熟制鱿鱼块微波杀菌过程的数值模拟研究

为研究熟制鱿鱼块在微波杀菌过程中的温度变化和微生物灭活情况,文章采用有限元分析软件COMSOL Multiphysics构建传热-电磁双向耦合模型,对微生物热失活方程进行积分,并采用有限元方法进行数值模拟,最后与实验结果进行比较。结果显示微波杀菌过程中温度变化和微生物灭活情况与实验结果总体接近,表面温度低于中心温度,相差8℃～10℃。在温度保持阶段两者差异稳定,微生物的灭活情况与温度分布相对应,关键原因就是电场分布的不均匀和食品表面热对流现象。熟制鱿鱼块中心点温度模拟值和微生物灭活数据与实验数据的均方根误差分别为1.19和0.31。文章证实了使用COMSOL Multiphysics建立的数值模型能很好地模拟微波热杀菌的过程。     

基于动态光热作用模型的激光诱导肿瘤间质热疗中的参数选择

建立了描述温控加热方式下激光诱导肿瘤间质热疗过程中动态光热作用的二维圆柱坐标下的数学模型,采用基于网格的蒙特卡罗方法数值模拟热疗过程中激光能量在非均质生物组织内的传输过程,基于Pennes生物传热方程和Arrhen ius方程数值求解组织内的温度场和热损伤体积的变化。通过数值模拟的方法分析了激光波长、激光功率、温控范围等因素对激光诱导肿瘤间质热疗中热损伤体积的影响。数值模拟的结果表明,通过选择合适的治疗参数,可以得到各种不同大小的热疗区域。本文的结果和结论对于临床治疗方案的制定具有一定的理论指导意义。     

显微CT分辨率对松质骨微观结构及生物力学测量的影响

目的:探究不同分辨率对显微CT测量腰椎松质骨显微结构及显微有限元分析松质骨生物力学参数精确性的影响。方法:以人腰椎L5椎体标本为对象,通过显微CT扫描得到松质骨显微CT数据,扫描分辨率为14μm,通过对合并像素点将分辨率降低至28μm~224μm等,分别测量不同分辨率下,松质骨标本的结构参数;利用不同分辨率下的显微CT数据建立显微有限元模型,计算各正交异性的弹性模量,应用统计学分析比较结构参数和力学参数的在不同分辨率下的差异。结果:各参数与分辨率间相关性不尽相同,BV/TV(骨体积分数)和Tb.Th(平均骨小梁厚度)的数值大小随着分辨率的降低呈增高趋势,Conn.D(骨小梁连接度),BS/BV(骨表面积体积比),Tb.N(平均骨小梁密度)和Tb.Sp(平均骨小梁间距)随着分辨率的降低呈降低趋势。分辨率的改变对SMI(结构模型指数)和DA(骨小梁各向异性度)没有显著影响。在三个轴向上,弹性模量均随着分辨率的降低呈增高趋势,当分辨率大于126μm时,该分辨率下的弹性模量和对照组存在显著性差异(P<0.05)。结论:该实验证实了不同分辨率对显微CT测量腰椎松质骨显微结构和生物力学参数有显著影响。提示在研究腰椎松质骨显微结构和生物力学参数时,采用126μm以上分辨率,可以在不降低准确度的情况下提高运算效率。     

