保留瓣膜两种主动脉根部置换术的生物力学数值模拟

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作者 王倩 罗新锦 +6 位作者 丘俊涛 胡圣懿 丁学超 杜田明 张艳萍 侯倩文 乔爱科 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期691-698,共8页

目的阐释运用直筒型人工血管行保留主动脉瓣膜的主动脉根部改良重塑术和佛罗里达袖套术对新生主动脉根部生物力学的影响。方法采用CTA影像重建5例主动脉根部有限元模型,包括2例主动脉根部改良重塑术(A1、A2),2例佛罗里达袖套术(B1、B2)... 目的阐释运用直筒型人工血管行保留主动脉瓣膜的主动脉根部改良重塑术和佛罗里达袖套术对新生主动脉根部生物力学的影响。方法采用CTA影像重建5例主动脉根部有限元模型,包括2例主动脉根部改良重塑术(A1、A2),2例佛罗里达袖套术(B1、B2)和1例无主动脉根部病变的对照组(C)。通过数值模拟获得血流和压力分布结果,评估主动脉根部的血流动力学差异。结果两种术式的患者和对照组收缩峰值的最大流速之间没有显著差异,但主动脉根部改良重塑术后的流速较为平缓,与对照组模型相近,而其主动脉内平均压力和壁面切应力趋于稳定。佛罗里达袖套术中,存在高速血流冲击血管壁,沿主动脉壁出现不同程度的壁面切应力和压力集中现象。结论保留瓣膜的主动脉根部手术后,新生主动脉根部的血流模式依赖于术后窦部几何形状的变化。观察到两种术式的血流状态均表现良好,但主动脉根部改良重塑术血流模式较佛罗里达袖套术更稳定。 展开更多

关键词 主动脉根部改良重塑术 佛罗里达袖套术 直筒型人工血管 主动脉根部形态 计算流体力学

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分叉血管边支斑块及继生斑块发生发展趋势的动态模拟

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作者 刘昭 孙浩 +5 位作者 陶克怡 杜田明 张艳萍 刘圣文 冯继玲 乔爱科 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期838-845,共8页

目的考虑血管重构和低密度脂蛋白(low-density lipoproteins,LDL)沉积,探讨分叉血管边支斑块的生长发展趋势,以及因斑块存在而可能引发继生斑块的生长位置。方法建立分叉血管理想化模型,用计算流体力学方法获取边支斑块生长前后壁面切... 目的考虑血管重构和低密度脂蛋白(low-density lipoproteins,LDL)沉积,探讨分叉血管边支斑块的生长发展趋势,以及因斑块存在而可能引发继生斑块的生长位置。方法建立分叉血管理想化模型,用计算流体力学方法获取边支斑块生长前后壁面切应力分布。在低切应力区域截取7个截面:截面1~3为斑块生成前边支的低切应力区域;截面4、5为斑块上、下游边缘;截面6、7为斑块下游低切应力区域。模拟截面内血管重构和LDL沉积,讨论斑块的生长和发展趋势。结果截面1~3中,截面2产生了明显的负性重构和最高浓度LDL沉积(102.266 mmol/L),说明此处是动脉粥样硬化斑块的起始位置。当斑块产生后,相比于截面4,截面5产生了更明显的血管重构,并造成管腔的狭窄和最高的沉积浓度(110.17 mmol/L),说明斑块有向下游偏心生长的趋势。相比于截面6,截面7(血液流动分离再附着点)产生了更明显的负性重构和最高的沉积浓度(93.851 mmol/L),说明血液流动分离再附着点附近有生成新斑块的可能。结论边支低切应力处产生明显血管重构导致管腔狭窄,并引发LDL的高浓度沉积,形成动脉粥样硬化斑块。其中,分叉血管的外侧壁为动脉粥样硬化斑块生长的起始位置。在斑块生长后斑块有向下游发展的趋势,在流动分离再附着点有形成继生斑块可能。 展开更多

