PMMA骨水泥的性能缺陷及针对缺陷的研究进展

聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥是一种用于治疗脊柱压缩性骨折和固定关节假体的植入材料。临床上运用时仍有三大主要缺陷:甲基丙烯酸甲酯(MMA)聚合放热时会引起的骨组织热坏死、微裂纹产生及失稳扩展会导致力学性能较差,以及与骨组织机械连锁在长期移植后的失效问题。本文依照PMMA骨水泥的上述性能缺陷,提出了有针对性的研究思路,总结了经典研究案例、讨论了具体成果并凝练了今后的研究趋势。同时基于性能缺陷的本质,提出了理想的改性研究需要达到的目的,为今后新型PMMA骨水泥能用于临床奠定理论和实验基础。     

氢质子MR波谱及双回波同反相位成像评价腰椎骨质疏松的研究

为探究氢质子MR波谱(MRS)的脂肪分数(FF)、脂水比(LWR)及双回波同反相位信号比值(SIR)与腰椎定量CT(QCT)骨矿物质密度(BMD)的相关性,并评估MRS、双回波同反相位成像对腰椎骨质减低及骨质疏松的诊断价值,本研究对因腰腿痛就诊的120名患者资料进行了回顾性分析,根据QCT分类标准将患者分为正常组、骨量减少组和骨质疏松组。所行MRI检查包括MRS和双回波同反相位成像,测量腰2~4椎体FF、LWR及双回波同反相位SIR。结果发现,FF、LWR、SIR与BMD呈负相关;FF、LWR与SIR呈正相关。FF、LWR、SIR、BMD在骨量正常组、骨量减少组和骨质疏松组任意两组间差异均有显著性(P<0.001)。本研究表明MRS及双回波同反相位成像可通过无创无辐射检测骨髓脂肪组织而间接反映骨代谢情况。     

口腔种植体中的生物力学

 介绍了口腔种植体的发展历史及基于骨结合理论基 础上的现代口腔种植体所取得的巨大成绩. 概述了种植体设计及临床应用中所遇 到的生物力学问题, 包括种植体的载荷传导特点、种植体/颌骨系统的力学建模、 种植体所引起的骨吸收等等. 指出了我国研发具有自主知识产权的种植体体系的 重要性.     

反演在骨生长方程参数识别中的应用

基于BFGS算法，根据自行设计的动物实验，得到在不同应力环境中，快速生长期大鼠股骨生 长与重建过程中骨密度实测数据，采用反演数值方法，获取了骨生长方程中随时间变化的 生物参数B和K. 通过正演验证，表明所建立的基于BFGS算法的参数识别方法具有较好的 稳定性和较高的识别精度，能够反演出比较切合实际的生物参数数值. 研究表明，反问 题方法是解决生命现象不可测性和未知性问题的有效手段，把反演方法应用到骨生长与重建 等生命现象的研究中，可确定、修正预设的数学模式，为数值量化骨适应生物模型的建立提 供了一条可行的途径.     

平面叶栅跨音流场气动特性的数值研究

通过对模型方程的分析，给出了一种新的隐格式构造思想。将它运用到关通量分裂格式中，可得到无近似因子分解、无矩阵运算的高效二阶精度隐式矢通量分裂差分格式，并用来直接求解时间平均Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程组。数值计算标明：该方法具有精度高、稳定性好、计算量少、收敛快等优点，在平面叶栅跨音流场的计算中，较好地捕获了激波，与实验比较，结果令人满意。     

EFFECTIVE ELASTIC MODULUS OF BONE-LIKE HIERARCHICAL MATERIALS

A shear-lag model is used to study the mechanical properties of bone-like hierarchical materials.The relationship between the overall effective modulus and the number of hierarchy level is obtained.The result is compared with that based on the tension-shear chain model and finite element simulation,respectively.It is shown that all three models can be used to describe the mechanical behavior of the hierarchical material when the number of hierarchy levels is small.By increasing the number of hierarchy level,the shear-lag result is consistent with the finite element result.However the tension-shear chain model leads to an opposite trend.The transition point position depends on the fraction of hard phase,aspect ratio and modulus ratio of hard phase to soft phase.Further discussion is performed on the flaw tolerance size and strength of hierarchical materials based on the shear-lag analysis.     

牛股骨断裂力学的试验研究

本文用新鲜牛股骨做骨断裂力学试验,采用紧凑拉伸试样测定骨纵向裂纹的 K_C 值,且使用拱形三点弯曲试样和 C 形拉伸试样来测定骨横向裂纹的 K_C 值。试验结果表明:两种同为 CR 取向的横向裂纹试样的 K_C 平均值很接近,且骨纵向和横向有完全不同的断裂特征.     

交变电场作用下骨表面温升的实验研究

骨具有力电性质,这一性质可促进骨组织生长。骨既是生理器官又是介电材料,在交变电场作用下,其表现行为可能有生理作用。为此,本文测量了骨悬臂梁试样在交变电场下的表面温升与顶端挠度。发现在电压70V,频率为10~70kHz的交流电场下,最大表面温升达到2~4℃,最大挠度变化为9.0~78.7μm;在频率10kHz,电压为70~175V的交流电场下,最大表面温升达到4~6℃,最大挠度变化为13.0~114.3μm。同时测量了两种经典介电材料有机玻璃和聚乙烯在交变电场下的温升与顶端挠度,最大温升低于0.5℃,但是挠度与骨试样相当,所以相对高温升是骨特有的性质。将交流电压有效值替换成相同幅值的直流电压时,最大温升也低于0.5℃,基本没有挠度变化,所以相对的高温升反映了骨的交流性质。分析后认为,骨在交变电场作用下的温升由胶原的介电损耗引起。实验数据显示,骨在交变电场下,表面温度变化与加载电压的平方成正比,且在实验加载的10~70kHz频段内,骨的介电常数随频率的变化明显。