摘要：目的 采用三维有限元方法研究人体腰椎的动力学特性。方法 基于CT扫描图像建立并验证全腰椎L1-5节段有限元模型，对全腰椎进行有限元模态分析。结果 提取腰椎的30阶自由模态，获得了腰椎在自由状态下的动态特性：腰椎共振频率分布集中；各阶模态最大振幅急剧变化，L5节段腰椎附近的振幅较大，是腰椎的薄弱环节。结论 腰椎的模态分析是进一步进行动力学分析的基础，确定腰椎的固有频率、振型和振幅等振动参数，对于腰椎的振动特性分析和人机工程设计优化等方面具有重要意义。

摘要：目的探究不同纤维取向心包组织压缩后的力学性能,评估对经导管瓣膜耐久性的影响。方法将心包条分为横、纵、斜向的心包条各12组,每组中包含3条,其中1条不压缩,另外两条分别在12.5、25 N下压缩1 h。利用单轴拉伸方法对压缩后的心包进行测试,分析其力学性能的变化。结果不同纤维取向心包在压缩前后均表现出明显的各向异性。压缩前后的割线模量、弹性模量以及极限拉伸强度,总体上都表现为纵向>斜向>横向。纵、斜向牛心包在25 N压缩后的平均拉伸强度比值分别为0.92和0.87,压缩前后的拉伸强度比值均有显著性差异(P0.05)。结论不同纤维取向心包在低应力、短时间下压缩损伤都很小。在经导管瓣膜的设计和制造过程中,应该充分考虑心包纤维取向和压缩后强度变化对瓣膜性能的影响。

摘要：本文采用三维有限元方法评价不同球-窝曲率半径的ProDisc人工颈椎间盘在植入颈椎后的生物力学差异,为人工椎间盘的设计改进和临床应用提供生物力学参考依据。首先建立C5-C6节段的三维有限元模型并验证,同时建立曲率半径分别为4、5和6mm的人工颈椎间盘有限元模型并分别植入C5-C6节段,对所有置换模型都施加74N的轴向压缩预载荷和1.8Nm的前屈/后伸、左右侧弯和轴向旋转力矩,进行有限元计算。计算结果显示球窝结构的曲率半径会改变植入节段的屈伸关节活动度,而在其他载荷下差异不明显。增大曲率半径可改善聚乙烯内衬应力集中现象,但同时也会伴随小关节力、韧带张力增大的不良结果。因此,人工椎间盘的设计应综合考虑保留运动节段的关节活动度同时又不致小关节、韧带、聚乙烯等的应力过大,以免影响长期临床效果。

摘要：肌骨系统生物力学模型具有精确的人体解剖结构和良好的生物逼真度,能够较为精准有效地描述肌骨生物力学状态、预测肌骨内部力学响应,故被广泛应用于人体肌骨系统生物力学研究、骨科疾病诊断和治疗、植入体优化设计及术前规划。2021年国内外关于肌骨系统生物力学建模方法的最新进展主要体现在个体化有限元建模、统计模型建模和肌骨系统建模3个方面。基于此,本文结合最新相关文献,总结上述建模方法的研究进展和主要应用,并探讨肌骨建模未来的发展方向。

摘要：设计一种呼吸机控制系统,被控对象为比例阀和电机,以实现呼吸机的基本功能。采用LabVIEW设计的软件直接与硬件互连,进行硬件环仿真和算法设计的验证和评估。采用上层上位机和下层实时机运行无实时要求和有实时要求的程序,上下层之间通过TCP/IP通信。软件程序设计模块化,可扩展性强,易于维护,并且可以方便地将原型开发阶段的成果无缝连接到实际的嵌入式产品,加快开发速度,提高开发效率。

摘要：短距离起飞产生的过载加速度可能对飞行员的安全操作造成极大隐患。本文建立飞行员-座舱系统的多刚体模型,仿真分析了胸-背方向的加速度载荷(Gx)对飞行员驾驶状态下的人机动力学响应。首先,根据第3百分位的男性人体测量学数据,通过三维CAD软件建立了飞行员的虚拟假人模型;并根据设计参数的要求建立了包括座椅和操作杆(油门杆与驾驶杆)在内的飞机座舱模型。然后,以标准的短距离起飞的加速度模拟曲线为载荷条件,利用多刚体动力学软件ADAMS模拟了飞行员在短距离加速起飞过程中的动力学响应及飞行员与操作系统之间的力学相互关系。仿真结果表明,过载加速度会经飞行员身体传递给操作杆,5G加速度载荷产生的传递力作用在驾驶杆和油门杆上的值分别为128 N和211 N,两者均已超过了通常操作杆所设计的有效阈值,因此存在误操作的可能。另外,本文结合仿真结果和国外现有战机设计,提出了短距离起飞下飞行员避免误操作的可行方式,结果显示该方式可以有效地转移加速度传递所带来的影响。本文方法将为在短距离起飞作用下避免误操作的分析提供技术途径,得到的结果将为驾驶部位的人机设计提供参考。