关键词 分叉血管 动脉粥样硬化 血管重构 低密度脂蛋白沉积 数值模拟

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不同应力水平对支架降解影响的有限元分析

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作者 张晗冰 杜田明 +3 位作者 张艳萍 陈诗亮 刘圣文 乔爱科 《北京生物医学工程》 2024年第3期229-235,241,共8页

目的建立多种腐蚀因素共同作用的支架降解模型,探究不同应力水平对可降解支架的降解行为及服役性能的影响。方法基于连续损伤力学原理,通过在有限元框架下为独立单元设置腐蚀属性和材料属性,对支架降解过程中的力学强度和几何变化进行模... 目的建立多种腐蚀因素共同作用的支架降解模型,探究不同应力水平对可降解支架的降解行为及服役性能的影响。方法基于连续损伤力学原理,通过在有限元框架下为独立单元设置腐蚀属性和材料属性,对支架降解过程中的力学强度和几何变化进行模拟,由此建立均匀腐蚀、应力腐蚀及点腐蚀多种因素共同作用下的支架动态降解模型。分别将支架扩张至血管直径的1.05、1.1、1.2倍为支架提供不同的应力水平,对三种不同工况的降解过程进行数值模拟,分析降解过程中的支架形态、质量损失率及服役时间等。结果支架植入后的应力水平会对其服役性能产生显著影响。随着扩张比的增加,三种应力水平下支架断裂的时间分数分别为0.95、0.82和0.78,断裂时的质量损失率分别为73%、63%和60%。降解过程中由应力腐蚀主导移除的单元数量分别为112、125和139;应力腐蚀作为主导因素的时间分数分别为0.93、0.82和0.78。血管塌陷的时间分数分别为0.83、0.72和0.68,并且血管塌陷发生在支架失去其几何完整性之前。结论对于可降解支架,选择恰当的扩张比对获得良好的支架治疗效果有重要影响。高扩张比在更好维持管腔通畅性的同时也通过提高花冠处的应力水平使局部应力腐蚀作用增加,从而缩短了支架的服役时间,导致其更容易发生不均匀降解。 展开更多

关键词 可降解支架 植入扩张比 应力腐蚀 支撑性 有限元分析

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周期性压应力对胶原支架多尺度动态矿化调控以改善其力学性能的闭环机制研究

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作者 陈嘉文 耿子瑶 +1 位作者 乔爱科 杜田明 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期534-534,共1页

目的矿化胶原的低力学强度限制了其在骨缺损修复上的临床应用。天然骨中,力学负荷影响骨基质的分级矿化,促进承受负载处的矿物沉积。本文通过在胶原支架动态矿化中施加不同幅度(0%、1.5%、3%、4.5%、6%)的周期性压应变,模拟人体骨骼在... 目的矿化胶原的低力学强度限制了其在骨缺损修复上的临床应用。天然骨中,力学负荷影响骨基质的分级矿化,促进承受负载处的矿物沉积。本文通过在胶原支架动态矿化中施加不同幅度(0%、1.5%、3%、4.5%、6%)的周期性压应变,模拟人体骨骼在日常活动中受到的力学负荷,探究循环压应力动态调节胶原支架多尺度矿化来增强矿化胶原力学性能的闭环机制。方法通过傅里叶红外光谱、热重分析、透射电镜和选定区域电子衍射对支架中矿物质晶体转化及含量进行评价。通过染色、扫描电镜和能量色散X射线光谱分析不同尺度矿物的形貌和分布。通过力学测试评估了矿化胶原的力学性能。结合有限元分析,模拟胶原矿化过程中应力分布和矿物质的分布变化。结果周期性压应力能增加矿物质的渗透并优化矿物形态,显著促进胶原矿化。随着矿化程度的提高,矿化胶原的弹性模量显著增加。有限元分析结果表明,压应力通过改变矿物质的运输和沉积,调节矿化胶原的应力分布和力学性能,使矿化胶原具有与天然骨一致的多尺度矿化结构。结论本研究实现了对力学刺激调控胶原矿化的闭环机制(力学刺激/矿化结构/力学性能/应力分布/矿化过程)研究。这一发现为胶原矿化的深入理解及其在骨缺损修复中的应用提供了新的视角。 展开更多