动态观察去卵巢骨质疏松大鼠股骨骨微结构的变化

目的:绝经后骨质疏松是好发于中老年女性人群中的骨代谢疾病,去卵巢骨质疏松大鼠模型是国内外通用的模拟绝经后骨质疏松发生的经典动物模型,本研究通过观察去卵巢骨质疏松大鼠股骨骨微结构的动态变化,为骨质疏松大鼠模型的临床应用提供理论参考依据。方法:将90只3月龄雌性SD大鼠按体重分层后随机分为基础组(10只)、假手术组(40只)和去卵巢组(40只)。分别在手术前(基础组)和后的3、6、12、24周,腹主动脉取血处死基础组以及假手术组和去卵巢组大鼠,每组各8-10只。每组中随机取6只大鼠,对其左股骨行micro-CT扫描及三维结构重建。选择股骨远端距生长板远端1 mm处,2.0 mm×3.5 mm,厚0.9 mm的骨组织为感兴趣区域,对感兴趣区域进行骨形态计量学分析。结果:与0周组比较,从去卵巢3周开始一直持续到24周,去卵巢组大鼠股骨vBMD、BV/TV和Tb.N显著降低,Tb.Sp和SMI显著升高,而Tb.Th无显著变化;与0周组比较,从假手术后3周开始一直到24周,假手术组所有检测指标均无显著变化。与同周龄假手术组比较,从去卵巢3周开始一直持续到24周,去卵巢组大鼠股骨Tb.N、BV/TV和vBMD显著降低,Tb.Sp显著升高,而Tb.Th没有显著变化。从去卵巢6周开始一直到24周,去卵巢组大鼠SMI显著增加。结论:3月龄大鼠股骨远端的骨微结构在去卵巢3周时就出现显著变化。提示,采用3月龄大鼠进行抗骨质疏松药物筛选时,去卵巢3周后就可以进行药物处理。     

3 种不同弹性模量钛合金股骨假体在羊股骨置换模型中应力分布的三维 有限元分析

目的:通过三维有限元分析方法来观察并比较3种不同弹性模量钛合金股骨假体在羊股骨置换模型中von-Mises应力分布的情况。方法:采用64排螺旋CT对一健康成年羊的下肢股骨进行全长的CT扫描,扫描层厚为0.5 mm,扫描所得的数据存储为DICOM文件。将得到的DICOM文件导入到CT图像分析软件Mimics 10.0,然后利用Mimics 10.0软件来生成股骨的骨质点云数据,再将生成的骨质点云数据导入到Simpleware分析软件,通过机械加工反求中的复杂曲面造型技术建立起精确的三维实体模型。对三维实体模型进行网格划分,确定了髓腔的形状,并根据羊下肢股骨髓腔的形状设计了作者实验用的羊股骨假体模型,然后在ANSYS 12.1软件中进行网格划分。给予加载缓慢行走载荷以及扭转载荷,分析并比较羊股骨以及3种不同弹性模量钛合金股骨假体在股骨置换模型中von-Mises应力分布的情况。结果:在缓慢行走载荷以及扭转载荷条件下,3种不同弹性模量钛合金股骨假体von-Mises应力分布变化趋势一致,假体的柄颈结合部以及假体柄上1/3为应力集中区域。3种不同弹性模量的最大应力集中点均位于柄颈结合部,60 GPa弹性模量的股骨假体植入后假体的最大应力最小(37.8 MPa、29.1 MPa),股骨的最大应力最大(12.6 MPa、24.5 MPa);80 GPa的次之,假体的最大应力(38.4 MPa、33.4 MPa),股骨的最大应力(12.5 MPa、24.5 MPa);110 GPa的股骨假体植入后假体的最大应力最大(38.9 MPa、38.1 MPa),股骨的最大应力最小(12.3 MPa、24.5 MPa)。60 GPa弹性模量的股骨假体植入后的假体最大位移和相对位移均最小(缓慢行走载荷下假体最大位移为0.551 mm、相对位移为0.008 mm,扭转载荷下假体最大位移为0.730 mm、相对位移为0.011 mm)。结论:较低弹性模量的钛合金股骨假体(60 GPa)由于其弹性模量更接近于骨组织的弹性模量,股骨假体与股骨间的"应力遮挡"效应较小,更有利于应力在股骨假体及股骨间的传递,增加了股骨假体的早期稳定性,延长了其临床寿命。     

肺功能监测和CT肺功能成像检查结果的相关性分析

目的:探讨CT肺功能参数与肺功能检查参数的相关性及CT肺功能成像技术的可行性。方法:选取2011年7月至2015年6月在我院进行肺部检查的患者80例作为研究对象。所有患者均在1周内完成PFT和胸部CT检查。采用最大吸气末和最大呼气末屏气螺旋CT扫描。用CT肺功能定量软件分析CT扫描图像。结果:吸气末肺体积与PFT的最大肺总量明显相关,呼气末CT测得的肺体积与残气量、呼吸比与RV/TLC有相关性,吸气第1秒用力呼吸量(FEV1)/用力肺活量(FVC)存在相关性。像素指数(PI)=-910~-950 HU,与FEV1、FEV1%、FEV1/FVC及FVC%相关,其中与FEV1/FVC的相关性最大。呼气相平均CT值与FEV1、FEV1%、FVC%、FEV1/FVC存在相关性。呼气相CT各阈值与PFT参数均相关。结论:行螺旋CT扫描测得最大吸气末及最大呼气末与PFT结果相关性好,因此CT肺功能定量成像技术可能是一种良好的测定肺功能相关参数的技术。     

