阅读排行膝骨关节炎（osteoarthritis，OA）是导致关节功能障碍的主要原因之一。膝关节周围截骨因能延缓膝OA进展、改善关节功能而备受关注。膝关节力线异常是膝OA发生发展的关键生物力学因素，其精准控制是膝关节周围截骨术的核心目标。本文系统综述了膝关节周围截骨术相关的生物力学研究进展，重点围绕力线的精准化与个性化矫正展开：梳理了力线分型体系与测量技术的发展，分析了异常力学负荷诱发膝OA的生物力学机制，探讨了膝关节周围截骨术的力线目标与临床应用进展，以期为临床膝关节周围截骨治疗膝OA提供新的视角与思路。
探讨轴向压缩载荷倾斜和前屈力矩对腰骶椎前、后剪切刚度的影响。
采用6例新鲜尸体腰骶椎标本（L5~S1）进行实验，分别模拟腰骶椎完整、双侧小关节4 mm间隙、前路切开纤维环摘除髓核及离断内层纤维环（椎间盘损伤）3种状态，施加垂直于L5~S1椎间盘300 N轴向压缩载荷，以及前下倾斜10°或20°压缩载荷300 N，通过材料试验机对L5~S1进行前、后方向剪切试验（前：0~250 N/后：-50~0 N）。在5 N·m前屈力矩作用下，重复以上剪切试验。使用三维运动测量系统测量L5与S1之间相对运动。
对于腰骶椎完整状态，轴向压缩载荷的前倾并不显著改变节段的前或后剪切刚度，但施加前屈力矩后前剪切刚度平均增加了49.3%。随着结构依次切除，腰骶节段的前或后剪切位移逐级增加，剪切刚度依次降低，尤其是小关节间隙切除合并髓核摘除后，在轴向压缩载荷复合前屈力矩作用下，前剪切刚度由完整状态的939 N/mm显著减小到224 N/mm，后剪切刚度也由完整状态的572 N/mm减小为217 N/mm。在低载荷区间，在轴向压缩载荷前倾或复合前屈力矩作用下，不同结构状态前、后剪切刚度之间的差异均没有显著性。
研究结果支持了临床上腰骶椎前凸降低、骨盆后倾可适度维持节段剪切稳定性的观点，但是随着脊柱退变的进展，这种代偿能力可能会逐渐下降甚至失效。
探讨脑脊液在脊柱侧弯患者中对脊髓的保护作用，评估其在重力牵引手术过程及日常生活中的缓冲效果，为脊柱侧弯的手术规划和术后康复提供理论依据。
建立脊柱-脊髓三维耦合模型，模拟重力牵引手术和日常生活两种情境下的脊柱生物力学响应，对有脑脊液和无脑脊液两种条件进行对比分析，定量分析脑脊液的缓冲作用。
在重力牵引手术模拟中，脑脊液显著降低了脊髓的应力和变形，脊髓白质与灰质的应力平均降低65%~90%，变形降低70%~95%。在日常生活情境中，脑脊液对脊髓的保护效果在左右屈和前后屈方向更为显著，应力降低幅度达60%~85%。但在扭转方向上，脑脊液的缓冲作用相对较弱，应力降低幅度仅为10%~25%。
脑脊液在重力牵引手术和日常生活中均能显著减小脊髓的应力与变形，降低损伤风险。
软骨退变是骨关节炎（osteoarthritis，OA）等关节疾病的核心病理标志，其典型特征为软骨基质发生降解、细胞功能出现异常以及结构完整性遭到破坏，这一系列变化严重威胁着患者的生活质量。力学因素对软骨健康与功能的重大影响，早已获得广泛认可，针对其内在作用机制的研究也已较为系统深入。然而，力学刺激究竟如何具体影响软骨，其背后隐藏的规律与内在机制，仍处于持续探索、逐步揭示与不断完善的过程中。本文综述2024年力学刺激与软骨退变领域的研究进展，表明其具有对象更多样、角度更宽广、技术更创新的特点，进一步扩展了人们对力学因素在软骨退变中作用的认识；并回顾了基于力学调控的治疗策略，如运动疗法、生物力学矫正、化学药物治疗、针刀疗法及组织工程，为防治关节退行性疾病提供了理论依据与实践方向。未来研究需聚焦多尺度多角度机制整合及临床转化，以推动精准医疗在软骨退变领域的应用。