关键词 力学刺激 X射线光谱分析 骨基质 骨缺损修复 傅里叶红外光谱 人体骨骼 矿化程度 选定区域

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弹性蛋白含量影响胶原钙化的钙磷浓度依赖性研究

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作者 吴薇 孙雨涵 +1 位作者 乔爱科 杜田明 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期618-618,共1页

目的骨中钙磷盐沉积减少与血管中钙磷盐沉积增加都是临床病理钙化的表现。在骨和血管处发生的病理钙化与其所处环境中的钙磷浓度以及自身胶原和弹性蛋白的比例密切相关。但当前关于病理钙化的研究中未考虑弹性蛋白-胶原比例。因此,本研... 目的骨中钙磷盐沉积减少与血管中钙磷盐沉积增加都是临床病理钙化的表现。在骨和血管处发生的病理钙化与其所处环境中的钙磷浓度以及自身胶原和弹性蛋白的比例密切相关。但当前关于病理钙化的研究中未考虑弹性蛋白-胶原比例。因此,本研究旨在探究弹性蛋白-胶原比例和钙磷浓度对钙化影响的关系。方法通过设置不同的弹性蛋白-胶原比例(0∶1、0.6∶1、1∶1、1.4∶1、1.8∶1)以及高、低两种钙磷浓度来模拟骨和血管的钙化环境。利用电镜、热失重、拉力机等仪器分析样品的多尺度微观形貌、钙化程度和力学性能等。结果在低钙磷浓度情况下,弹性蛋白-胶原比例与钙化程度和刚度呈负相关,微观结构由网状逐渐变成蜂窝状。表明弹性蛋白-胶原比例较高的组织(如血管)不易发生钙化。在高钙磷浓度情况下,弹性蛋白-胶原比例与钙化程度呈正相关,微观上蜂窝结构更加规整。表明在高钙磷浓度下,弹性蛋白-胶原比例较高的血管相较于骨更易吸引钙磷盐沉积,从而造成骨中钙磷盐沉积减少与血管中钙磷盐沉积增多。结论弹性蛋白-胶原比例对钙化程度的影响表现出明显的钙磷浓度依赖。这一发现为改变钙磷浓度或弹性蛋白-胶原比例调控钙化,以及为病理钙化相关的血管和骨类疾病的靶向治疗策略提供了重要思路。 展开更多

关键词 弹性蛋白 钙化程度 钙磷浓度 靶向治疗 分析样品 拉力机 蜂窝状 蜂窝结构

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金纳米颗粒在病毒性疾病中的应用进展

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作者 温一帆 杨槐 +4 位作者 安家宝 樊聪敏 杜田明 贾润清 曹鹏 《纳米技术》 2024年第1期1-11,共11页

灵敏特异的检测方案和有效的抗病毒疗法对于预防治疗病毒感染至关重要。金纳米颗粒(Gold Nanoparticles, AuNPs)是指尺寸在1~100 nm的金属纳米材料,因其良好的生物相容性、较低的生物毒性和可调节的尺寸而广受关注,目前常应用于生物分... 灵敏特异的检测方案和有效的抗病毒疗法对于预防治疗病毒感染至关重要。金纳米颗粒(Gold Nanoparticles, AuNPs)是指尺寸在1~100 nm的金属纳米材料,因其良好的生物相容性、较低的生物毒性和可调节的尺寸而广受关注,目前常应用于生物分子传感、药物递送、疫苗制备、癌症治疗和抗菌药物等领域。正是由于AuNPs的这些特性,使其在预防和治疗已知或潜在未知的病毒感染等方面也具有独特的优势。本文简要介绍了AuNPs在对抗病毒性疾病中发挥的作用,主要涵盖了病毒检测、疫苗制备、药物递送和抗病毒治疗四个方面的研究进展,并探讨了AuNPs在应用开发中面临的挑战以及未来的发展前景。 展开更多

关键词 金纳米颗粒 病毒 病毒性疾病 检测 治疗

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流体剪切力对骨基质纤维内分级矿化的影响 被引量：1

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作者 杜田明 牛旭锋 樊瑜波 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期152-152,共1页

