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TPMS骨组织多孔结构参数化设计方法研究

机械设计与制造 2024年第6期400卷 265-270页

作者：石志良王伟卢小龙张亚武汉理工大学机电工程学院湖北武汉430070 华中科技大学附属同济医院湖北武汉430070

三周期极小曲面(Triply Periodic Minimal Surface,TPMS)曲率为零,具有相连通的高孔隙率结构,能够更好地适应细胞增长、营养物输送和代谢物排出。基于传统CAD的TPMS多孔结构设计,孔隙率、孔径大小与TPMS曲面参数未建立明确的对应关系,... 详细信息

三周期极小曲面(Triply Periodic Minimal Surface,TPMS)曲率为零,具有相连通的高孔隙率结构,能够更好地适应细胞增长、营养物输送和代谢物排出。基于传统CAD的TPMS多孔结构设计,孔隙率、孔径大小与TPMS曲面参数未建立明确的对应关系,设计缺乏灵活性。通过探究阈值和周期对孔隙率的影响关系,提出一种TPMS多孔结构参数化设计方法。基于TPMS设计孔单元,研究发现阈值与孔隙率基本呈线性关系,周期与孔隙率无关,但周期的改变会显著影响模型的孔径大小。由此将阈值和周期作为参数化设计的主要参数输入,可自动生成孔隙率和孔径大小可控的多孔结构。该方法实现于Rhinoceros的Grasshopper(GH)插件,并进行实例验证。

关键词：三周期极小曲面多孔结构参数化设计阈值周期

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尿流动力学检测仪器的历史、现状及展望

现代泌尿外科杂志 2024年

作者：刘夏铭王蕊徐邓建祎程朗晴许盛飞王博一刘繄袁晓奕华中科技大学同济医学院附属同济医院泌尿外科华中科技大学同济医学院附属同济医院第二临床学院华中科技大学同济医学院附属同济医院武汉理工大学机电工程学院测控技术与仪器系

尿流动力学是研究尿液生成、储存和排空过程中涉及的生理学和生物力学参数的重要领域。本综述首先回顾了尿动力学的发展历程、阐述尿流动力学检测仪器的从早期的基础研究到现代先进设备的发展进步及引入我国的历史、接着详细介绍了主要... 详细信息

尿流动力学是研究尿液生成、储存和排空过程中涉及的生理学和生物力学参数的重要领域。本综述首先回顾了尿动力学的发展历程、阐述尿流动力学检测仪器的从早期的基础研究到现代先进设备的发展进步及引入我国的历史、接着详细介绍了主要尿流动力学仪器的作用原理、系统构成及其在临床中的应用现状,进一步指出当前仪器在技术上的不足并提出尿流动力学检测仪器的在核心测压传感器技术、舒适性和隐私性、工作数据传输与人工智能紧密结合等方向的发展趋势,以期为临床了解该领域的发展提供有价值的参考。

关键词：尿流动力学尿流动力学检测仪器排尿功能障碍下尿路症状

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等离子体医学研究进展

高电压技术 2024年第8期50卷 3555-3579页

作者：卢新培罗婧怡聂兰兰刘大伟张冠军刘定新邵涛方志金珊珊赵亚军张远涛邹亮王晓龙李和平张宇刘东平杨德正陈支通黄青程诚吴淑群刘巧珏裴学凯闫旭程鹤熊青石琦宋珂曹颖光陈宏翔冯爱平夏育民白帆杨春俊杨润功何光源华中科技大学电气与电子工程学院西安交通大学电气工程学院中国科学院电工研究所南京工业大学电气工程与控制科学学院山东大学电气工程学院清华大学工程物理系清华大学基础医学院大连理工大学电气工程学院中国科学院深圳先进技术研究院中国科学院等离子体物理研究所南京航空航天大学自动化学院武汉大学电气与自动化学院北京市神经外科研究所南京理工大学化学学院重庆大学电气自动化学院华中科技大学同济医学院附属同济医院华中科技大学同济医学院附属协和医院西安交通大学第二附属医院安徽医科大学第二附属医院解放军总医院第一医学中心华中科技大学生命科学与技术学院

