目的 分析对比钛合金晶体多孔支架和三周期极小曲面(triply periodic minimal surface,TP MS)多孔支架的强度,探索孔隙率对等效弹性模量和渗透性的影响.方法 构建相同孔隙率的晶体多孔支架(cell1～4)和TPMS多孔支架(P、G、D和FKS型),利用有限元仿真方法,计算支架的等效弹性模量、等效屈服强度和渗透率.结果 8种支架的弹性模量为5.1～10.4 GPa,屈服强度为69～110 MPa,4种晶体支架的渗透率为0.015～0.030 mm2.结论 随着孔隙率的增加,支架的弹性模量和屈服强度逐渐降低,渗透率逐渐升高;cell 2型支架因其较高的弹性模量和屈服强度,适合用于承重骨部位缺损的修复;cell 3型支架应力分布均匀,且线弹性阶段较长,可能适用于膝关节假体的多孔胫骨平台设计.

目的 分析大腿截肢患者的硅胶套材料属性,对支撑期残肢与接受腔之间接触面的力学分布的影响,为大腿假肢适配方案中硅胶套的选取提供参考.方法 利用计算机断层扫描技术获取大腿截肢患者残端与接受腔的断层图像,通过影像学信息和工程学方法,分别获取接受腔、硅胶套、残肢、骨骼等结构的三维模型;根据角度变化调整模型,获得初始接触期、负荷反应期、站立中期、站立末期、摆动前期5个时相的组装模型;根据三维动作捕捉系统Motion和Kistler三维测力平台测得的地面反作用力及髋关节角度变化的结果,对5个时相下大腿假肢模型分别进行有限元非线性接触分析;在此基础上,模拟分析了硅胶套不同弹性模量的变化对残肢表面等效应力以及剪切应力分布的影响.结果 穿戴不同弹性模量的硅胶套时,残肢所受最大等效应力以及最大剪切应力在初始接触期、负荷反应期、站立中期、站立末期时相时出现在残肢内侧和接受腔口型边缘对应的残肢位置,在摆动前期时相时则出现在残肢内侧、接受腔口型边缘对应的残肢位置和坐骨周围等位置.当硅胶套弹性模量在0.98~2.70 MPa范围内变化时,在摆动前期残肢所受等效应力变化范围为13.85~23.55 kPa,最大剪切应力变化范围为7.82~13.46 kPa,而其他时相基本一致.结论 硅胶套的力学特性影响大腿假肢残肢与接受腔之间接触面的受力分布,摆动前期残肢所受最大等效应力与最大剪切应力随硅胶套弹性模量变化大,在实际适配过程中需注意.

目的 研究邻面二壁骨缺损对正常 力下下颌牙列牙周膜应力的影响,分析骨缺损深度及颊舌向宽度对牙周膜应力的影响,为临床提供参考.方法 用锥形束CT数据分别建立牙齿、牙周膜和牙槽骨三维模型.采用修改骨缺损区域单元弹性模量的方法模拟不同深度(占根长1/3、2/3和3/3)和颊舌向宽度(占牙根颊舌向宽度1/4、2/4、3/4和4/4)的骨缺损,对各骨缺损有限元模型上各牙位牙齿施加与牙体长轴呈45°的力(大小为相应牙位最大 力的一半),分析牙周膜等效应力.结果 无骨缺损设置时切牙、尖牙、前磨牙和磨牙牙周膜等效应力分别为2.88、2.31、8.67和7.53 Mpa.随着骨缺损深度和颊舌向宽度的增大,牙周膜等效应力随之增大.当骨缺损深度最大且颊舌向宽度最大时,切牙、尖牙、前磨牙和磨牙牙周膜等效应力分别为4.47、3.62、11.66和8.72 Mpa.在骨缺损颊舌向宽度相同的情况下,骨缺损深度从无缺损发展至缺损占根长1/3阶段的应力增量明显大于缺损从占根长2/3发展至占根长3/3阶段.在骨缺损深度相同的情况下,骨缺损颊舌向宽度从无缺损发展至缺损占牙根颊舌向宽度1/4阶段的应力增量,明显小于缺损从占牙根颊舌向宽度3/4发展至占牙根颊舌向宽度4/4阶段.结论 深度较浅、宽度较宽的邻面二壁骨缺损,均可使牙周膜应力明显增加.临床对浅而宽的邻面二壁骨缺损患牙,需重视患者咬合的评估与调整.