目的流体剪切力(FSS)是骨基质矿化过程中受到的主要力学刺激之一。通过利用周期性FSS和经典的聚丙烯诱导的胶原纤维内分层矿化比较,揭示周期性FSS影响胶原纤维内矿化的机制。方法采用锥板黏度计在胶原矿化过程中提供不同作用时间(4、8、... 目的流体剪切力(FSS)是骨基质矿化过程中受到的主要力学刺激之一。通过利用周期性FSS和经典的聚丙烯诱导的胶原纤维内分层矿化比较,揭示周期性FSS影响胶原纤维内矿化的机制。方法采用锥板黏度计在胶原矿化过程中提供不同作用时间(4、8、12 h)1.0 Pa周期性FSS。周期内工作1 h,间歇1 h。通过傅里叶红外光谱、钙磷比检测以及透射电镜对矿化过程中磷灰石形貌及晶体转化评价。通过扫描电镜和透射电镜进行胶原矿化后表面和内部结构分析。 展开更多

关键词 力学刺激 流体剪切力 胶原纤维 傅里叶红外光谱 钙磷比 透射电镜 矿化过程 黏度计

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科普教学在“生物力学基础”课程中的应用案例 被引量：2

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作者 乔爱科 杜田明 +2 位作者 杨海胜 南群 刘有军 《教育教学论坛》 2022年第40期138-141,共4页

在面向本科生“生物力学基础”课程的实际教学活动中,针对学生的生物医学工程专业背景及力学基础知识薄弱的客观情况,着力创新科普理念和服务模式,把工程科学、人文历史、思想政治建设串联在科普故事里。在形式上运用互联网技术大力推... 在面向本科生“生物力学基础”课程的实际教学活动中,针对学生的生物医学工程专业背景及力学基础知识薄弱的客观情况,着力创新科普理念和服务模式,把工程科学、人文历史、思想政治建设串联在科普故事里。在形式上运用互联网技术大力推进科普信息化,在内容上增强科普教育的知识性和趣味性,提高基础理论课程的吸引力和感染力,并在培养大学生正确的世界观、人生观、价值观、科学观等方面起到潜移默化、润物细无声的效果。 展开更多

关键词 生物医学工程 生物力学 科学普及 教学模式 自主学习

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新时代背景下先进生物医学材料研究生课程教学质量提升方法探讨 被引量：2

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作者 杜田明 乔爱科 《高教学刊》 2023年第35期126-129,共4页

该文旨在探讨新时代“医工交叉”融合背景下,如何通过优化课程内容、创新教学方法、教学模式和引入相关资源,提升先进生物医学材料研究生课程的教学质量。在内容上,针对学生的背景不同,区分基础板块和进阶板块。基础板块围绕生物材料的... 该文旨在探讨新时代“医工交叉”融合背景下,如何通过优化课程内容、创新教学方法、教学模式和引入相关资源,提升先进生物医学材料研究生课程的教学质量。在内容上,针对学生的背景不同,区分基础板块和进阶板块。基础板块围绕生物材料的发展历程、基本特点和分类展开。进阶板块注重材料的先进性问题围绕具有广阔发展前景和应用空间先进生物材料展开。同时,采用多模式、多途径教学,理论联系实际,通过启发思考、方法传授、趣味教学与传统教学和多媒体教学相结合,引入不同的学习资源,提高教学效果。同时,注重思政教育,将思政教育融入教学过程,引导学生思考与民生问题相关的医学与生物材料交叉领域问题。课上、课下与学生互动交流,提高学生的学习效果和兴趣,培养具有创新能力和实践能力的专业人才。 展开更多

关键词 先进生物医学材料 教研结合 教学模式 教学案例 资源引入

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鱼鳞胶原为基质的胶原混合重组及性能研究 被引量：1

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作者 杜田明 陈子浩 +1 位作者 唐翔宇 武继民 《四川大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期859-864,共6页

