Effect of Flexible Back on Energy Absorption during Landing in Cats： A Biomechanical Investigation

Cats are characterized by their excellent landing ability. During the landing, they extend and bend their flexible backs. This study was undertaken to examine the effect of flexible back on impact attenuation. We collected kinematic and ground reaction force data from cats performing self-initiated jump down at different heights. Based on these measurements, the mechanical energy and elastic back energy were calculated. Further, we derived a beam model to predict back stiffness from the morphology of the vertebral spines. We found that cat could actively modulate the bending level of flexible back and the landing angle at different heights, making some kinetic energy be stored briefly as elastic strain energy in the back. This mechanism allows cat to reduce the kinetic energy dissipated by limbs and improve the efficiency of energy absorption. These results can provide bio- logical inspiration for the design of a flexible spine on a landing robot, and we anticipated their use in the energy absorption equipments for planetary exploration.     

从伤齿龙怎么下蛋说起——生物力学在恐龙蛋类化石研究中的应用

恐龙是卵生爬行动物。它们的卵同现生鸟类或鳄类的卵一样,有一层坚硬的、主要由方解石微晶组成的壳单元、以不同排列方式构架成蛋壳,包裹着卵白和卵黄。由于恐龙生存的年代大约在距今24000-6500万年前的中生代,离我们现在太久远,在一般人的心目中,     

内蒙古和林格尔土城子农业人群与林西井沟子游牧人群股骨中部的生物力学对比

肢骨的形态结构可以反映人类进化、古代人群的生存适应性活动和生存环境等重要信息。基于“骨骼功能适应”和“杠杆原理”,有学者对不同生计方式的古代人群下肢股骨开展了大量的研究工作,但是,国内外尚未有关于农业人群和游牧人群股骨之间差异性研究的报道。本文选取两个具有代表性的古代人群,即内蒙古和林格尔土城子戍边农业人群和内蒙古林西井沟子游牧人群进行对比研究。通过对股骨骨干中部横断面生物力学分析发现,农业人群股骨粗壮度与游牧人群之间具有显著差异。前者的平均粗壮度较大,后者女性组下肢骨的活动强度明显较小,这可能与游牧人群经常从事骑马活动而下肢骨活动强度相对较少有关。农业人群股骨指数的变异范围均大于游牧人群,这可能与前者男性的士兵身份有关;同时,也提示土城子男性组股骨所反映的行为活动信息并不代表真正意义上的纯农业人群下肢骨行为模式,而是一种农业和士兵行为的混合模式。在性别分工上,井沟子组的男女性均从事骑马活动,两侧股骨受力较为一致,在两侧不对称性程度和骨干横断面形状上的男女差异不大;男性股骨的粗壮度要明显大于女性,这与井沟子组男性还从事一定的狩猎行为有关。与游牧人群女性较为纤细的股骨不同,土城子组女性作为典型的农业人群代表,其下肢骨整体的活动强度较大,几乎与同组的男性和井沟子组男性相当,组内的性别差异相对较小;骨干横断面形状的显著性差异说明,土城子组内部男性和女性的行为活动方式存在明显的性别分工。本文研究结果说明农业人群女性的下肢骨活动强度较大,在行为活动方式上,戍边农业人群具有更为明显的性别分工。     

下颌种植覆盖义齿的生物力学研究进展

口腔生物力学是用生物力学的概念和方法,研究口腔医学中的有关基础性科学问题、解决口腔医学中的临床实际问题、发展口腔临床技术的一门学科。在口腔正畸学、修复学、种植学及口腔颌面外科学等领域存在着大量的生物力学问题,生物力学已成为口腔医学的基础科学之一。传统全口义齿修复常常会出现固位稳定差、咀嚼效率低、患者有疼痛感、适应时间长等情况,很大程度上不能满足患者的修复要求。种植覆盖义齿对于下颌牙槽嵴严重吸收的患者,效果尤为明显。种植覆盖义齿是义齿与种植体之间以不同的附着体作为连接,形成患者可以自行摘戴的种植体支持的覆盖义齿修复。下颌种植覆盖义齿因其能有效地提高下半口义齿的固位性和稳定性、显著提高了患者的咀嚼效率,目前已成为修复下颌牙槽骨严重吸收的无牙颌患者的有效修复方法。本文针对下颌种植覆盖义齿的生物力学研究进展作一综述。     

CroweⅣ型髋关节脱位儿童髋臼有限元生物力学分析

目的:建立CroweW型发育性髋关节脱位儿童骨盆三维有限元模型,对发育性髋关节脱位儿童真性髋臼及假性髋臼的生物力学进行初步分析.方法:采用单侧发育性髋关节脱位儿童骨盆CT扫描DICOM数据,通过Mimics10.0对图像DICOM数据进行重建,经Geomagic Proe5.0进行网格优化,在Hepermesh 10.0中进行有限元网格划分后输入ANSYS12.0中,在ANSYS中根据解剖部位建立骨盆主要韧带,行单腿站立载荷加载,计算该加载方式下骨盆的应力及位移分布情况.结果:模拟患者单腿(患侧)站立状态下身体重心通过假关节的中心,骨盆极度倾斜约45°,给予生理载荷,应力主要集中在假髋臼和骶髂关节面之间,耻骨上肢内侧是应力集中区但是应力小于骶髂关节周围部分;患侧骨盆位移以髂骨翼前侧向后侧逐渐减弱.结论:建立的有限元模型在静载荷下特征部位的应力及位移能够反映CroweⅣ型髋关节脱位儿童骨盆的力学结构特性,模型的准确性高,可以成为CroweⅣ型髋关节脱位儿童骨生物力学研究的工具,满足临床研究需要.     

