摘要：动脉粥样硬化是一个复杂的、多因素作用的病理过程。过去十多年的研究结果表明,动脉粥样硬化易损斑块的发展与其构成组分、形态结构和受力状况密切相关。学者们将医学影像、生物实验、力学建模有机地结合起来,利用生物力学模型研究和分析影响斑块易损性的相关力学因素。数值模拟能够定量表述斑块内微环境的动态变化,包括细胞和非细胞组分的分布及其受到的周围微环境的调控,从理论上阐释脂质沉积、炎症反应、新生血管等病理过程的相互作用。研究斑块发展病理机制,能够进一步提高人类对心血管疾病的认识,辅助易损斑块的无创检测和早期诊断,并为设计和优化易损斑块的治疗方案提供一定的参考信息。

摘要：目的设计与天然骨力学性能相匹配的支架能够避免由应力遮挡和随后的适应性骨重建引起的骨丢失和种植体松动等问题,进而优化骨再生。基于此,提出一种octet结构支架的几何单参数设计方法,通过变化该参数,可灵活调整支架的弹性模量和屈服强度,实现支架结构与天然骨力学特性相匹配。

摘要：目的多维度应力遮挡是骨组织工程支架设计应当考虑的重要科学问题之一,既有研究多考虑骨支架单维度的刚度与天然骨相适配,这种单维度刚度适配并不能完全体现支架-骨刚度的适配性。因此,本文针对近似正交各向异性天然松质骨,以3个正交维度上的主刚度比作为适配条件,寻找与天然骨多维度刚度相适配的支架构型。方法以股骨头解剖部位的松质骨为研究对象,利用连续介质力学方法求解松质骨的一般刚度矩阵,再通过刚阵旋转获取近似正交各向异性的松质骨刚度矩阵,确定松质骨3个维度上的主刚度(E1>E2>E3)及两两间的主刚度比。以天然骨主刚度比为适配目标,构建空间杆件交叉格栅支架结构,结合理论、实验和数值分析方法,通过调整两个角自由度(θ,φ)控制支架在3个维度上的主刚度比。通过对比天然骨和格栅支架主刚度比确定支架结构。结果松质骨三个维度上两两间的主刚度比分别为:1.0<E1/E2<2.0,1.0<E2/E3<2.0,1.7<E1/E3<3.5;而支架设计自由度在(θ,φ)=(48°,38°)和(θ,φ)=(55°,33°)附近时,支架三个维度上两两间的刚度比能够与天然骨相适配,满足多维度刚度适配的要求。结论相较于单维度刚度的适配设计,本研究基于支架-骨多维度的刚度适配提供了一种骨组织工程支架的设计方法,为进一步解决骨支架植入后的应力遮挡提供更全面的参考方案。

摘要：目的生物可降解支架作为新一代血管支架具有重要的应用前景,研究聚乳酸支架在狭窄血管内的降解特性,探讨不同血管狭窄率对聚乳酸支架降解行为的影响,对于可降解支架的结构优化设计具有重要意义。方法以两个相邻的聚乳酸支架支撑环作为研究对象,建立聚乳酸材料降解的本构模型,该模型包含随机水解、自催化效应以及应力介导腐蚀3种因素。

摘要：目的天然骨是一种复杂的不规则多孔各向异性结构,利用分形维数描述这种复杂结构的变化是一种潜在的方法。针对骨组织再生问题,基于分形概念构造一种多层级自相似性的骨支架,探讨支架分形维数与其力学特性和渗透特性的关系。方法通过控制结构层级间的自相似指数,利用Bottom-up的方法构建分形骨支架。采用力学测试与数值仿真相结合的方法研究支架分形维数与力学特性的关系,并通过计算流体力学方法探讨不同分形维数支架的渗透特性。

摘要：目的骨支架内部营养物质的提供与废物的排出对骨组织再生至关重要,细胞受到的流体剪切应力被认为是重要的机械调控信号。扭转结构元素存在于天然骨骼的多个分级结构中,搅拌是日常生活中加速流体中物质均匀的常用手段。受此启发,本研究将扭转效应融入支架构型设计,提出了一种可扭转的骨支架结构构型,并进一步研究其在生理荷载作用下的物质传输行为和流体剪切应力水平。方法采用数值分析的手段,对支架施加循环荷载以模拟所受到的生理振荡荷载,对支架结构及周围流体进行流固耦合分析,并评估可扭转支架内部的物质传输效率及壁面剪切应力水平。结果研究结果显示,无论是物质传输能力,还是细胞剪切应力响应水平,扭转支架均相对传统支架展示出优越性;对荷载作用下支架-流体的流固耦合效应的考虑能够更为真实反映支架微环境,更为真实探讨支架的成骨效应。结论将扭转效应融入新型支架构型设计及优化,具备辅助提高成骨效率的潜力;结合数值分析,有助于开发新型的可加载器官芯片模型。