本研究以鱼鳞Ⅰ型胶原为基质,分别与牛筋、猪皮胶原进行混合重组.分析鱼鳞胶原和牛筋及猪皮胶原混合重组后胶原海绵的性能变化.红外分析表明混合重组后胶原特殊的三螺旋结构保存完整,吸渗性能显示重组胶原海绵的吸水性出现最佳值,扫描... 本研究以鱼鳞Ⅰ型胶原为基质,分别与牛筋、猪皮胶原进行混合重组.分析鱼鳞胶原和牛筋及猪皮胶原混合重组后胶原海绵的性能变化.红外分析表明混合重组后胶原特殊的三螺旋结构保存完整,吸渗性能显示重组胶原海绵的吸水性出现最佳值,扫描电镜显示混合重组后鱼鳞胶原纤维的结构更加紧密,而代表胶原交联度显著提高的酶解、热变性和热失重的结果分别显示混合胶原海绵的酶解稳定性、热稳定性均得到显著提高. 展开更多

关键词 鱼鳞胶原 混合 改性

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软骨修复相关细胞因子的作用及其研究进展

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作者 陈子浩 唐翔宇 +1 位作者 杜田明 武继民 《医疗卫生装备》 CAS 2014年第10期103-107,共5页

介绍了关节软骨损伤缺损疾病,对比分析了几种主要的关节软骨修复的手术治疗方法,对如何提高关节软骨修复能力进行了分析研究,提出了组织工程在软骨缺损修复方面的重要性。介绍了软骨修复相关的生长因子,如骨形态发生蛋白(bone morphogen... 介绍了关节软骨损伤缺损疾病,对比分析了几种主要的关节软骨修复的手术治疗方法,对如何提高关节软骨修复能力进行了分析研究,提出了组织工程在软骨缺损修复方面的重要性。介绍了软骨修复相关的生长因子,如骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)、胰岛素样生长因子(insulin-like growth factors,IGFs)、转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)、表皮生长因子(epidermal growth factor,EGF)、成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factors,FGFs),并对各生长因子在软骨损伤修复中起的作用及研究进展做一综述。 展开更多

关键词 软骨 细胞因子 修复

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力学环境调控骨基质仿生矿化

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作者 马春阳 杜田明 +1 位作者 牛旭锋 樊瑜波 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期200-210,共11页

骨缺损一直以来都是威胁人类生命健康的重要原因,人工仿生骨修复替代材料是目前治疗骨损伤最为有效、可行的解决途径之一。要研发人工骨仿生材料,必先构建体外仿生矿化体系,以研究天然骨基质的矿化机制。胶原是矿化发生的模板,其交联度... 骨缺损一直以来都是威胁人类生命健康的重要原因,人工仿生骨修复替代材料是目前治疗骨损伤最为有效、可行的解决途径之一。要研发人工骨仿生材料,必先构建体外仿生矿化体系,以研究天然骨基质的矿化机制。胶原是矿化发生的模板,其交联度、直径、渗透压和表面电荷等性质会直接影响矿化的进行。矿化发生的生化和力学环境对矿化过程的影响也十分明显,特别是非胶原蛋白和流体切应力。流体切应力是骨组织在微观环境下受到的最主要力学刺激方式,对骨骼生长、修复以及健康维护都具有重要意义。不同水平和加载方式的切应力对无定形磷酸钙向骨磷灰石的转化、胶原纤维的自组装和定向排列以及分层纤维内矿化的形成具有显著作用。本文总结影响骨基质矿化的因素及其作用机制,重点介绍流体切应力对胶原矿化的调控作用,并展望未来的发展方向。 展开更多

关键词 骨基质 仿生矿化 胶原 流体切应力 骨修复材料

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适形贴壁支架的“适形”与“可行”结构设计及其力学分析

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作者 孙浩 陶克怡 +5 位作者 刘昭 杜田明 张艳萍 刘圣文 冯继玲 乔爱科 《生物医学工程学杂志》 EI CAS 北大核心 2024年第4期790-797,806,共9页

