生物软组织力学测试及相关理论研究

合理的本构模型及正确的材料参数是进行有效数值计算以及靶标制备来表征生物软组织高速撞击下力学响应的前提方法。对典型的生物软组织及材料力学测试方法从单一加载模式拓展到剪切加载乃至混合加载进行了阐述,均进行详细的理论推导并得到各个模式下的主伸长。结果表明：基于各个加载模式下的主伸长,可以得到应力主面、形变最大值及方向来评估生物软组织及其对应仿生靶标的最大受力面及破坏程度等,便于深入探索生物软组织细观结构及模拟材料设计与其宏观力学性能相关性规律,旨在建立更加科学合理的人体仿生靶标。     

一种测量角膜弹性模量的新方法

为了在离体状态下采用完整的兔眼角膜,以一种新的方法测量角膜的弹性模量,并对比角膜切削后前凸位移和应力的变化.应用准分子激光切削兔眼角膜,改变角膜的厚度.剥离和固定角膜,在角膜内表面施加静水压力,三维扫描仪扫描和获取正常角膜厚度、切削原角膜厚度1/3和1/2角膜厚度的角膜图形,计算出各组角膜中心的前凸位移.Abaqus有限元软件建立相应的模型,利用实验得出的前凸位移反推兔眼角膜的弹性模量.结果表明反推得到兔眼角膜的弹性模量随角膜切削量的增加而增加.反推得到的弹性模量与临床检测一致,切削越多模型在切削区域表现为应力增大,在位移上反映为切削区域的位移量增加,但位移与应力在切削边界上都不发生突变.     

一个治疗周期内尖牙倾斜移动过程模拟的应力分析

将骨重建过程与有限元分析相结合,对尖牙在一个治疗周期内的倾斜移动过程进行模拟并得到各阶段的应力分布。选用一个正畸患者的下颌尖牙,建立包括牙齿、牙周膜、牙髓、牙槽骨的三维实体模型,通过有限元计算得到初始应变分布。以牙周膜外表面的正应变作为牙槽骨吸收的力学刺激,计算出牙槽骨在每周的吸收量然后确定牙齿的倾斜角度;以牙齿移动后的位置重新建立模型,并施加衰减后的正畸力值再次计算牙周膜的应变分布,作为下一阶段的初始状态。结果表明,一个治疗周期内,尖牙的移动曲线基本符合典型牙移动的3个阶段;牙槽骨和牙周膜的应力逐渐下降,且最大应力都出现在牙根尖或牙槽骨嵴顶位置。实现了尖牙在正畸力作用下发生倾斜移动的动态过程的模拟,可为临床上制定方案和预测效果提供参考。     

3类面型下颌骨应力分布的数值研究

针对不同下颌骨结构对应力分布的影响问题,基于面型与下颌骨结构的关系,选择3类面型（尖型、方型和圆型）的下颌骨,建立3维有限元模型。比较分析了3类面型下颌骨的位移、应力及肌肉力分布规律和差异。结果发现,不同面型所对应的下颌骨具有一定的构型特征。圆型的前后径距显著低于方型和尖型,但其对位移、应力分布和肌肉力等的影响不显著。方型面型下颌骨的升支高度明显高于圆型和尖型,其位移、应力和肌肉力均显著低于圆型和尖型。说明不同下颌骨结构对应力分布的影响是存在的,但不同的结构差异,其影响是不同的。因此,为了使有限元结果更合理和具有可比性,对临床有更明确的指导作用,深人细致地研究不同构型下颌骨对应力分布的影响规律,建立下颌骨有限元模型的量化标准是非常必要的。     

颞下颌关节内软组织的模拟方式

对比分析关节盘周围软组织的不同模拟方式对颞下颌关节（TMJ）内各结构的位移和应力分布的影响。选择一位无TMJ症状的志愿者,基于其头部CT扫描建立下颌骨和TMJ的3维有限元模型,关节盘周围软组织分4种方式进行模拟,关节盘及其周围软组织和关节软骨层间考虑接触,施加正中咬合的载荷。结果表明,将关节盘周围软组织建立为实体模型,使得关节盘偏离正常位置,且TMJ的功能区（髁突前斜面-关节盘中带-关节结节后斜面）都是低应力区。将双板区建立为实体模型,关节盘接近正常的位置,但仍没体现出TMJ的功能区应力较高的现象。用非线性缆索元来模拟关节盘前、后附着,关节盘处于正常位置,且髁突和颞骨的最大应力都出现在前部区域,关节盘的最大应力出现在中带。当研究重点是TMJ时,应该采用缆索元来模拟双板区和关节盘前附着,同时考虑关节盘与关节软骨层之间的接触。     

人体血液体循环系统的简化混合参数模型

本文建立了一种与本实验室体循环系统体外模拟实验系统相对应的新的分布一体中混合参数理论模型，该模型可方便地引入主动脉弓管壁弹性或粘弹性多种模拟机制，引入血流粘性损耗的不同描述；可用以研究血管壁及血流特性对系统动力学的特性的影响，并且对人工心瓣血流动力学特性的测试与评价有重要的指导意义，结果表明，本模型与模拟实验系统及生理系统有较好的血流动力学相似性。     

血管锥缩对动脉血流动力学特性的影响

本文运用非标准Ｇａｌｅｒｋｉｎ有限元方法，对动脉血管几何锥缩的血流动力学特性影响进行了计算机模拟研究．     

以Casson方程表征的血液在圆管中流动的稳定性研究

本文利用稳定性涡流模型,以Casson方程作为血液的本构方程,研究了具有不同屈服应力的血液在圆管中流动的稳定性问题,建立了判别其流动状态的判据,获得了广义临界雷诺数、临界压力梯度与管径的变化关系。为在层流条件下的血流动力学、流变学以及体外模拟等理论或实验研究提供了稳定性方面的理论依据。     

剪切力对动脉血管平滑肌细胞增殖分化的影响

目的：探讨剪切力作用下人脐动脉血管平滑肌细胞的增殖分化的变化。方法：利用改进的灌流及流动培养装置,通过蠕动泵提供稳定的剪切力,同时提供静态培养所需的其它条件,建立体外人脐动脉血管平滑肌流动培养模型。分别对体外培养的人脐动脉血管平滑肌细胞加载3,4,5,8,10dyn／cm^2的定长流剪切力24h,同时以静态培养的细胞为对照组。相差倒置显微镜观察玻片上细胞的数量并作细胞计数,α—actin免疫组化染色．结果：细胞记数显示,同对照组相比,七刀应力各组的增殖能力都有所下降,5dyn／cm^2切应力作用下,细胞增殖缓慢最为明显．α—actin免疫组化染色提示切应力各组的分化程度较对照组高。结论：初步研究表明,剪切力对人脐动脉血管平滑肌细胞的增殖有一定抑制作用,并且可能促进了细胞的分化。