1 位作者 刘晗浩 樊瑜波 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期376-376,共1页
目的间歇充气加压(intermittent pneumatic compression,IPC)疗法临床上常用于辅助下肢血液循环,改善组织血流灌注。然而,IPC过程如何影响足底与足背血流增益效果尚不清楚。本文旨在研究IPC过程中足底与足背皮肤血流增益效果是否存在差... 目的间歇充气加压(intermittent pneumatic compression,IPC)疗法临床上常用于辅助下肢血液循环,改善组织血流灌注。然而,IPC过程如何影响足底与足背血流增益效果尚不清楚。本文旨在研究IPC过程中足底与足背皮肤血流增益效果是否存在差异,并基于生物力学原理对该现象进行解释。方法实验共招募39位健康年轻人被试者,在IPC过程中采用双通道激光多普勒血流仪同步监测被试者足背与足底的皮肤血流灌注信号。使用定制的可编程IPC装置进行实验,可在IPC过程中同步采集气囊气压信号曲线。分别对上述IPC实验中足背与足底血流灌注变化情况进行量化描述和统计分析。采用集总参数建模方法,对上述IPC过程的血流动力学现象进行建模分析。结果足底皮肤血流量(skin blood flow,SBF)均值显著高于足背SBF均值。以及,IPC导致的“多波峰”血流动力学现象在足背信号中广泛存在,但在足底信号中出现较少。足底信号中存在低频率大振幅的生理性血流波形,与血管平滑肌的肌源性活动频率相一致。集总参数建模复现了实验现象的主要特征,说明上述现象主要是由生物力学因素导致的。结论小腿部IPC过程对足背部与足底部皮肤的血流增益效果存在差异,该现象可能对如何准确评估IPC疗法的血流增益效果具有启发意义。 展开更多
关键词 生物力学原理 下肢血液循环 足背皮肤 皮肤血流量 小腿部 足底部 足底皮肤 气压信号
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搏动性耳鸣致病机制的生物力学和机器学习研究 被引量：1
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作者 田山 孔航 +2 位作者 刘兆会 王丽珍 樊瑜波 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期182-182,共1页
目的搏动性耳鸣是与患者心跳合拍的耳鸣,常由颅内客观声源引起,但病理机制不明确,缺乏针对性疗法。研究搏动性耳鸣的生物力学机制,并分析CT影像的致病特征。方法首先,在体外模拟脉动血流-织振动-传导的生物力学通路。基于典型患者CT图像... 目的搏动性耳鸣是与患者心跳合拍的耳鸣,常由颅内客观声源引起,但病理机制不明确,缺乏针对性疗法。研究搏动性耳鸣的生物力学机制,并分析CT影像的致病特征。方法首先,在体外模拟脉动血流-织振动-传导的生物力学通路。基于典型患者CT图像,以光敏树脂3D打印制造了乙状窦-板-骨蜂房的三维实体模型,材料弹性模量均与体内组织模量相近。以脉动流产生系统在乙状窦模型中形成正弦流,录制并分析鼓膜处声信号。 展开更多
关键词 搏动性耳鸣 乙状窦 生物力学 材料弹性模量 光敏树脂 机器学习 脉动流 体外模拟
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微血管模型的重建和生物力学设计 被引量：1
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作者 赵萍 刘肖 +3 位作者 苏浩然 张星 樊瑜波 邓小燕 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期180-185,共6页
血管生成在许多生理和病理过程中发挥着重要作用,但其机理仍不清楚。血管细胞在体内同时受到多种生物化学和生物力学刺激,处于复杂的微环境中,因此,在体外构建血管模型并重现其在体微环境,对探究血管生成机制十分必要。近年来,随着微加... 血管生成在许多生理和病理过程中发挥着重要作用,但其机理仍不清楚。血管细胞在体内同时受到多种生物化学和生物力学刺激,处于复杂的微环境中,因此,在体外构建血管模型并重现其在体微环境,对探究血管生成机制十分必要。近年来,随着微加工和微流控技术的进步,各种体外微血管模型应运而生,对剪切力、渗流、血管生成因子浓度梯度等变量进行准确控制,极大地推动了血管生成的研究。本文综述各类微血管模型的构建方式、发展演化及其生物力学设计。 展开更多
关键词 微流控 血管模型 力学微环境
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基于混联机构的多维力加载生物材料试验机
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作者 郭江真 李建超 +2 位作者 陶春静 刘子钰 樊瑜波 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期395-395,共1页
