冲击波负压与肺损伤

着重研究不同水平的冲击波负压峰值对大白鼠和家兔肺的影响。将Ｗｉｓｔａｒ系大白鼠分为６组，每组１０只，其中一组为正常对照组，其余５组分别暴露于平均峰值为－５３．７ｋＰａ至－８５．９ｋＰａ的冲击波负压环境中。伤后立即解剖动物，重点观察肺伤情，同时用６只家兔暴露于冲击波负压环境中，另６只为对照组。实验结果:在上述冲击波负压环境中，肺可出现从无伤至极重度伤的伤情，肺出血充血以及肺表面压痕与肺冲击伤的表现非常相似。随着冲击波负压峰值的变化，各组肺伤情亦随着变化，且相关非常显著，各实验组动物肺伤情与对照组相应的肺伤情相差显著。实验证明，一定条件下的冲击波负压对大白鼠和家兔肺具有明显的致伤作用。     

不同程度冲击波对兔生理系统的损伤效应

利用由轻气炮装置改装而成的生物激波管,开展不同冲击波超压值下兔的损伤效应研究。通过对 兔的多种生理特征和器官(如肺、肾脏等)的变化情况进行检测,综合分析了生物体生理系统对冲击波响应及 其损伤后的自身调节作用。建立了损伤肺湿干比与超压间的定量关系,发现了血压随冲击波增加而降低的现 象。除肺外,冲击波对生物体其他脏器同样存在显著影响。     

肺腺泡内流动与可入肺颗粒物沉积特性的数值模拟

研究肺腺泡区的三维流动特性、颗粒物沉积对于理解肺部的物质输运过程及治疗呼吸系统疾病具有重要的意义。本文建立了肺腺泡区的三维对称几何模型,并通过引入动肺泡壁条件反映肺部节律收缩/扩张的动力学机制,在此基础上对非稳态呼吸时肺腺泡区的气流特性以及颗粒物沉积特性进行模拟。结果表明:随着位置逐渐下移至末端,肺泡内的流线形态从循环状向放射状变化,且流线形态在呼与吸的半周期内保持不变,颗粒物的沉积率也随肺泡的位置下移而增加。此外,通过与既有二维固定壁模型对比表明,三维模型以及动肺泡壁条件对肺部颗粒物沉积具有重要影响,不可忽略。本文对三维肺腺泡流场和颗粒物沉积的特性研究,将为肺部物质输运以及相关领域的深入研究提供可靠的理论依据。     

新冠肺炎病人吸入药物肺内定向投递的数值模拟研究

新冠肺炎病毒席卷全球,世界范围内患病人数仍在迅速增加,新冠肺炎病人的治疗引起研究者的关注,我国新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案指出可采用雾化吸入α-干扰素进行抗病毒治疗。为探索提高雾化吸入治疗效果的方法,本文针对一中症新冠肺炎病例进行了计算流体力学数值模拟分析,分区域重建了病患肺部呼吸道几何结构,在低吸气流量条件下(15 L/min)开展了不同直径药物液滴的肺内投递数值模拟,统计了呼吸道内液滴沉积的数量和位置以及能够投递入肺段深处的液滴数量。揭示了肺段投递效率随Stokes数增大而降低,获得了液滴入口位置与去向间的关系,发现从主气管入口截面上两个圆形区域内释放药物液滴能够高效投递入严重病变肺段,证明了吸入药物定向投递的可能性。     

爆炸冲击波对肺损伤的数值模拟

采用数值模拟方法,分析了人体胸部在自由空间爆炸场中受冲击波作用的力学过程。利用Mimics 软件对CT图像进行处理,建立人体胸部三维模型。根据人体胸部各生物组织的特性,选择合理的材料模 型和参数,并利用LS-DYNA有限元程序中流固耦合方法,计算分析冲击波作用于人体胸部肺的受力过程。 通过计算获得冲击波入射超压峰值和正压持续时间,参照Bowen损伤曲线评估出肺处于Dc 与D1损伤状态 之间。观察肺部应力变化过程,获得肺部表面的正应力变化规律和损伤最严重的区域。分析剪切应力变化规 律,了解肺受切应力作用损伤的可能性。     

冲击伤复合高速破片致伤的损伤特点和冲击伤防护研究

探讨了冲击伤复合高速破片致伤的损伤特点及复合材料对冲击伤的防护效果。结果表明，肢体高速破片致伤对肺冲击伤具有加重作用，加重效应主要发生在原发冲击伤部位，加重效应的机理可能与压力波引起的血流扰动有关。利用复合材料防护可减轻肺冲击伤程度，降低动物的死亡率。     

肺组织、肿瘤材料参数的反演

假设肺组织和肿瘤为均匀弹性材料,给出了其本构方程,提出了用位移量来反演肺组织及肿瘤的弹性模量及泊松比的目标函数及其最小值问题,以及相应的梯度逼近法,其中梯度通过基于有限元分析结果的差分作近似计算。通过一实例的CT映像,重建肺部组织及肿瘤在呼吸过程中的三维模型,提取某时刻的肺部边界位移及样点的位移,在此基础上反演了其材料参数,分析了反演方法的收敛情况。     

生物力学未来研究的需要(Ⅱ)

3.1 引言——呼吸生物力学的范围呼吸为每个活细胞供应氧气并排除CO_2。它是一种遵循力学定律的质量输送现象。心、肺、血管的功能,是来回地给身体细胞输入和输出气体和水。每个细胞的生存都要依靠呼吸。因此,呼吸器,肺的健康和疾病,细胞的呼吸,细胞的健康,细胞对气体和水流量变化的反应,细胞的与生化和应力场有关的生长和变化,都是呼吸生物力学的研究对象。呼吸生物力学的范围列于表1。     

爆炸冲击波对人体胸部创伤机理的有限元方法研究

通过建立简化的人体胸部三维有限元模型,模拟爆炸冲击波与人体胸部作用,根据人体胸部各个 器官的不同,选择合理的材料模型和参数,提出LS-DYNA有限元程序局部平面波改进方法,研究爆炸冲击波 与人体胸部作用的力学过程。依据人体胸部各个器官运动的速度差,预测创伤的区域分布;给出肺模型的压、 拉应力及剪切应力的变化规律,分析肺的创伤区域的分布,与解剖实验结果基本一致。对比Bowen创伤曲 线,证明人体胸部三维有限元模型可以有效得到冲击波创伤特征。     

《生物工程手册》

编纂《生物工程手册》的意图,是对生物工程中意义最重大的诸多课题做出最新评述.本手册包含41章,每章都由该方面的公认权威撰写.目录附于本书评之后. 这样一部大著如何取材选题颇为困难,不可避免地会反映编者的兴趣.本手册的重点是生物力学.对硬组织和软组织的力学,心血管系统力学,肺力学和矫形力学论述得详尽透彻.也包含了一般人较生疏的若干应用,例如耳蜗力学,子宫力学和前庭力学. 这并非说本书取材范围只限于生物力学诸课题.也有几章专门讲人工器官、测量技术等