目的 通过建立侧向拉力螺钉坚固内固定髁突矢状骨折三维有限元模型,分析骨折愈合进程中生物力学相关因素的改变.方法 使用Mimics14.0、Imageware13.2及Ansys15.0软件建立Ⅱ型髁突矢状骨折三维有限元模型,模拟临床使用侧向拉力螺钉坚固内固定,设立12周骨折达到完全愈合,通过改变骨折裂隙的弹性模量模拟骨折愈合的进程.分别在0、4、8、12周对骨折愈合过程中的各项生物力学指标进行有限元分析.结果 建立了包含有下颌骨、牙列、咀嚼肌、关节盘、关节囊的下颌骨TMJ三维有限元模型,模型共790431节点,526873单元.术后当天拉力螺钉的最大等效应力为71.5549MPa,髁突的最大等效应力为44.5878MPa,应力集中的部分为髁突骨折线的残端侧,其余部位几乎不受力.术后4～12周髁突应力分布的区域由骨折线的残端侧向游离端扩大,但应力的大小无显著变化,约为6.8MPa,拉力螺钉的最大等效应力值由17.8074MPa降至13.9973MPa,虽有递减的趋势,但仍大于髁突所承受的应力.骨折愈合期间整体下颌骨、髁突整体及髁突游离端的最大位移均无明显变化.结论 在骨折愈合进程中,双拉力螺钉可为下颌骨SFMC提供坚固有效的固定效果,拉力螺钉的应力遮挡可能与髁突吸收、改建有关.

目的 对比分析Goldmann眼压计(GAT)和非接触眼压计(NCT)在FS-LASIK手术前后眼压测量值一致性及其变化.方法 选取2016年12月至2017年9月于安徽医科大学第一附属医院行FS-LASIK手术的近视患者154例(303只眼),采用横断面研究,对比评估手术前后GAT测量值(IOP-GAT)和NCT测量值(IOP-NCT)的变化及一致性,分析该眼压测量变化值与年龄、术前等效球镜绝对值(|SEpre|)、术前眼压测量值(IOP-GATpre、IOP-NCTpre)、术前中央角膜厚度(CCTpre)、切削深度(AD)、切削比(AR)及术前曲率半径(Rpre)的相关性,并给出逐步回归公式.结果 154患者的IOP-GATpre平均为(15.60±2.39)mmHg、IOP-NCTpre的平均为(15.49±2.58)mmHg,两者差异无统计学意义(P=0.192),而Bland-Altman分析IOP-GATpre与IOP-NCTpre平均值差值为0.11 mmHg,其95％一致性界值为(-2.83,3.06)mmHg.术后IOP-GAT、IOP-NCT均较术前下降,差异有统计学意义(P<0.05),IOP-NCT下降程度更大.手术前后GAT测量变化值(ΔIOP-GAT)与|SEpre|、IOP-GATpre、CCTpre、AD、AR呈正相关(P<0.05),与年龄、Rpre无明显相关(P>0.05).回归方程为:ΔIOP-GAT=0.635×IOP-GATpre+15.633×AR-8.554(R2=0.504,F=204.163,P<0.05);NCT测量变化值(ΔIOP-NCT)与年龄、|SEpre|、IOP-NCTpre、CCTpre、AD、AR呈正相关(P<0.05),与Rpre无明显相关,回归方程:ΔIOP-NCT=0.603×IOP-NCTpre+20.493×AR-5.994(R2=0.653,F=274.921,P<0.05).结论 FS-LASIK手术前后IOP-GAT、IOP-NCT均不具有较好一致性,术后两者均明显下降,IOP-NCT下降程度更大,两者下降程度与多种因素相关,但均与术前眼压测量值的相关性最高.

目的 依据脊柱侧弯矫形受力原理,推导出脊柱侧弯矫形角与矫形力的函数关系式,能够快速计算得到脊柱矫形效果最佳的矫形力位置和大小,为脊柱侧弯矫形力的施加提供理论计算方法.方法 以脊柱侧弯CT断层扫面数据为基础,采集侧弯脊柱中轴线坐标点,借助MATLAB软件拟合出脊柱侧弯样条曲线,得到脊柱侧弯本构多项式,通过编程求出脊柱侧弯Cobb角的大小.根据脊柱生物力学实验数据及临床骨科医学资料,以弯曲梁模型等效脊柱侧弯主侧弯进行矫形受力分析计算研究.结果 推导出了在不同矫形力作用下,脊柱侧弯任意位置矫形力与矫形角度之间的函数关系式.利用函数关系式计算出脊柱的综合弹性模量为0.29 MPa.结论 通过计算分析为脊柱侧弯矫形过程中矫形力的加载位置、大小与矫形恢复角之间的关系提供可靠的力学理论依据.并可以根据不同的脊柱侧弯类型患者,对矫形角与矫形力函数关系式进行优化,得到优化的矫形力及加载位置.

