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一种可测量血管应变的光学相干成像系统

生物医学工程学杂志 2017年第5期34卷 772-777页

作者：吴琨彭远来盛广济李昂刘肖邓小燕樊瑜波北京航空航天大学生物与医学工程学院生物力学与力生物学教育部重点实验室北京100191

本研究旨在搭建一套可测量血管应变的光学相干层析成像(OCT)系统。首先,利用搭建的OCT系统测量猪冠状动脉结构,并与血管组织切片对比,以确定系统的可靠性;然后,在灌流系统中,对猪冠状动脉施加不同压力,测量不同压力下血管的OCT图像,并... 详细信息

本研究旨在搭建一套可测量血管应变的光学相干层析成像(OCT)系统。首先,利用搭建的OCT系统测量猪冠状动脉结构,并与血管组织切片对比,以确定系统的可靠性;然后,在灌流系统中,对猪冠状动脉施加不同压力,测量不同压力下血管的OCT图像,并使用互相关算法计算血管应变。结果表明,血管的OCT图像呈明暗分层,可以清晰地观察到血管的中膜和内膜,与血管组织切片结果一致。计算得到了不同压力下中膜和内膜的位移和应变,发现中膜应变大于内膜应变。该OCT系统不仅可以测量血管组织形态,还可以测量血管微观尺度的应变。

关键词：血管应变光学相干层析成像

2型糖尿病性骨质疏松对骨折风险影响的研究进展

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医用生物力学 2023年第4期38卷 831-836页

作者：胡小容宫赫北京航空航天大学生物与医学工程学院生物力学与力生物学教育部重点实验室生物医学工程高精尖创新中心北京100191

2型糖尿病性骨质疏松(type 2 diabetic osteoporosis,T2DOP)是由2型糖尿病(type 2 diabetes,T2D)导致的以骨量减少、骨微结构受损、骨强度降低和骨折风险增加为特征的肌骨系统并发症,早期无症状且发病机制复杂,诊断方法有限,患者的致残... 详细信息

2型糖尿病性骨质疏松(type 2 diabetic osteoporosis,T2DOP)是由2型糖尿病(type 2 diabetes,T2D)导致的以骨量减少、骨微结构受损、骨强度降低和骨折风险增加为特征的肌骨系统并发症,早期无症状且发病机制复杂,诊断方法有限,患者的致残率和死亡率高。当前对T2DOP的治疗主要采用抗糖尿病药物和抗骨质疏松药物。本文结合最新相关文献,总结T2DOP的特征、发病机制、诊断方法和治疗方法,探讨T2DOP治疗的未来方向,从而降低骨折风险。

关键词： 2型糖尿病性骨质疏松发病机制诊断治疗骨折风险

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过载性损伤与防护生物力学

力学进展 2020年第1期50卷 124-168页

作者：王丽珍樊瑜波北京航空航天大学生物与医学工程学院生物力学与力生物学教育部重点实验室北京航空航天大学生物医学工程高精尖创新中心

损伤与防护生物力学(injury and protection biomechanics)是研究生物组织或器官损伤机理及其防护方法的一门交叉性学科,属于现代生物力学的重要分支.其研究目标是降低载荷环境下组织或器官的损伤程度,主要内容包括载荷造成生物组织和... 详细信息

损伤与防护生物力学(injury and protection biomechanics)是研究生物组织或器官损伤机理及其防护方法的一门交叉性学科,属于现代生物力学的重要分支.其研究目标是降低载荷环境下组织或器官的损伤程度,主要内容包括载荷造成生物组织和器官的损伤机制、损伤耐受极限以及损伤过程中的生物力学动态响应、如何改善组织和器官所处的力学环境降低其损伤程度、有效的防护装备优化设计思路.高过载性载荷由于其作用短时性和爆发性具有较高致命性,因此,人在过载环境下的抗损伤能力已越来越成为航空器研制、汽车性能提升、运动员竞技能力提升与充分发挥的瓶颈;尤其是更快、更灵活新型飞机的出现,超音速弹射救生、大过载高增长率的机动飞行防护等问题向损伤与防护生物力学研究提出了新的挑战,同时也为损伤与防护生物力学的发展提供了新发展机遇.随着科技不断进步,航空航天、交通事故、体育运动乃至日常生活中老年人跌倒等过程中人体冲击过载性损伤越来越呈现发生率高、防护效率低等问题,一方面由于人体耐限实验会造成损伤而难以获得真实数据,另一方面生物组织具有复杂非线性及黏弹性、可再生和重建特性,涉及到如何精准描述生物组织或器官的本构关系、组织解剖学特征与其力学特性之间相关性,建立不同尺度的组织或器官损伤机理与耐受极限、防护方法及防护装备设计准则.为此,本文将主要总结过载性损伤与防护生物力学的主要研究内容和研究方法,并在此基础上针对人体在复杂过载环境下的损伤类型、损伤机制(包括生物力学和力学生物学响应)、损伤耐限及防护方法进行回顾,包括近年来该领域国内外的主要进展,并提出该领域发展趋势.过载性损伤与防护生物力学研究对于保障和提高复杂过载环境下人体安全性具有重要意义,可为解决航空航天、交通、体育运动中广泛涉及的骨肌多轴向损伤评价方法与标准制定提供科学依据,对指导防护装备优化设计具有重要理论价值,同时该方面研究在工程仿生材料和防护装备方面具有潜在实用价值和广阔应用前景.