大气压非平衡等离子体(atmospheric pressure nonequilibrium plasma,APNP)能够在产生多种活性成分的同时保持较低甚至常温的气体温度，这使得它在生物医学方面有着巨大的应用前景，因此等离子体医学成为一个备受关注的新兴研究领域。自... 详细信息

大气压非平衡等离子体(atmospheric pressure nonequilibrium plasma,APNP)能够在产生多种活性成分的同时保持较低甚至常温的气体温度，这使得它在生物医学方面有着巨大的应用前景，因此等离子体医学成为一个备受关注的新兴研究领域。自1996年第一篇等离子体医学研究论文发表以来，等离子体医学领域取得了蓬勃的发展，但也面临着一些核心科学问题亟需解决。文中对等离子体医学的研究进展进行了综述，探讨了该领域面临的核心科学问题和等离子体的生物安全性。此外，还简要介绍了等离子体医学在微生物消杀、伤口愈合、癌症治疗、经皮给药和皮肤病治疗等重要应用方面取得的成果。对于制定等离子体医学的标准和规范、建立第三方检测平台以及共享数据库和标准装置等问题，也进行了初步的讨论。最后，对等离子体医学的未来进行了展望。

关键词：等离子体医学大气压非平衡等离子体低温等离子体等离子体源等离子体诊断生物医学应用

数字图像处理关键技术在临床骨科中的研究进展

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中华生物医学工程杂志 2024年第1期30卷 54-59页

作者：霍彤彤刘松相谢毅方滢吴蔚叶哲伟华中科技大学同济医学院附属协和医院骨科，武汉430022

作为生物医学工程领域的关键技术,图像处理取得了显著进展,成为辅助临床疾病诊疗的重要手段。传统图像处理过程过于依赖医生专业知识,导致资源的浪费。现代数字图像处理方法利用计算机自动化地完成医学图像分析和加工等处理工作,推动了... 详细信息

作为生物医学工程领域的关键技术,图像处理取得了显著进展,成为辅助临床疾病诊疗的重要手段。传统图像处理过程过于依赖医生专业知识,导致资源的浪费。现代数字图像处理方法利用计算机自动化地完成医学图像分析和加工等处理工作,推动了疾病诊断、治疗及康复的巨大发展。此外,除临床诊疗外,图像处理技术在引导临床、教学及研究中也扮演着无法取代的角色。本文选取了近几年来医学图像预处理、分割、配准及可视化技术在骨科疾病诊疗领域的最新研究成果,并总结了其在不同场景下的应用现状。旨在介绍图像处理方法在骨科领域的最新进展,促进生物医学工程技术和骨科领域深度融合,为图像处理技术在骨科领域的未来研究提供参考。

关键词：骨科图像处理图像预处理图像分割图像配准

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弥散磁共振成像在中医诊疗中的机遇与挑战

数据采集与处理 2024年第4期39卷 776-793页

作者：吴烨和岚翔张鑫媛伏云鹤刘小明何建忠南京理工大学计算机科学与工程学院南京210094 南京理工大学钱学森学院南京210094 南方医科大学生物医学工程学院广州510515 南京中医药大学附属南京市中西医结合医院南京210000 华中科技大学同济医学院附属协和医院武汉432200 浙江工业大学信息工程学院杭州310023

弥散磁共振成像(Diffusion magnetic resonance imaging,dMRI)是一种通过测量水分子在不同方向上的弥散情况来获取微观结构信息的先进医学影像技术,在临床辅助诊疗中的应用日益广泛。在中医诊疗领域,dMRI技术同样展现了其独特的潜力和价... 详细信息

弥散磁共振成像(Diffusion magnetic resonance imaging,dMRI)是一种通过测量水分子在不同方向上的弥散情况来获取微观结构信息的先进医学影像技术,在临床辅助诊疗中的应用日益广泛。在中医诊疗领域,dMRI技术同样展现了其独特的潜力和价值,为中医“辨证施治”提供了更为客观的依据。在中医诊疗中,dMRI不仅能够帮助医生更准确地诊断疾病,还能监测疾病的发展过程以及治疗效果,为中医“治未病”和“个体化治疗”提供了有力的支持。然而,dMRI技术在中医诊疗领域的应用也面临着诸多挑战。本文集中回顾了近几年dMRI技术在中医诊疗中的应用,并探讨了高级dMRI技术在中医诊疗领域的广阔前景和潜力,同时也讨论了当前dMRI应用的局限性以及dMRI在中医诊疗应用中的挑战。本研究将促进医工交叉,尤其是中医-智能影像技术领域的交流与合作,并推动dMRI技术在中医诊疗中的深入应用和发展。