目的 研究三壁骨缺损对正常咬合力下牙周膜应力的影响.方法 基于锥形束CT(CBCT)的DICOM格式数据,分别建立下颌全牙列牙齿、牙周膜和牙槽骨的有限元模型.采用修改骨缺损区域单元弹性模量的方法分别模拟位于近中和远中的不同深度(占根长1/3、2/3和3/3)的邻面三壁骨缺损.对骨缺损的牙齿施加与牙体长轴呈45°的正常咬合力,分析牙周膜等效应力.结果 牙槽骨无缺损时,14颗牙齿的牙周膜等效应力平均值为5.71 MPa.牙槽骨缺损深度占根长1/3、2/3和3/3时,牙周膜等效应力平均值分别为6.61、7.14、7.42 MPa.随着三壁骨缺损深度的增加,牙周膜应力明显增大,吸收的前期应力增量大于后期.位于近中的不同深度(占根长1/3、2/3和3/3)的邻面三壁骨缺损牙周膜等效应力平均值分别为6.62、7.19、7.51 MPa,位于远中的不同深度(占根长1/3、2/3和3/3)的邻面三壁骨缺损牙周膜等效应力平均值分别为6.60、7.10、7.33 MPa.三壁骨缺损位于牙齿近中或远中,对其牙周膜的应力影响无显著差异.在相同缺损深度下,各类牙齿牙周膜等效应力大小关系为前磨牙＞磨牙＞切牙＞尖牙.结论 即使较浅的三壁骨缺损,仍然会造成牙周膜应力的明显增加,因此对于早期的三壁骨缺损患牙,在临床上要引起充分的重视,尽早治疗干预.

在Kuster-Toks?z(KT)模型与差分等效介质理论(DEM)结合过程中,通过用孔隙包含物逐渐替换基质的方法获得孔隙介质的岩石弹性模量.现有方法每次替换的孔隙体积是常量,而基质体积不断减小,实际参与替换的包含物体积与孔隙包含物计算体积是不同的.本文通过改进每次替换的孔隙体积计算公式,使得替换体积随迭代次数的增加而逐渐减小,保持替换体积相对基质体积的比率不变,在迭代次数足够大的条件下使得该比率足够小,满足了K-T计算公式的要求,计算结果更接近理论值.测试结果显示:随着孔隙度的增大,岩石等效弹性模量逐渐收敛于孔隙包含物的弹性模量,说明本方法与物理规律一致;与现有的KT迭代方法相比,采用本方法的计算结果与Xu-White模型更接近,本方法提出孔隙包含物的实际体积与计算体积的计算式更符合KT模型孔隙切分过程.

目的 应用三维有限元方法分析钛(Ti)、钽(Ta)、聚醚醚酮(PEEK)、羟基磷灰石(HA)多孔支架在即刻负载下修复兔股骨缺损的力学特性,从生物力学角度探究最佳多孔支架材料.方法 通过CBCT扫描,结合Mimics、SolidWorks、Geomagic Studio、ANSYS等软件设计建立不同愈合阶段多孔支架修复兔股骨缺损的即刻加载模型,计算支架及其周围组织的应力、应变.结果 多孔支架的最大等效应力随着骨愈合过程而减小.在肉芽组织及纤维组织模型中,多孔支架最大等效应力与屈服强度的比值:HA＞Ta＞PEEK＞Ti,其中HA多孔支架的最大等效应力大于其屈服强度;多孔支架周围组织适宜应变单元数:PEEK＞Ta＞Ti＞HA;多孔支架周围组织可能断裂应变单元数:HA＞Ta＞PEEK＞Ti.结论 HA多孔支架并不满足即刻负载的要求,不能在即刻负载情况下引导良好骨愈合.PEEK多孔支架弹性模量与人体骨组织相近,能引导良好骨愈合,是即刻负载下较为理想的多孔支架材料.研究结果可为临床即刻负载下多孔支架材料的选择提供参考.

目的 探讨人工虎骨粉对去卵巢大鼠骨组织中Sirt1/Runx2信号通路的影响.方法 选取40只成年雌性SD大鼠,建立去卵巢大鼠模型,切除卵巢2周后分成人工虎骨粉组与去卵巢组,人工虎骨粉组给予灌胃人工虎骨粉0.24 g/(kg·d),去卵巢组给予灌胃等效剂量的生理盐水.另取20只成年雌性SD大鼠作为假手术组,仅切除卵巢周围脂肪组织,不切除双侧卵巢,切除卵巢周围脂肪组织2周后给予灌胃等效剂量的生理盐水.连续给药12周后,进行股骨骨密度、骨代谢、骨生物力学、股骨组织学与Western Blot检测.结果 与假手术组比较,去卵巢组股骨骨密度、最大载荷、断裂载荷、最大应力、弹性模量及股骨组织Sirt1、Runx2、Foxo1、Foxo3a蛋白表达降低,骨钙素、抗酒石酸酸性磷酸酶、血钙、血磷及碱性磷酸酶浓度升高,股骨组织呈现骨质疏松病理改变;与去卵巢组比较,人工虎骨粉组股骨密度、最大载荷、断裂载荷、最大应力、弹性模量及股骨组织Sirt1、Runx2、Foxo1、Foxo3a蛋白表达升高,骨钙素、抗酒石酸酸性磷酸酶、血钙、血磷及碱性磷酸酶浓度均降低,骨质疏松病理改变显著改善.结论 人工虎骨粉可能通过调节Sirt1/Runx2信号通路来发挥抗骨质疏松作用.