爆炸冲击波引发的创伤性脑损伤作为现代战争和民用爆炸事故中的主要致伤类型，其高发性和复杂性引发社会广泛关注，而损伤机制与颅脑防护成为当下研究热点。首先，分析爆炸冲击波的动态载荷特性，并介绍颅脑本构与有限元模型的开发和验证，用于探讨颅脑在爆炸波和枪弹冲击作用下组织和细胞层面的力学响应。其次，系统总结国内外研究工作人员在组织和细胞层面的损伤机制研究与颅脑防护的研究现状。最后，指出当前研究面临的挑战和未来发展方向，并强调跨学科合作与创新的重要性，以推动爆炸冲击波作用下颅脑创伤的研究与应用转化。研究结果可为深化致伤机制的理解并推动多学科交叉融合以及防护头盔的研究提供参考。
从骨小梁生物力学的角度探讨股骨颈骨折内固定术后复位质量对股骨头力学性能的影响。
从接受髋关节置换术的股骨颈骨折患者中获得26枚股骨头并进行组织切片。将主压力骨小梁中轴定义为0°组，以主压力骨小梁在股骨距的交点作为中心，通过转动标本模拟不同的复位角度，将切割后的股骨头切片标本随机分为-10°、-5°、0°、5°、10°五组，分别代表不同复位质量的股骨头。对标本进行单次压缩载荷试验和疲劳载荷试验，设定载荷70~1 400 N，频率1 Hz，循环次数10 000次，测量轴向刚度、位移、塌陷循环次数，比较股骨头标本在不同复位质量的生物力学性能。
不同分组股骨头标本的轴向刚度、位移、塌陷循环次数存在差异。在800 N载荷下，0°组轴向刚度显著大于±10°组（P<0.05）。0°组轴向刚度大于±5°组（P>0.05）。±5°组轴向刚度大于±10°组。0°组位移低于±5°组、±10°组，但0°组和±5°组位移差异无统计学意义（P>0.05），0°组和±10°组位移差异有统计学意义（P<0.05）。±5°组和±10°组位移差异有统计学意义（P<0.05）。0°组塌陷循环次数显著高于±10°组（P<0.05）。0°组塌陷循环次数高于±5°组，但差异无统计学意义（P>0.05）。±5°组塌陷循环次数显著高于±10°组（P<0.05）。
股骨颈骨折内固定术后复位质量对股骨头的生物力学性能有显著影响。研究结果为优化股骨颈骨折的治疗方案和术后管理提供了科学依据，有助于改善患者的临床预后和生活质量。
针对传统物理信息神经网络（physics-informed neural network，PINN）在处理血流边界条件约束时的局限性，提出一种基于硬边界约束物理信息神经网络（hard boundary-constrained physics-informed neural network，HBC-PINN）的改进方法，实现对狭窄动脉血管内血液流场的精确预测。
首先建立理想化狭窄血管几何模型并进行计算流体动力学模拟以获得验证数据集。根据硬约束方法设计合适的边界相关试函数以将流动边界条件嵌入网络输出中，从而构建采用硬边界约束方法的HBC-PINN模型预测狭窄血流的速度场和压力场。同时还构建了采用软约束方法的原始PINN模型作为对比，通过评估两种模型在验证数据集上的准确性，验证不使用任何标记数据训练下HBC-PINN模型模拟血流动力学的能力。
确定了HBC-PINN方法在狭窄血流动力学参数预测任务中的有效性。两种不同狭窄情况下HBC-PINN预测的流向速度和压力的相对L2误差均低于0.5%，相比原始PINN模型精度提升了48.8%以上，垂向速度的预测精度同样提升了超过35.4%。
在PINN建模过程中实施边界条件硬约束可以有效提高对血流动力学参数的预测精度和模型求解效率。
探究前交叉韧带重建（anterior cruciate ligament reconstruction，ACLR）术后0、15 d股骨受到垂直向下压力时膝关节内应力分布。