关键词：弥散磁共振成像中医诊疗中医理论中医证候医工交叉

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Sphere梯度孔结构力学性能有限元分析

中国生物医学工程学报 2019年第3期38卷 339-347页

作者：石志良黄琛卢小龙李锋孙允龙武汉理工大学机电工程学院武汉430070 华中科技大学同济医学院武汉430030

建立不同孔径分布的钛合金梯度多孔结构的三维有限元模型,对力学性能进行分析。使用Rhino 5.0和ABAQUS 6.1软件,分别建立sphere、sphere_line、sphere_plane、sphere_point等4种按不同梯度分布的多孔结构有限元模型。对模型分别加载200... 详细信息

建立不同孔径分布的钛合金梯度多孔结构的三维有限元模型,对力学性能进行分析。使用Rhino 5.0和ABAQUS 6.1软件,分别建立sphere、sphere_line、sphere_plane、sphere_point等4种按不同梯度分布的多孔结构有限元模型。对模型分别加载200、400、600、800、1000 N的力,加载力作用于上表面,方向垂直于表面向下,选定下表面为固定约束,计算等效应力及最大主应力。在加载力相同的情况下,sphere_plane梯度孔模型的最大主应力及最大等效应力最大;其次为sphere_point梯度孔模型,较sphere_plane梯度孔模型小42.49%和23.61%;sphere_line梯度孔模型再次之,较sphere_plane梯度孔模型小47.60%和33.12%;sphere无梯度孔模型的最大主应力及最大等效应力最小,较sphere_plane梯度孔模型小68.44%和54.13%。在4种不同梯度孔径分布的多孔结构中,sphere无梯度孔结构的实际受力最小、承载能力最好,其次是sphere_line梯度孔结构,再次是sphere_point梯度孔结构次之,sphere_plane梯度孔结构实际受力最大,其承载能力相比前3种要差。最后通过快速原型对设计出的4种模型进行制备,得到多孔钛合金实体,并对实体进行力学性能测试实验,得出的结论可验证数值模拟分析结果的可靠性。该研究结果可为多孔钛合金植入体设计以及临床应用提供相关设计参考和理论依据。

关键词：梯度多孔结构计算机辅助设计植入物有限元分析力学性能

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材料和孔隙率对可降解支架内骨形成的影响

医用生物力学 2021年第4期36卷 582-588页

作者：高泽石志良李锋张亚武汉理工大学机电工程学院武汉430070 华中科技大学同济医学院武汉430030

目的研究可降解支架植入人体后的骨修复,不同材料和孔隙率对支架内骨形成的影响。方法根据骨折愈合自然反应机理,运用有限元方法,结合支架几何结构,搭建以材料降解曲线和骨重建控制方程为基础的计算耦合模型。通过这一平台,选择5种材料... 详细信息

目的研究可降解支架植入人体后的骨修复,不同材料和孔隙率对支架内骨形成的影响。方法根据骨折愈合自然反应机理,运用有限元方法,结合支架几何结构,搭建以材料降解曲线和骨重建控制方程为基础的计算耦合模型。通过这一平台,选择5种材料、4种孔隙率的支架代表性体积元进行计算模拟分析,并通过骨密度和支架最大应力反映这一动态过程。结果材料弹性模量对支架内骨组织生长的影响较大,材料弹性模量越小,骨形成量越大,但会对支架的力学性能造成较大影响。较高孔隙率的支架刚度小,能够更好地促进骨组织形成,但同时也会破坏支架的力学稳定性。结论根据不同年龄、性别和部位骨组织的性能需求,为可降解多孔骨支架的材料和孔隙率选择、结构设计以及临床应用提供个性化参考和计算依据。

关键词：支架孔隙率骨形成骨密度

磁性生物陶瓷人工椎体靶向治疗椎骨肿瘤的可行性研究与大动物试验

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中华物理医学与康复杂志 2004年第6期26卷 328-332页

