摘要：本共识围绕医学物理学科的教育现状、专业方向建设、课程设计、实习要求及研究生毕业标准等方面探讨了中国医学物理学科的建设与发展,以应对社会对健康与医疗服务需求的增长及医疗设备国产化的挑战。目前,中国医学物理教育面临教育途径多样性、课程设计差异性、师资短缺等问题,在此,讨论了整合国际经验,构建全面、规范化的医学物理学科体系的策略,体系涵盖放射治疗物理、医学影像物理、核医学物理、放射防护物理、放射生物物理及放射工程物理等方向,并强调人工智能技术的融合,以提高诊疗的准确性和效率。此外,还探讨了医学物理研究生教育的改进,包括师资和教学环境建设、专业课程设置等;还需建立教学质量评估机构,确保教育内容与国际标准一致,反馈学生和雇主的需求。本共识提倡全面提升医学物理学科的规模和影响力,提升教育质量和专业水平,实现教育的精细化和精英化,并加强国内外合作,以期达到国际先进水平,支撑“健康中国2030”政策目标。

摘要：为了提高聚醚醚酮(polyether ether ketone,PEEK)材料颈椎椎间融合器的融合率,本研究利用有限元方法对其进行三维结构的拓扑优化设计。首先建立C3~C7节段的颈椎有限元模型并验证,然后创建C5~C6节段椎间融合器植入和前路钢板内固定的模型。将PEEK融合器设置为椭圆盘型和箱型两种初始设计域。先后进行单工况和多工况下融合器拓扑优化,并结合加权柔度优化。经过两次拓扑优化后,再对融合器的构型提取分析。研究结果表明:PEEK融合器的优化结构为环形,前方缺失,材料集中分布于后部及两侧;当体积分数分别为50%和30%时,融合器优化为多孔径和单一大孔径的形状,前者比后者增加了与终板的接触面积;优化后的融合器通过降低自身应力,增加了内部植骨块所受的应力。本研究通过加权柔度的方法构建的颈椎融合器优化模型,不受初始设计域变化的影响,且可以有效减少应力遮挡,增加植骨块的应力传导,将有助于促进融合。

摘要：本研究设计一种新的结构动力学测试方法及装置,用于测试动态轴向载荷对膝关节软骨与半月板的生物力学影响。首先,使用不同力锤对空载状态下实验装置施加轴向动载荷,计算实验装置的最大加速度信噪比。然后,将实验标本分为无标本组(空载,无标本)、假标本组(加载聚丙烯标本)、牛膝关节标本组(加载牛膝关节标本),进行测试。测试结果表明,该实验装置及方法可提供稳定的轴向动载荷,且实验结果有较好的可重复性。最终结果证实,通过本研究设计的装置可以有效区分实验标本的动态特性。本研究提出的实验方法为深入研究轴向动载荷作用下膝关节结构响应的生物力学机制提供了新的途径。

摘要：目的 探讨超重环境对骨组织生物力学性能及骨组织形态结构的影响,为航天员和飞行员安全飞行训练及最大耐受高重力值的确定提供理论支撑。方法 采用本课题组自主设计的超重加载平台构建超重动物模型,加载方式为腹背方向承受向心加速度,加速度分别为5、10、20 g,离心45 s, 1次/d, 5 d/周,连续4周。使用Instron 5865材料力学试验机对离体骨组织进行三点弯曲试验,通过测量力学参数的变化,分析超重环境对骨组织生物力学性能的影响;通过双能X线骨密度仪扫描、Micro-CT扫描、骨组织染色等技术,检测骨矿物质含量、骨密度及骨小梁等形态学参数的变化,观察超重环境对骨组织形态结构的影响。结果 超重加载可显著降低小鼠胫骨的断裂应力及弹性模量。超重环境导致骨组织中骨体积分数下降,骨小梁厚度以及骨小梁数量显著降低,骨小梁排列紊乱。结论 超重环境对骨组织生物力学性能及骨组织形态结构的影响与超重载荷的强度密切相关。低(5 g)强度超重载荷能够降低骨小梁厚度,但对其力学性能的影响很小。中(10 g)、高(20 g)强度超重载荷能够显著触发骨流失以及骨力学性能的下降。随着超重载荷的增加,机体的生理调节无法阻止骨量和力学性能下降的趋势。

摘要：目的探究内外括约肌失协同对下尿路器官组织应力和尿液流速的影响。方法基于火棉胶切片对下尿路器官组织进行几何模型重建,并建立含有肌肉主动力的下尿路有限元模型;通过流固耦合仿真,模拟排尿末期内外括约肌均正常收缩、均丧失主动力和单独丧失主动力4种情况下组织应力和尿流速率变化。结果内外括约肌正常收缩尿道应力变化和临床测得的尿道压力变化趋势相同。与正常收缩情况比较,内括约肌单独丧失主动力,内括约肌和前列腺位置尿道应力分别降低33.6%、13.8%,且此位置尿液流速也降低。外括约肌单独丧失主动力,外括约肌和外尿道位置尿道应力分别降低59.5%、24.03%,而内外括约肌均丧失主动力,内括约肌、前列腺、外括约肌和外尿道位置尿道应力分别降低38.77%、18.6%、63.58%、29.74%,且相对应位置的流速也降低。结论内外括约肌失协同导致下尿路组织应力和尿液流速的差异性变化。研究结果可为手术治疗因括约肌引起的尿失禁提供理论依据。