针对适形贴壁支架“适形”和“可行”的矛盾,探究不同平滑设计方案对支架力学行为和贴壁效果的影响。基于三维投影方法,对投影区域用最小二乘法进行拟合(拟合阶数1~6分别对应模型1~6),达到对适形贴壁支架平滑的效果。模拟6组支架在斑块... 针对适形贴壁支架“适形”和“可行”的矛盾,探究不同平滑设计方案对支架力学行为和贴壁效果的影响。基于三维投影方法,对投影区域用最小二乘法进行拟合(拟合阶数1~6分别对应模型1~6),达到对适形贴壁支架平滑的效果。模拟6组支架在斑块钙化程度不同的狭窄血管中的压握、扩张过程,分析了弯曲刚度、支架崎岖度、面积残余狭窄率、接触面积分数和接触体积分数等指标。结果显示,弯曲刚度、支架崎岖度、面积残余狭窄率、接触面积分数和接触体积分数均随拟合阶数的增加呈上升趋势。其中模型1的接触面积分数和接触体积分数最小,未完全钙化斑块环境中分别为77.63%和83.49%,完全钙化斑块环境中分别为72.86%和82.21%,“适形”性最差;模型5和6的支架崎岖度的值较为接近,分别为32.15%和32.38%,制造和植入的“可行”性最差;模型2、3、4在两种斑块环境中具有相近的面积残余狭窄率。可见,对投影区域用最小二乘法进行2~4阶拟合获得适形贴壁支架较为合理;其中,在完全钙化环境中,2阶拟合获得的适形贴壁支架性能更好。 展开更多

关键词 血管内支架 结构设计 支架贴壁不良 数值模拟 生物力学

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非均匀泊松比防移位气管支架的结构设计及力学分析的数值研究

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作者 陶克怡 孙浩 +5 位作者 刘昭 杜田明 张艳萍 程渊 黄俊芳 乔爱科 《生物医学工程学杂志》 EI CAS 北大核心 2024年第5期1035-1045,共11页

支架移位是气管支架植入后的常见并发症之一,其原因包括支架与气管之间尺寸不匹配、气管的生理运动等。针对以上问题,本研究在保证支架支撑性的同时,结合气管尺寸结构与气管的生理运动,设计非均匀泊松比气管支架以改善支架的移位问题。... 支架移位是气管支架植入后的常见并发症之一,其原因包括支架与气管之间尺寸不匹配、气管的生理运动等。针对以上问题,本研究在保证支架支撑性的同时,结合气管尺寸结构与气管的生理运动,设计非均匀泊松比气管支架以改善支架的移位问题。本研究在对应软骨部分的支架采用负泊松比结构,对应环间结缔组织及后膜部分的支架采用正泊松比结构,并设计了连杆长度不同、负泊松比不同的4种非均匀泊松比气管支架。然后,本文以数值模拟支架植入后的扩张回弹过程,观察支架的支撑性,进一步模拟气管拉伸运动,计算不同的负泊松比结构对应支架部分的直径变化;并利用在气管壁施加不同呼吸压,记录支架的轴向位移以评价支架是否具有防移位效果。研究结果显示,连杆长度为3 mm的非均匀泊松比支架在气管拉伸时,其负泊松比部分直径扩张最大;和正泊松比结构支架相比,剧烈呼吸时的轴向位移从0.024 mm减少到0.012 mm。本研究所设计的非均匀泊松比支架的负泊松比结构在气管内拉胀效应未失效,与传统支架相比,在保证支架支撑力的同时,非均匀泊松比气管支架在气管正常运动下具有防移位效果。 展开更多

关键词 气管支架 支架移位 负泊松比 数值模拟 生物力学

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鱼鳞胶原提取及其热稳定性提高的研究进展 被引量：1

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作者 杜田明 陈子浩 +1 位作者 唐翔宇 武继民 《军事医学》 CAS CSCD 北大核心 2015年第1期75-78,共4页

近年来,随着水产加工业的迅速发展,鱼类下脚料中胶原蛋白的提取成为人们的研究热点。鱼鳞胶原具有优于畜禽胶原的低抗原性、低过敏性等特点,且来源广泛、价格低廉。该文综述了鱼鳞胶原提取及其热稳定性改进技术方面的研究进展。

关键词 鱼胶原蛋白 提取 改性

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