作者：娄朝晖陈安民吴华夏劲松袁松柳孙淑珍夏正才赵明华中科技大学同济医学院附属同济医院骨科武汉430030 华中科技大学物理系武汉理工大学材料工程学院

目的　研究应用磁性生物陶瓷人工椎体靶向治疗椎骨肿瘤的可行性。方法　选择 2～ 4岁健康山羊 4只 ,椎体切除后行“磁性生物陶瓷人工椎体置换术”。山羊术后于前小腿外侧皮下静脉注射99MTc- 4标记的葡聚糖磁微粒 (DMN) ( 0 .1mg kg体重 ... 详细信息

目的　研究应用磁性生物陶瓷人工椎体靶向治疗椎骨肿瘤的可行性。方法　选择 2～ 4岁健康山羊 4只 ,椎体切除后行“磁性生物陶瓷人工椎体置换术”。山羊术后于前小腿外侧皮下静脉注射99MTc- 4标记的葡聚糖磁微粒 (DMN) ( 0 .1mg kg体重 ) ,L4 区域应用医用磁导向定位仪 ,磁场强度为 1T。ECT采集时间为 :给药后 0～ 1min内 ,每 2s采集 1次 ,共 3 0次 ;此后 ,在给药后 2 0 ,40 ,60 ,80min各采集 1次 ,动态观察在磁场条件下 ,99MTc- 4标记的DMN在靶区的富集情况 ;同时对心、肝、脾、肾和肺等脏器进行同步ECT采集显像 ,动态观察DMN在体内的分布情况。结果　在体外磁场的作用下 ,ECT显像显示给药 40min后磁区出现99MTc-4标记的DMN富集 ,且富集的浓度随磁场作用的时间的延长而增高 ,80min时DMN在磁区的浓集继续增加。撤除外加磁场 ,DMN浓集随即消失。结论　在外磁场的作用下 ,具有顺磁性的磁性生物陶瓷的磁化强度升高 ,产生与体外磁场方向一致的体内小磁场 ,在体内、外磁场的联合作用下 ,具有超顺磁性的DMN浓集于磁性生物陶瓷人工椎体区域 ,可使局部定位更明确、具体 ,强化有效的靶向治疗效果 ,即形成“体腔内特定区域的靶向治疗”。

关键词：磁性生物陶瓷人工椎体靶向治疗椎骨肿瘤可行性大动物试验葡聚糖磁性微粒

点阵结构羟基磷灰石支架的数字光处理制备及性能

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硅酸盐学报 2021年第4期49卷 608-617页

作者：化帅斌朱皓吴甲民翟哲陈双刘凯程立金肖骏史玉升华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室武汉430074 增材制造陶瓷材料教育部工程研究中心武汉430074 华中科技大学同济医学院同济医院骨科武汉430030 武汉理工大学材料科学与工程学院武汉430070

由创伤、骨肿瘤切除、交通事故等原因引起的骨缺损使骨支架的需求增加.增材制造技术在制造个性化复杂结构骨支架方面具有突出优势.采用数字光处理(DLP)技术成形出金刚石结构、菱形十二面体结构和八角桁架结构3种点阵结构的羟基磷灰石[Ca... 详细信息

由创伤、骨肿瘤切除、交通事故等原因引起的骨缺损使骨支架的需求增加.增材制造技术在制造个性化复杂结构骨支架方面具有突出优势.采用数字光处理(DLP)技术成形出金刚石结构、菱形十二面体结构和八角桁架结构3种点阵结构的羟基磷灰石[Ca_(10)(PO_(4))6OH_(2),HA]陶瓷素坯,进而成功烧结出孔隙率为70%的3种点阵结构HA陶瓷支架,烧结后孔径最小为200~300μm.结果表明,1300℃烧结后的HA陶瓷部分分解为了β-磷酸三钙,且陶瓷晶粒之间结合致密.力学强度模拟与实际结果相符,八角桁架点阵结构的平均抗压强度最大,为3.16 MPa.经体外细胞实验表明,HA陶瓷骨支架表面有利于骨间充质干细胞(rBMSCs)良好的铺展粘附,DLP制备的HA陶瓷具有良好的生物相容性.DLP技术成形高精度点阵结构HA陶瓷骨支架在骨组织工程中有望得到广泛的应用.

关键词：数字光处理阻聚剂增材制造羟基磷灰石支架点阵结构生物相容性