摘要：目的基于Matlab建立一套可用于脊髓损伤非人灵长类恒河猴的三维步态数据处理的软件包,实现原始数据读入、步态周期自动划分、多种步态参数计算和绘图等功能。方法使用Vicon系统对健康及脊髓损伤后6周的恒河猴后肢三维步态数据进行采集,获取双后肢连续步进的运动学数据。基于Matlab开发三维步态数据处理软件,进行步态周期划分及140种步态参数计算。结果该软件包成功读取恒河猴的原始三维步态数据,完成对正常与异常(脊髓损伤后)后肢步态周期的自动划分,报告并生成相应的曲线图。结论本研究建立的软件包扩展了Vicon数据的通用性,实现步态周期的自动划分及良好的人机交互,计算多种步态参数并实现结果的可视化。

摘要：目的探讨颅颌面整形手术机器人在颏部水平截骨手术中的应用效果和精确性。方法回顾分析2015年1月至2020年12月接受传统颏部水平截骨手术的10例小颏畸形患者(临床组)的临床资料,并通过颅颌面整形手术机器人对该组患者1∶1的3D石膏模型(机器人组)进行颏部水平截骨手术操作。以本团队前期实验研究数据标准为参考,利用数字化模拟软件设计术前理想手术方案(对照组)。分别测量3组的颏前点至鼻根点的距离,前鼻棘点至颏下点的距离,颏顶点至颏孔点的距离,颌角点至颏孔点的距离,双侧下颌1、3、6号牙顶点至截骨线的距离,内固定与颏前点的最小距离,对比3组指标测量结果。结果机器人组术后测量指标与对照组指标无明显统计学差异(P>0.05),临床组术后测量指标与对照组指标统计学差异明显(P0.05),而临床组与对照组的截骨路线之间存在差异(P<0.05)。临床组与机器人组相比,术后的内固定与颏前点的最小距离更小。结论与传统临床手术操作相比,颅颌面整形手术机器人可以更加精准地进行颏部水平截骨。

摘要：目的基于目前股骨头植入装置对股骨头支撑不足的问题,设计一种帽形股骨头内置物并运用有限元分析探讨植入后对股骨应力分布的影响,评估其在临床应用的可能性。方法股骨头内置物由弧形帽和柱形短柄组成,弧形帽采用多孔材料;选取一名健康成人股骨为研究对象,根据CT扫描图像建立正常股骨头模型和植入术后远期有限元模型;根据骨密度分区设置材料属性,施加双足站立生理载荷条件,计算分析植入内置物前后股骨应力分布。结果术后内置物弧形帽下方骨组织节点应力均值低于术前模型,差异具有统计学意义;股骨颈部应力峰值及接触内置物柄部末端的区域应力水平增加,股骨其他结构的应力无显著变化。结论帽形内置物植入后能够降低股骨头应力水平并形成稳固支撑结构,有希望应用于股骨头坏死早期的临床治疗。

摘要：在骨科植入物和再生医学研究领域,为了得到合适的产品需要经过反复实验分析优化材料、结构、机械性能等指标,从细胞实验到临床试验的整个过程既昂贵又耗时。计算模拟方法是组织工程产品开发的设计工具,可以有效降低开发成本和时耗。本文综述了一系列组织工程模型,他们能模拟从细胞附着到组织再生的全过程。从细胞黏附到组织再生的一体化模型的建立能优化组织工程产品设计和评价过程。然而,目前模拟组织工程过程的模型均各自独立。本文重点介绍了组织工程中细胞黏附、营养物质运输和细胞增殖、分化、迁移的模型,试图将所有独立模型串联在一起以供读者使用。在细胞黏附模型中,离散相模型能最精确地模拟控制细胞运动过程,Stanton-Rutland模型能模拟细胞黏附过程。营养盐运输模型能是一种能将流体体积模型和组分传输模型耦合的数值模型,在组织工程中被应用于营养盐运移过程的预测。有限元以及随机游走算法被用于细胞增殖、分化和迁移的模拟。大多数模型的准确性和有效性还有待进一步研究证实。由于尚缺乏检测营养物质扩散速率的技术,在凝血领域模型分析方法的研究尤其少。因此,组织工程全过程建模方法的研究还有很多工作要做。在未来,数值模型将被视为研究组织工程产品生物性能的最佳方法,并能够优化组织工程产品的参数和材料类型。

摘要：目的 探索建立上颌中切牙种植体全瓷基台计算机辅助设计（CAD）软件功能模块.方法 选择1副右上中切牙缺失、已行种植的工作模型,通过三维激光扫描,直接获取愈合基台（牙合）面、种植体-基台连接底座定位突、人工牙龈内壁（牙合）1/3部分、近远中邻牙以及对（牙合）牙表面三维数据.通过空间几何变换,间接获取种植体长轴、基台-底座结合平面数据.设计最终全冠,应用定向数据偏置等功能模块对全冠进行虚拟回切,设计基台龈上部分.最后应用基于边界曲率特征的双端扫掠曲面造型等功能模块设计基台穿龈部分.结果 建立了一条上颌中切牙种植体全瓷基台CAD路线,确定了三维图形学功能函数及其组合,实现了完整的设计流程.结论 初步建立了上颌中切牙种植体全瓷基台CAD软件平台.