股骨头负重区松质骨的压缩力学特性

本文对19具新鲜青年(30左右)尸体股骨负重区的松质骨进行了压缩测试,测算并提供了一组松质骨弹性模量,极限应力,应变,屈服载荷及能量吸收值。试验表明松质骨力学性能主要缓解外力冲击加压。     

腰椎旁神经阻滞联合超短波对腰椎间盘突出症患者疼痛及腰背肌生物力学性能的影响

目的:探讨腰椎旁神经阻滞联合超短波对腰椎间盘突出症疼痛及腰背肌生物力学性能的影响。方法:选择我院2014年2月~2016年8月收治的98例腰椎间盘突出症患者,按抽签法分组对照组与研究组。对照组采用腰椎旁神经阻滞治疗,研究组基于对照组加用超短波治疗。观察两组的临床疗效、治疗前后视觉模拟评分(VAS)、60°/s角速、120°/s角速平均功率(AP)、峰力矩(PT)、腰背屈/伸比值(F/E)、血清P物质(SP)、β-内啡肽(β-EP)、白细胞介素-6(IL-6)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)水平的变化及不良反应的发生情况。结果:研究组总有效率为95.91%,显著高于对照组,差异有统计学意义(P0.05)。治疗后,两组F/E值、血清SP、IL-6、TNF-α水平均较治疗前显著降低,且研究组以上指标均明显低于对照组,两组AP、PT、血清β-EP水平均较治疗前明显上升,且研究组以上指标显著高于对照组,差异均有统计学意义(P0.05)。两组不良反应的发生率比较差异无统计学意义(P0.05)。结论:腰椎旁神经阻滞联合超短波治疗腰椎间盘突出症的效果明显优于单用腰椎旁神经阻滞治疗,其可有效缓解疼痛及改善腰背肌生物力学性能,并减轻炎症反应。     

新型迭形接骨板的临床应用

目的：改进骨折接骨扳内固定技术．观察新型迭形接骨板临床效果。方法：选择四肢长管骨骨折患者165例(上肢骨折26例,下肢骨折139例),均采用新型迭形接骨板施行骨折内固定手术。结果：手术后平均随访1年4个月(5年7个月～51天),除5例(占3％)出现并发症外,其余骨折均愈合良好,很少发现接骨板和螺钉断裂、折弯和松动情况。结论：与传统接骨板比较,新型迭形接骨板结构设计新颖,力学原理独特,临床效果满意,并发症少,较好地改进了四肢长管骨(尤其是下肢)骨折接骨板内固定技术,值得推荐。     

Patient-Specific Design and Biomechanical Evaluation of a Novel Bipolar Femoral Hemi-Knee Prosthesis

While total knee replacement is successful, hemiarthroplasty is necessary for some young, obese and active patients who are especially not suitable for unicompartmental or total knee prostheses. Hemiarthroplasty also provides an opportunity for children with bone tumors. The design ofhemiarthroplasty should be patient-specific to reduce contact stress and friction as well as instability, compared to conventional hemi-knee prosthesis. A novel bipolar hemi-knee prosthesis with two flexion stages was developed according to a healthy male＇s knee morphological profile. The motion mode of the bipolar hemi-knee prosthesis was observed through roentgenoscopy in vitro experiment. The biomechanical properties in one gait cycle were evaluated though finite element simulation. The bipolar hemi-knee prosthesis was found to produce knee flexion at two stages through X-ray images. The first stage is the motion from upright posture to a specified 60~ flexion, followed by the second stage of motion subsequently to deep flexion. The finite element simulation results also show that the designed hemi-knee prosthesis has the ability to reduce stresses on the joint contact surfaces. Therefore, it is possible for the bipolar hemi-knee prosthesis to provide better biotribological performances because it can reduce stresses and potentially wear on the opposing contacting surface during a gait cycle, orovidin~ a t~romisin~ treatment strate~v in future Joint renair znd renlneement     

结合AFM探测副伤寒沙门氏茵B感染红细胞膜的生物力学特性

采用原子力显微镜和衍射显微术,在纳米精确尺度探测副伤寒沙门氏菌B（Sp B）感染宿主红细胞（RBC）膜微观结构和力学特性,涉及细胞的形变、膜面内剪切模量和弯曲模量。结合这两种单分子测量技术,利用相关的数学模型表述RBC膜对菌体印B的入侵非常敏感。实验结果显示,不同感染期间的SpB寄生菌体,能够引起宿主RBC膜结构改变,形变能力降低,膜剪切模量和弯曲模量显著增加。这些力学特性的变化影响RBC的输氧和循环功能。实验结果表明,印B具有独特的鞭毛调控系统,入侵的毒性菌体寄生蛋白与血影蛋白网络中的运输蛋白有特异结合位点,导致RBC膜骨架网络、波动力学和细胞内、外基质都产生应激反应,这有可能为理解勋曰感染RBC的发病机理和寄生途径提供一些新的实验思路和分析依据。