纳米珍珠粉/壳聚糖-透明质酸支架修复兔股骨远端骨缺损的实验研究

通过体内实验探讨纳米珍珠粉/壳聚糖-透明质酸(NPP/C-HA)复合支架的促成骨能力。采用双侧兔股骨远端骨缺损模型(直径7 mm,深度10 mm),通过大体标本、影像学检查、分子生物学检查及组织学检查来观察骨缺损的修复效果。发现各组均未出现明显不良组织反应;随观察时间增加实验组骨缺损区范围最小,在第8周和第12周数据的差异存在统计学意义(P<0.05);在第4周、6周、8周时实验组BALP含量与其他组比较P<0.05;实验组缺损区边缘出现更多的新生骨,但在骨质成熟度上未见明显差异。结果表明NPP/C-HA支架具有良好的生物相容性及促成骨作用,为进一步研究NPP/C-HA在骨组织工程中的作用提供了实验和理论基础。     

显微CT在骨微结构研究中的应用

该文对OPG基因敲除小鼠进行micro-CT扫描,进行全身骨骼三维重建,并分析股骨结构。结果发现OPG基因敲除纯合子小鼠全身骨骼出现弥漫性蜂窝状低密度影。OPG基因敲除小鼠的骨密度、骨结构模型指数、骨小梁厚度、骨体积分数、骨表面积与体积比、连接密度以及皮质骨厚度等指标均明显小于同窝野生型小鼠,而两基因型小鼠在骨小梁数目、骨小梁分离度及各项异性度等方面无明显差异。以上数据结果表明,OPG基因敲除导致小鼠出现骨质疏松。应用micro-CT可以对小鼠骨进行无创微结构分析,较体视学方法具有一定的优势。     

股骨骨折术后1年随访骨愈合模型的有限元分析

目的：对股骨骨折髓内钉术后1年骨愈合模型快速建模,通过有限元分析研究对比术前术后模型,通过术前判定内固定取出后骨折断端是否断裂。方法：运用Mimics、Geomagic Studio、Abaqus等软件采用快速个体化建模方法对股骨骨折髓内钉术后1年内固定取出术前后的多层螺旋CT数据进行快速建立模型,术前模型模拟剥除钢板后进行有限元分析,施加人体单腿站立时的静力载荷和约束,并将分析结果与术后模型进行对比,观察米塞斯应力分布情况、最大值及其所处部位。结果：按照材料属性进行区别显示米赛斯应力的最大值及最小值,在不同应力载荷下,手术前后各类型材料的米赛斯应力最大值及最小值部位相同,各类型材料中,最大值均没有位于骨折断端,不同方法的最大应力值部位相近,均在股骨中远端1/4交界处,手术前后应力分布基本相同。结论：采用个体化建模方法可以对骨折内固定取出前的骨愈合模型进行运算分析,快速预判术后是否导致骨折断端断裂。     

基于CT数据的颌骨支架材料有限元分析及3D打印模型研究

本研究基于CT数据对颌骨支架材料进行有限元分析及3D打印模型研究,为了进一步确定CT技术与3D打印技术在骨组织构建工程的可行性,同时探讨构建骨组织支架材料工程的技术问题,本研究利用骨缺损区域的CT数据进行三维构建,对武汉市第一医院颌面外科颌骨囊肿患者的颌骨缺损区进行CT扫描,再将DICOM数据导入Mimics中,根据CT数据对颌骨缺损部分进行三维建模。支架材料内部形态基于Pro/E软件设计3种不同的支架-立方体结构、蜂窝结构、仿生骨结构。设置支架材料负载为90 N,泊松比为0.3,弹性模量为11 Gpa,地面为完全约束,对支架结构的形变及应力进行有限元分析。构建的支架结构导入Magics中,输出STL格式,连接3D打印机制备支架的三维模型实体模型。本实验发现:(1)使用3D打印技术制得三种支架实体模型,支架材料模型外部形态和颌骨骨缺损区内部结构高度匹配。(2)分别对三种支架模型结构进行有限元分析,分析符合要求。(3)基于布尔运算对支架模型的外部形态同骨缺损区进行匹配。基于CT数据,计算机辅助设计及Mimics三维软件,重建三维模型,利用3D打印技术制造支架实体模型。有限元分析的表明,在同等条件下,立方体结构的支架具有较好的力学性能。     