摘要：背景:寻找提高干细胞心肌向分化成熟度的方法成为心脏疾病治疗研究的热点。目的:总结和分析了提高干细胞心肌向分化成熟度的物理刺激方法及研究新进展。方法:以"干细胞、心肌细胞、机械刺激、电刺激、基质、三维培养、成熟度"为中文关键词,以"stem cell,cardiomyocyte,mechanical stimulation,electrical stimulation,substrate,three-dimensional culture,maturity"为英文关键词,使用计算机检索PubMed、中国期刊全文数据库(CNKI)等数据库,纳入方法规范、逻辑严谨、与物理因素刺激干细胞心肌向分化成熟相关的研究性论文,排除个案研究、方案设计不合理的研究、无规范严谨纳入标准的综述性研究及与论述主题无关的研究。结果与结论:通过检索文献,总结了提高干细胞心肌向分化成熟度的各种物理刺激因素,包括其作用机制及研究进展,为临床使用干细胞移植治疗心脏疾病带来了全新的方法,但目前的研究仍存在一些需要解决的问题,如移植细胞死亡、免疫排斥反应、心律失常和致瘤等,限制了其在临床的应用。

摘要：为了让学生融会贯通掌握生物基础课程的实验方法,提高大学生的科技创新能力,建立了设计性生物工程综合实验课程。以"L-天冬酰胺酶在大肠杆菌中克隆与表达"作为实验课程题目,每个学生首先查阅文献,理解相关的实验原理并独立设计实验方案;随后每个学生按照自己制订的计划开展课程中每步实验,交流实验结果并提出试验改进方法;整个实验过程中,学生对科学研究的主动性,探索精神与创造性得到了充分的发挥。教学实践表明:以科研课题的方式让学生去独立完成整个实验,可有效培养学生科技创新能力,这对老师如何指导学生进行该类实验课程提供了有益的教学参考。

摘要：目的通过有限元磨损模型研究上楼梯对衬垫磨损的影响,对完善人工膝关节的磨损评估方法、指导假体设计等具有重要的理论和实际意义。方法基于Archard磨损理论建立人工膝关节衬垫磨损的有限元模型并验证,然后加载正常水平行走(ISO14243标准)和上楼梯的载荷,对比分析上楼梯对衬垫磨损的影响。结果水平行走步态载荷下,模型预测的磨损结果与文献实验报道结果一致,模型具有较好的有效性。上楼梯的体积磨损率为每100万次循环(million cycle,MC)37.10 mm^3,显著高于水平行走步态的体积磨损率(16.94 mm^3/MC),线性磨损也具有类似的结果。上楼梯内侧平台的磨损区域主要集中在后部,与水平行走时内侧平台的磨损主要发生在中部区域有明显不同。结论上楼梯作为高载荷、高屈膝角度的日常运动之一,对人工膝关节衬垫的磨损有较大影响,其磨损率和磨损区域与水平行走有明显差异,在人工膝关节的磨损检测和评估中应该给予适当的重视。

摘要：目的设计一种附起旋功能的双叶机械瓣,通过改善其血流状态预防术后并发症。方法基于导流片式局部起旋器结构,将瓣叶作为导流叶片,并定义瓣叶包角以探究具有较优血流动力学特性的瓣膜构型。应用有限元分析软件,对心脏收缩期峰值流量状态下的主动脉流场进行仿真,比较各组的流速场、有效开口面积、血流不对称性及螺旋性、壁面切应力分布等血流动力学特征。结果相较于对照瓣膜,起旋瓣具有更大的有效开口面积与更小的跨瓣压差,一定瓣叶包角范围内的起旋瓣能促进右手螺旋流的生成,并使血流趋向流道中心;起旋瓣壁面切应力分布也更加均匀,具有较少的低应力区与高应力区,壁面切应力峰值也相对较小。针对研究中的主动脉模型,具有最优血流动力学特性的瓣叶包角为15°~20°。结论该新型人工主动脉瓣能调节主动脉内的血流特征,降低主动脉瓣置换术引起主动脉扩张与主动脉瘤的风险,对未来机械瓣构型设计具有指导意义。