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基于多目标优化方法的Voronoi仿生多孔支架设计
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作者 田素静 宫赫 +2 位作者 张翔 高甲子 周立明 《医用生物力学》 北大核心 2025年第3期646-655,共10页
目的 提出一种基于多目标优化的适用于不同骨缺损程度的Voronoi仿生多孔支架设计方法。方法 首先研究支架设计参数对力学和生物学性能的影响。然后建立支架设计参数分别与支架性能指标(比表面积、弹性模量、屈服强度和渗透率)的响应面... 目的 提出一种基于多目标优化的适用于不同骨缺损程度的Voronoi仿生多孔支架设计方法。方法 首先研究支架设计参数对力学和生物学性能的影响。然后建立支架设计参数分别与支架性能指标(比表面积、弹性模量、屈服强度和渗透率)的响应面模型。最后以边长15 mm立方体支架为例(假设骨缺损尺寸为边长15 mm立方体),将骨组织弹性模量和渗透率范围作为性能约束,通过非支配遗传算法-Ⅱ对支架进行多目标优化。结果 Voronoi支架的各向异性程度受种子点数的影响,而支架尺寸和缩放因子均只影响其杆径和杆长;通过本研究的设计方法,可针对特定缺损尺寸,设计出同时满足力学和生物学性能的最优支架。此外,通过调整屈服强度权重因子来改变乌托邦点,能够满足不同强度需求下的最优支架设计。结论 提出了一种基于多目标优化的Voronoi多孔支架设计方法,可适用于不同程度的骨缺损,为骨组织工程支架的个性化设计提供新的思路。 展开更多
关键词 Voronoi仿生多孔支架 骨缺损 力学性能 渗透性能 多目标优化
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晚期糖基化终末产物及其受体对2型糖尿病骨质疏松的影响
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作者 史佩佩 宫赫 《医用生物力学》 北大核心 2025年第2期485-491,共7页
2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)引发的骨质疏松增加了患者的骨折风险及骨折后死亡率。然而,其具体发病机制尚未明确,目前缺乏有效的预防和治疗手段。本综述首先总结非酶糖基化反应所产生的晚期糖基化终末产物(advanced glyca... 2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)引发的骨质疏松增加了患者的骨折风险及骨折后死亡率。然而,其具体发病机制尚未明确,目前缺乏有效的预防和治疗手段。本综述首先总结非酶糖基化反应所产生的晚期糖基化终末产物(advanced glycation end products,AGEs)对T2DM骨基质成分、骨结构和力学性能的影响;然后阐述AGEs及其受体(receptor for AGEs,RAGE)导致骨退变的生物学机制;最后探讨有益于骨合成代谢的降糖药物及其他药物通过抑制AGE/RAGE信号通路对骨质量的改善,为T2DM相关骨质疏松的预防和治疗提供潜在的干预靶点和思路。 展开更多
关键词 2型糖尿病 骨质疏松 晚期糖基化终末产物 骨转换 药物干预
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振动环境下头盔对飞行员椎间盘生物力学响应影响
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作者 刘景龙 徐鹏 +1 位作者 王丽珍 樊瑜波 《医用生物力学》 CSCD 北大核心 2024年第6期1050-1057,共8页
目的探究振动环境下头盔对飞行员椎间盘响应的影响。方法基于人体颈椎计算机断层扫描图像,建立C5~6颈椎节段的多孔介质有限元模型。对验证后的模型施加A、B、C头盔和无头盔4种工况载荷,开展时长3600 s振动分析,考虑振动频率影响,得到髓... 目的探究振动环境下头盔对飞行员椎间盘响应的影响。方法基于人体颈椎计算机断层扫描图像,建立C5~6颈椎节段的多孔介质有限元模型。对验证后的模型施加A、B、C头盔和无头盔4种工况载荷,开展时长3600 s振动分析,考虑振动频率影响,得到髓核和基质的最大多孔压力与最大主应力。结果在同一振动频率下,髓核和基质的最大多孔压力逐渐降低并趋于平稳,髓核和基质最大多孔压力曲线在B头盔情况下最高,C、A头盔次之,无头盔最小。B头盔情况下髓核的最大主应力曲线高于C、A头盔和无头盔。在5、9 Hz振动频率下,不同头盔作用时基质的最大主应力随时间增加,在约1200 s后逐渐接近且趋于稳定。同一头盔情况下,在加载1200~2400 s后,髓核在9 Hz下最大主应力曲线高于5、1 Hz曲线。基质在9、5 Hz下的最大主应力曲线接近,均高于1 Hz情况。结论不同头盔对椎间盘内髓核和基质多孔压力有显著影响,振动频率的升高导致基质的最大主应力增加。 展开更多
关键词 振动载荷 飞行员 颈部损伤 椎间盘退化 多孔介质建模 多孔压力
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