计算机辅助软组织预测技术在正颌外科手术中的应用

目的:探讨计算机辅助软组织预测技术在正颌外科手术计划中的应用,构建虚拟手术仿真平台.方法:随机选择1例下颌骨前突伴颏部后缩畸形的患者,术前行头部螺旋CT扫描,获得的容积数据信息以DICOM格式导入Mimics软件进行三维重建,获到颅骨及软组织的三维数字化模型.在此虚拟模型的基础上,模拟骨组织的切割、旋转和平移等手术操作,并预测相应手术的术后软组织变化.结果:应用该颅颌面三维数字化模型,模拟LeFort Ⅰ型截骨术、双侧下颌升支矢状劈开截骨术(BSSRO)和水平截骨颏成型术.通过上颌骨前移、下颌骨后缩获得理想咬合关系,应用前移与后退的不同数据模拟手术过程,预测术后颌面软组织的改变效果,设计最佳手术方案.结论:计算机辅助软组织预测技术能够快速整合多种医学影像数据信息,直观模拟手术设计与术后效果,为正颌外科矫治牙颌面畸形制定个体化最佳手术方案提供了实用有效的技术和依据.     

构建基于患者个体化的Stanford B型主动脉夹层计算流体力学数值模拟分析模型

目的:探索简便、高效、精确的构建基于真实人体解剖形态结构的Stanford B型主动脉夹层计算流体力学数值模拟分析模型的方法.方法:利用Siemens Sensation Cardiac 64层螺旋CT薄层扫描技术,基于1mm层厚获取6例Stanford B型主动脉夹层连续断层DICOM格式图像,导入Materialise MIMICS v12.11软件,界定目标区域后生成三维动脉模型,经网格优化处理去除低质量及相交面网格,保存结果输出,导入TGrid 5.0软件,对主动脉面网格模型进行几何修复,使面网格扭曲率<0.75,采用自由分网方式生成Stanford B型主动脉夹层计算流体力学分析体网格模型,并对所构建模型进行血流属性、流场边界等界定,初步验证模型的有效性.结果:通过初步计算求解,确定所构建的6例Stanford B型主动脉夹层计算流体力学分析模型分别包含1857030,1820501,1844181,1849651,1858246及1814914个四面体单元.结论:利用64层螺旋CT薄层扫描技术获取DICOM格式连续断层CT图像可快速、准确地构建Stanford B型主动脉夹层计算流体力学数值模拟分析模型,为进一步的计算流体力学分析奠定了良好的基础.     

基于CT薄层扫描的骨盆数字化三维模型的分色构建

目的：探讨利用CT原始数据集对骨盆进行数字化三维分色构建的方法及意义。方法：选择1例因宫颈癌行盆腔CT薄层扫描患者的Dicom3．0原始二维断层数据集,利用Mimics10．01软件行骨盆三维分色重建。结果：构建的数字化三维分色模型形态规则、清晰逼真、立体感强、解剖清晰,不仅可以对构成骨盆的髂骨、骶骨及尾骨进行单独的三维分色显示,而且可以进行任意角度、距离的融合分离显示,更有利于对骨盆进行精细地全面立体观察分析。结论：基于CT薄层扫描数据集构建骨盆三维分色模型的方法简单、可行,是指导临床及教学的好工具。     