关键词：损伤防护耐限生物力学响应力学生物学

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基于小波散射神经网络的血管硬化识别初探

生物医学工程学杂志 2023年第2期40卷 244-248页

作者：任淑琪陈增胜邓小燕樊瑜波孙安强北京航空航天大学生物与医学工程学院生物力学与力生物学教育部重点实验室北京100083

血管硬化是心血管疾病的独立预测因子,柯氏音的特征与血管顺应性密切相关。本研究的目的是探究基于柯氏音信号的特征进行血管硬化检测的可行性。分别采集正常血管和硬化血管的柯氏音信号,并进行预处理,利用小波散射网络对柯氏音信号进... 详细信息

血管硬化是心血管疾病的独立预测因子,柯氏音的特征与血管顺应性密切相关。本研究的目的是探究基于柯氏音信号的特征进行血管硬化检测的可行性。分别采集正常血管和硬化血管的柯氏音信号,并进行预处理,利用小波散射网络对柯氏音信号进行散射特征提取,搭建长短期记忆网络(LSTM)作为分类模型,对散射特征进行分类,评估LSTM分类模型的性能。本研究共有97例柯氏音信号数据,其中血管硬化组为50例,血管正常组为47例,按照8∶2的比例划分为训练集和测试集。最终分类模型的准确率为86.4%,敏感度为92.3%,特异性为77.8%。研究结果表明,柯氏音信号的特征受到血管顺应性的影响,利用柯氏音信号的特征进行血管硬化的检测是可行的,本研究为无创血管硬化检测提供了一种新的思路。

关键词：柯氏音血管硬化心血管疾病小波散射长短期记忆网络神经网络

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用于颈动脉风险评估的生物力学参数研究综述

医用生物力学 2023年第3期38卷 615-620页

作者：杨宇恒任淑琪陈增胜樊瑜波孙安强邓小燕北京航空航天大学生物与医学工程学院、生物力学与力生物学教育部重点实验室、北京市生物医学工程高精尖创新中心北京100083

颈动脉由于其特殊的几何构型以及复杂的流动特性,具有较高的动脉粥样硬化发生风险,各类生物力学参数是对颈动脉进行患病风险评估的有力工具。振荡的低剪切应力环境促进斑块形成这一观点已被广泛接受,以此为基础,越来越多的力学指标被提... 详细信息

颈动脉由于其特殊的几何构型以及复杂的流动特性,具有较高的动脉粥样硬化发生风险,各类生物力学参数是对颈动脉进行患病风险评估的有力工具。振荡的低剪切应力环境促进斑块形成这一观点已被广泛接受,以此为基础,越来越多的力学指标被提出,例如时均壁面剪切力、剪切振荡系数和相对滞留时间等。本文对剪切力及其时空变化、湍流、血小板运输及活化和血管壁应力集中等生物力学参数进行介绍,并分析颈动脉风险评估相关生物力学参数研究的发展趋势,可为更全面、快速的颈动脉风险评估提供理论基础。

关键词：颈动脉动脉粥样硬化计算模拟

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血管内皮细胞糖萼与脂蛋白

医用生物力学 2018年第2期33卷 186-192页

作者：马雪娇刘强华刘佳佳邓小燕康红艳北京航空航天大学生物与医学工程学院生物力学与力生物学教育部重点实验室

血管内皮细胞糖萼是位于内皮细胞表面的一层多糖蛋白复合结构,在内皮细胞表面形成选择性通透屏障。在对糖萼进行概述后,主要针对在流动剪切力作用下,糖萼与物质传输,尤其是与大分子物质如低密度脂蛋白（low density lipoprotein,LDL）... 详细信息

血管内皮细胞糖萼是位于内皮细胞表面的一层多糖蛋白复合结构,在内皮细胞表面形成选择性通透屏障。在对糖萼进行概述后,主要针对在流动剪切力作用下,糖萼与物质传输,尤其是与大分子物质如低密度脂蛋白（low density lipoprotein,LDL）的关系展开论述。其关系体现为：一方面,糖萼的厚度和完整性影响LDL的浓度极化及跨内膜输运;糖萼中的硫酸肝素蛋白聚糖参与残余脂蛋白代谢的全过程。另一方面,LDL的氧化产物ox-LDL会破坏内皮细胞糖萼层的主要成分硫酸肝素。研究糖萼与脂蛋白的关系,将为阐明动脉粥样硬化的发病机理提供新的线索,并为将糖萼作为新的防治靶点提供更多依据。