建立添加黏弹性材料属性的人体膝关节三维有限元模型。采用拟合蠕变曲线的方法获取软骨、半月板、韧带和前交叉韧带（anterior cruciate ligament，ACL）移植体的一维Prony黏弹性本构模型参数。估计ACLR术后15 d移植体黏弹性材料属性参数，模拟分析股骨受到垂直向下1.5 kN压力时，持续1 s与600 s后膝关节韧带、ACL移植体、关节软骨与半月板von Mises应力分布。
ACLR术后15 d移植体的初始松弛模量与平衡模量依旧高于人体ACL，ACL移植体所承受的应力相比健康ACL更高。尽管移植体的力学特性在ACLR术后降低，但股骨受到垂直向下施加压力1 s或600 s对软骨与半月板影响均较小。
ACLR术后，站立等负重康复训练中膝关节所受垂直向下载荷对关节软骨及半月板影响较小，且对移植体纤维再生具有促进作用，故可作为术后早期较为稳妥的康复方案。移植体制备需综合考量其弹性与黏性特性；松弛模量与黏度系数高于健康ACL的移植体，可更有利于维持术后早期膝关节稳定性。
应用长短时记忆神经网络（long short-term memory，LSTM）模型，以无标记动作捕捉系统所得下肢关节点坐标作为输入变量，估算跑步过程中的地面反作用力（ground reaction forces，GRF）曲线。
采用无标记动作捕捉系统和三维测力台同步采集59名业余跑者跑步动作下的视频图像和动力学数据。建立LSTM模型，以Theia3D无标记动作捕捉系统获取的11个下肢关节点三维坐标作为输入变量估算跑步支撑阶段三维GRF曲线。使用相关系数、均方根误差（root mean square error，RMSE）和标准化均方根误差（normalized root mean square error，nRMSE）评估LSTM模型的估算效果，采用统计参数映射分析LSTM模型估算和测力台实测曲线的差异，采用配对样本t检验分析模型估算与实测GRF特征差异。
LSTM模型估算所得GRF与实测值之间高度相关（r>0.85，P<0.001）且误差较小（RMSE<0.3倍体重，nRMSE<15%）。LSTM模型估算所得GRF曲线与实测曲线之间不存在显著差异区间。基于LSTM估算曲线计算所得GRF特征与实测值不存在显著差异（P>0.05）。
基于LSTM模型，可从无标记动作捕捉系统获取的下肢关节点三维坐标有效估算人体跑步时GRF曲线，并获得准确性较高的GRF特征。本研究建立的LSTM模型可以用于户外环境下监控跑步过程中的损伤风险。
调查健康青年在不同跨越障碍策略下的人体动态平衡能力，为防跌倒训练和公共设施设计提供理论依据。
20名健康青年使用F-scan足底压力分析鞋垫进行实验。受试者被要求针对3种不同高度与宽度组合的障碍物，以优势足为先行足，非优势足为跟随足，分别采用横跨和纵跨两种方法进行跨越，并采集足底压力数据。
不同跨越策略对先行足COP_ML调整速度、95%置信圆面积、ML振幅和AP振幅产生显著影响（P<0.05）。不同跨越策略对跟随足COP_ML调整速度、95%置信圆面积、最大摆动和最小摆动的差异产生显著影响（P<0.05）。先行足在横跨和纵跨时，在不同高度和宽度下平衡参数值差异有统计学意义（P<0.05），平衡参数值会随高度增高而变大，也会随宽度加宽而变大。跟随足在纵跨时，在不同高度下平衡参数值差异有统计学意义，平衡参数值会随高度增高而变大，但在横跨时平衡参数值差异没有统计学意义（P>0.05）。
健康青年在纵向跨越障碍物时，先行足的平衡能力优于横向跨越，与优势足的运动习惯和日常活动模式相符。而非先行足在横向跨越时表现出更稳定的足底压力分布，可能与更大的触地面积和更均匀的重心分布有关。
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