去卵巢大鼠腰椎骨微结构变化的动态观察

目的:动态观察去卵巢大鼠腰椎骨微结构的变化。方法:将90只3月龄雌性SD大鼠按体重进行分层随机抽样分组,分为基础组(10只)、假手术组(40只)和去卵巢组(40只)。手术前(0周)处死基础组大鼠,手术后3、6、12、24周时,分批处死假手术和去卵巢组大鼠各8-10只。从每组随机取6只大鼠的第5腰椎行micro-CT扫描及三维结构重建,选取椎体1 mm处,2.0 mm×3.5mm,厚0.9 mm的骨组织为感兴趣区域(interesting area),进行骨形态计量学分析。结果:与同一时间点假手术组大鼠比较,去卵巢3周时,第5腰椎体积骨密度(v BMD)、骨体积分数(BV/TV)、骨小梁数目(Tb.N)、骨小梁厚度(Tb.Th)、骨小梁间隙(Tb.Sp)和结构模型指数(SMI)均无显著变化;去卵巢6周时,Tb.Th显著下降(P0.05),而其他指标均无显著变化;从去卵巢12周到24周时,不仅Tb.Th显著下降(P0.05),而且v BMD、BV/TV和Tb.N也显著下降(P0.05),同时Tb.Sp和SMI显著增加(P0.05)。结论:3月龄大鼠在去卵巢后的6周时骨小梁厚度变薄,12周以后,体积骨密度和骨体积分数下降,骨小梁数目减少。     

构建基于患者个体化的Stanford B型主动脉夹层计算流体力学数值模拟分析模型（英文）

目的：探索简便、高效、精确的构建基于真实人体解剖形态结构的Stanford B型主动脉夹层计算流体力学数值模拟分析模型的方法。方法：利用Siemens Sensation Cardiac64层螺旋CT薄层扫描技术,基于1mm层厚获取6例Stanford B型主动脉夹层连续断层DICOM格式图像,导入Materialise MIMICS v12.11软件,界定目标区域后生成三维动脉模型,经网格优化处理去除低质量及相交面网格,保存结果输出,导入TGrid5.0软件,对主动脉面网格模型进行几何修复,使面网格扭曲率〈0.75,采用自由分网方式生成Stanford B型主动脉夹层计算流体力学分析体网格模型,并对所构建模型进行血流属性、流场边界等界定,初步验证模型的有效性。结果：通过初步计算求解,确定所构建的6例Stanford B型主动脉夹层计算流体力学分析模型分别包含1857030,1820501,1844181,1849651,1858246及1814914个四面体单元。结论：利用64层螺旋CT薄层扫描技术获取DICOM格式连续断层CT图像可快速、准确地构建Stanford B型主动脉夹层计算流体力学数值模拟分析模型,为进一步的计算流体力学分析奠定了良好的基础。     

沙埋对中间锦鸡儿幼苗生长发育的影响

在沙地环境中,沙埋是影响植物幼苗存活的一个重要因素。中间锦鸡儿(C arag ana interm ed ia)是浑善达克沙地和毛乌素沙地固定和半固定沙丘上常见的一种沙生灌木。为了研究沙埋对其幼苗存活以及生长的影响,对出土后生长了1个月的中间锦鸡儿实生苗进行沙埋实验,实验处理:TC为对照,T1为沙埋幼苗地上部的1/3,T2为沙埋幼苗地上部的1/2,T3为沙埋到幼苗的近顶端。实验持续4周,每周收获1次。结果表明:TC、T1和T2没有幼苗死亡,T3有20%的幼苗死亡;沙埋对中间锦鸡儿幼苗的生物量、根冠比、根生物量比和茎生物量比有显著影响,叶片生物量比各处理没有显著差异,沙埋对幼苗的叶面积没有显著影响,在第1周T2和T3的小叶片面积显著大于TC,在其余3周,TC与T1、T2的小叶片面积没有显著差异,与全埋则有显著差异;沙埋对幼苗的相对生长速率(RGR)和净同化速率(N AR)产生显著影响,实验结束时,T3处理幼苗的RGR和N AR显著地小于其它3个处理。上述结果表明,部分沙埋(T1、T2)对沙生灌木中间锦鸡儿幼苗的生长发育没有显著的影响,而全部沙埋(T3)对其幼苗的生长发育产生显著的抑制,中间锦鸡儿是一个比较耐沙埋的物种。     