目的多数骨科植入物在人体内需要承受压力、扭矩、弯矩、剪切力构成的复杂载荷,在此多维力载荷下植入物所用生物材料的力学性能直接影响其服役功能和安全,而力学性能也是植入物结构优化和失效分析的重要依据。因此,在接近植入物复杂服... 目的多数骨科植入物在人体内需要承受压力、扭矩、弯矩、剪切力构成的复杂载荷,在此多维力载荷下植入物所用生物材料的力学性能直接影响其服役功能和安全,而力学性能也是植入物结构优化和失效分析的重要依据。因此,在接近植入物复杂服役载荷下开展生物材料力学试验十分必要。目前,生物材料力学试验多采用单轴拉伸、剪切或扭转。 展开更多
关键词 骨科植入物 材料试验机 混联机构 单轴拉伸 复杂载荷 剪切力
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心血管生物力学专栏述评
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作者 邓小燕 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期417-419,共3页
本期《医用生物力学》心血管生物力学专栏共发表了8篇与心血管介入治疗相关的论文,涉及内容有冠脉粥样硬化斑块特征对心肌缺血的影响、颈动脉分叉处不同机械取栓术的数值模拟比对、腹主动脉瘤形态(瘤颈角度)对支架位移力的影响、主动脉... 本期《医用生物力学》心血管生物力学专栏共发表了8篇与心血管介入治疗相关的论文,涉及内容有冠脉粥样硬化斑块特征对心肌缺血的影响、颈动脉分叉处不同机械取栓术的数值模拟比对、腹主动脉瘤形态(瘤颈角度)对支架位移力的影响、主动脉夹层裂面发展预测、血管支架锥度/结构对径向支撑力的影响、肺动脉环缩术血流动力学数值仿真、冠脉支架介入治疗钙化斑块预处理的数值仿真、髂静脉压迫综合征血流动力学数值模拟研究。 展开更多
关键词 主动脉夹层 心血管介入治疗 颈动脉分叉 生物力学 髂静脉压迫综合征 腹主动脉瘤 钙化斑块 血流动力学
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损伤与康复生物力学
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作者 王丽珍 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期9-9,共1页
航空航天、交通、体育运动乃至日常生产生活中人体组织/器官损伤频繁、损伤率较高,但其损伤、修复/康复的评定以及在此基础上的植介入医疗器械或防护、康复装备设计均缺乏理论依据,其根本原因是复杂力学载荷下组织/器官损伤与修复之间... 航空航天、交通、体育运动乃至日常生产生活中人体组织/器官损伤频繁、损伤率较高,但其损伤、修复/康复的评定以及在此基础上的植介入医疗器械或防护、康复装备设计均缺乏理论依据,其根本原因是复杂力学载荷下组织/器官损伤与修复之间关系缺乏定量化描述和参数化准则,进而影响植介入医疗器械与防护、康复装备的有效性评测及创新型设计。 展开更多
关键词 器官损伤 生物力学 损伤与修复 航空航天 损伤率 力学载荷 体育运动 日常生产生活
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上颌骨复杂缺损3D打印精准重建支架的生物力学研究 被引量：4
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作者 郑玲玲 陈丹 +2 位作者 王涛 王超 樊瑜波 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期1101-1106,共6页
目的提出一种用于修复上颌骨大面积骨缺损的3D打印植入体设计、优化、制造的个性化方案。方法基于患者CBCT和口腔扫描数据信息,首先进行植入体优化设计;采用有限元分析方法对植入体的结构迭代优化与材料选择。模拟植入体在口腔内的受力... 目的提出一种用于修复上颌骨大面积骨缺损的3D打印植入体设计、优化、制造的个性化方案。方法基于患者CBCT和口腔扫描数据信息,首先进行植入体优化设计;采用有限元分析方法对植入体的结构迭代优化与材料选择。模拟植入体在口腔内的受力情况,得到植入体所受应力大小、传导方向与分布,据此对植入体结构进行优化。比较同种构型植入体在钛合金、钽金属、聚醚醚酮(polyetheretherketone,PEEK)3种不同材料下的最大等效应力、颌骨最大等效应力和钛钉总位移,确定植入体的打印材料。采用3D打印技术打印植入体,临床进行面部重塑和咬合重建。结果经过结构迭代优化得出植入体的最佳构型,并确定选择钛合金材料。将3D打印植入体应用于临床,完成了咬合重建。结论本研究描述的个性化方案具备临床可行性,适用于不同分类的上颌骨缺损病例。设计出的植入体尺寸精确、力学性能良好,不仅能恢复患者的颌面部外形,还满足了临床对颌骨缺损修复后咬合重建的需求。 展开更多
关键词 上颌骨缺损 3D打印 构型优化 植入体 咬合重建
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