关键词：糖萼脂蛋白流动剪切力浓度极化低密度脂蛋白运输残余脂蛋白代谢

基于内侧半月板结构设计的仿生假体有限元分析

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吉林大学学报（工学版） 2021年第6期51卷 2319-2324页

作者：左建林刘恩渤贾政斌徐圣昊肖建林吉林大学中日联谊医院骨科长春130033 北京航空航天大学生物与医学工程学院北京100191 北京航空航天大学生物力学与力生物学教育部重点实验室北京100191

基于人体内侧半月板结构设计了游离式仿生内侧半月板假体,置换临床中无法修复的半月板。通过三维有限元分析方法,对假体进行了力学分析,验证了其可行性。数据结果显示,与健康半月板相比,半月板假体应力较高,两组模型高应力分布区域均在... 详细信息

基于人体内侧半月板结构设计了游离式仿生内侧半月板假体,置换临床中无法修复的半月板。通过三维有限元分析方法,对假体进行了力学分析,验证了其可行性。数据结果显示,与健康半月板相比,半月板假体应力较高,两组模型高应力分布区域均在内侧中后部;所设计的半月板假体与健康半月板具有相似的生物力学性能。数据结果验证了假体的主要优势在于,其不需要额外固定模式,因而避免了因假体固定失效造成的失败。

关键词：仿生工程半月板生物力学有限元分析

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飞行过程中头盔对飞行员颈部损伤的影响

北京航空航天大学学报 2022年第9期48卷 1818-1826页

作者：王丽珍刘景龙赵彦鹏卜伟平柳松杨樊瑜波北京航空航天大学生物与医学工程学院北京100083 北京航空航天大学北京市生物医学工程高精尖创新中心北京100083 北京航空航天大学生物力学与力生物学教育部重点实验室北京100083 空军特色医学中心北京100142 北京航空航天大学医学科学与工程学院北京100083

为研究飞行过程中不同头盔对飞行员颈部损伤的影响,基于头颈部多刚体动力学模型,对急转弯及稳定盘旋飞行工况下4种头盔情况开展了动力学分析。得到了不同头盔作用下颈部肌肉力、椎间力、力矩及颈部损伤指数N的变化规律,对不同头盔作用... 详细信息

为研究飞行过程中不同头盔对飞行员颈部损伤的影响,基于头颈部多刚体动力学模型,对急转弯及稳定盘旋飞行工况下4种头盔情况开展了动力学分析。得到了不同头盔作用下颈部肌肉力、椎间力、力矩及颈部损伤指数N的变化规律,对不同头盔作用下的颈部损伤风险进行了评估。结果表明:所建立的头颈部模型与实验结果较为吻合,可以用来进行仿真模拟分析;相同飞行工况下,B头盔的佩戴使得头部质心前移,增加了颈部前屈时斜方肌的肌肉力;对于同一颈椎节段,B头盔的轴向压缩力最大,而C头盔导致的后伸力矩最大;在所有的计算工况中,上下颈椎的颈部损伤指数N均小于0.5,满足航空领域的安全要求;B头盔和C头盔的质量相近,而B头盔质心位置靠前,C头盔靠后,说明头盔质心的前后位置会对颈部的损伤产生重要影响。研究结果可为飞行员头盔的设计优化及其对颈部损伤的影响提供研究支撑。

关键词：飞行员头盔头颈部多刚体动力学模型损伤分析

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微血管模型的重建和生物力学设计

医用生物力学 2022年第1期37卷 180-185页

作者：赵萍刘肖苏浩然张星樊瑜波邓小燕北京航空航天大学生物与医学工程学院生物力学与力生物学教育部重点实验室北京市生物医学工程高精尖创新中心北京100083

血管生成在许多生理和病理过程中发挥着重要作用,但其机理仍不清楚。血管细胞在体内同时受到多种生物化学和生物力学刺激,处于复杂的微环境中,因此,在体外构建血管模型并重现其在体微环境,对探究血管生成机制十分必要。近年来,随着微加... 详细信息

血管生成在许多生理和病理过程中发挥着重要作用,但其机理仍不清楚。血管细胞在体内同时受到多种生物化学和生物力学刺激,处于复杂的微环境中,因此,在体外构建血管模型并重现其在体微环境,对探究血管生成机制十分必要。近年来,随着微加工和微流控技术的进步,各种体外微血管模型应运而生,对剪切力、渗流、血管生成因子浓度梯度等变量进行准确控制,极大地推动了血管生成的研究。本文综述各类微血管模型的构建方式、发展演化及其生物力学设计。

关键词：微流控血管模型力学微环境