中医隔物灸的传热学研究

运用有限元软件ANSYS进行数值建模模拟中医隔物灸产生的热在人体组织中的传导过程,并给出定性和定量分析。同时运用高灵敏度红外热像仪记录艾炷隔附子饼灸对生物组织热作用的过程,对比实验和计算结果验证了实验和数值模拟方法的合理性。然后建立简化的人体两维模型,得到穴位点横截面上热传导过程的两维温度分布图和热在生物组织中传播的整个过程。红外热像技术和数值建模方法为临床各种灸法的运用提供了理论和实验基础支持。     

内植静磁柱联合脉冲电磁场对骨组织修复作用的Micro-CT研究

目的:以永磁体构建静磁柱体内植入物,应用Micro-CT技术,探索研究内植静磁柱联合脉冲电磁场对骨组织的修复作用。方法:选取新西兰兔24只建立右侧股骨髁骨缺损模型,并随机分为联合磁场组,脉冲电磁场组和对照组。联合磁场组自兔右侧股骨干远端向髓内植入静磁柱,并联合施加体外脉冲电磁场(1 h/d);脉冲电磁场组及对照组均将无磁性钛合金棒植入右侧股骨干髓腔,同时,脉冲电磁场组于体外加载脉冲电磁场(1 h/d)。术后5周处死取材,应用Micro-CT对股骨远端样本进行扫描检测,并对骨缺损区域显微结构进行三维重建分析。结果:与非磁场组相比,联合磁场组骨缺损区域骨小梁相对体积及数目明显增加(P均0.05),骨小梁分离度下降(P0.01)。与传统脉冲电磁场组相比,联合磁场组骨小梁数目增加(P0.05),骨小梁分离度下降(P0.01)。扫描及重建图像可见,联合磁场组骨缺损区域骨量增多,外侧皮质区愈合完整,骨小梁结构连续致密,具有更好的骨显微结构。结论:内植静磁柱与脉冲电磁场的联合磁场干预方式能够在早期获得更好的成骨修复能力,为磁场治疗相关骨病的临床及基础研究提供了新的方向。     

股骨近端三维有限元模型评价髋部骨折患者骨密度

目的：探究骨密度与老年髋部骨折股骨近端三维有限元模型密度的关系。方法：选取8 例老年髋部骨折,其中4 例股骨颈骨 折,4 例股骨转子间骨折;左侧肢体3 例,右侧肢体5 例。分别测定腰椎骨密度和双侧髋关节CT 资料,运用Mimics软件和abaqus 软件对健侧股骨近端进行重建和计算出该模型的密度。结果：股骨转子间骨折组腰椎骨密度为(-4.05± 0.24) g/cm2,三维有限元模 型密度为[(1.15± 0.02)× 106],均低于股骨颈骨折组的(-3.15± 0.54) g/cm2,[(1.34± 0.06)× 106],两组比较差异均有统计学意义（均 P<0.05）。腰椎的骨密度与三维有限元模型密度成线性正相关（r=0.881,P=0.004）。结论：骨密度与老年髋部骨折股骨近端三维有限 元模型密度成线性正相关的关系,可为进一步用有限元分析法探讨老年髋部骨折部位与骨密度的关系提供理论依据。     

早期股骨头坏死CT灌注成像的实验研究

目的:探讨兔早期股骨头坏死血液动力学的变化规律.方法:实验设醋酸强的松龙诱导和正常对照组各15只新西兰大白兔,分别每2周对实验组3只,正常对照组3只进行多层螺旋CT股骨头灌注成像扫描,用灌注分析软件取得不同病变阶段股骨头的灌注参数,同时作相应的病理学观察,进行对照研究和统计学分析.结果:自2周末至10周末,实验组股骨头单位体积血流量呈下降趋势.统计结果显示,对照组兔和实验组兔第2周末与实验组兔第4周末差异有统计学意义(P＜0.05),但与第6周末差异显著(P＜0.01),与第8及10周末差异极显著(P＜0.01).平均通过时间逐渐缩短,与股骨头单位体积血流量的变化有类似的统计学结果.结论:股骨头CT灌注参数可定量测定股骨头血流变化,可反映早期股骨头坏死形成过程中的血液动力学改变,因此,股骨头血流灌注参数改变对股骨头坏死的早期诊断、治疗和疗效观察有重要价值.