不同含湿率及加载条件对人皮质骨纳米压痕测试的影响

目的:探讨不同含湿率及加载条件对人皮质骨纳米压痕测试的影响。方法:采用美国Hysitron纳米压痕仪,设定不同加载模式(高峰载荷分别为300、400、500 nm;加载速度分别为6、8、10 nm/s)对不同含湿率(20‰、30‰、40‰、50‰、60‰)人皮质骨进行弹性模量及硬度测量。结果:在同一加载模式下,不同含湿率标本的测试值随着含湿率增高,弹性模量及硬度值均显著降低(P0.01);三种不同加载模式对含湿率为20‰标本测试值无明显变化;对含湿率60‰标本测试值有显著性影响(P0.02)。结论:纳米压痕仪测试骨微观力学特性时,测试值不仅受标本本身含湿率的影响,当测试条件改变,对湿润标本测试结果也完全不同。当使用纳米压痕技术时,通常采用脱水包埋处理的标本测试出的机械性能,对我们在微观层面认识人体骨在湿润的生理环境下的机械性能是不够全面的。     

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.     

Dega骨盆截骨术后最佳中心边缘角的三维有限元分析

目的:应用三维有限元技术评估发育性髋关节脱位(developmental dysplasia of the hip,DDH)患儿在Dega骨盆截骨术后不同中心边缘角(center-edge angle,CEA)状态下髋臼的应力分布,为术前的手术规划提供有参考价值的生物力学结果。方法:使用已建立的DDH患者髋关节三维有限元模型,以术后CEA27°为中间值,每3°为一个变量,在Mimics誖10.0软件的模拟手术模块分别构建7组髋臼截骨术后的模型。在单腿站立和双腿站立状态下测量不同CEA状态下髋臼的应力分布。结果:单腿站立情况下,CEA为24°、27°、30°和33°的术后模型患侧髋臼的峰值应力接近正常侧。双腿站立情况下,CEA为24°时双侧髋臼的峰值应力最为接近。结论:对于该患者而言,在7组术后CEA中,24°时患侧髋臼的峰值应力与健侧最为接近,可以认为是最佳的术后CEA。有限元技术能够为Dega手术的术前规划提供个性化的指导方案。     

LBL结合PBL在物理诊断教学过程中的初步探索

目的:比较传统教学模式和问题教学法及二者结合教学法的不同优劣势,找出物理诊断学最佳教学方法。传统教学模式采用授课为主的教学法(lecture based learning,LBL),单单强调了教师的重要性,而忽视学生的主观能动性,不利于调动和培养学生自学和灵活运用所学知识的能力。问题教学法(Problem-based learning,PBL),其强调学生自身的主观能动性,弱化了教师在教学中的主体地位,学生有偏离教学主线的风险。因而如果将LBL与PBL有机结合在一起,将可能有利于提高学生的学习效率和学习效果。方法:选取97名全科医学本科学员,在物理诊断课程教学过程中,采用完全随机的方法分为2组,采用LBL教学方法组48人,采用LBL结合PBL教学方法组49人,通过分别对理论、实践分层打分,确定优秀、合格、不合格的比率,采用Mann-Whitney U检验最终评定2组教学方法的授课效果。结果:在理论考试中,2组学员在优秀、合格、不合格的分层评定上均无明显差异(P0.05),而在实践考核中,LBL+PBL组学员成绩在优秀这一分层评定中,优于LBL组,差异具有统计学意义(P0.05)。结论:LBL和PBL教学方法结合应用于物理诊断教学中,符合物理诊断教学的特点,更容易被学生接受,对于知识的识记和应用更有好处,从而更利于培养高素质医学人才,值得在物理诊断教学中进一步推广。     

骨质疏松兔松质骨微观结构和微观成分的时间序贯性变化

目的:研究去势手术建立骨质疏松兔模型中松质骨微观结构和微观成分的时间序贯性变化。方法:40只新西兰白兔随机分为假手术组(sham组,n=20)和骨质疏松组(OP组,n=20)。OP组兔子给予去势手术处理,sham组给予假手术处理。分别于术后的0周、4周、6周、8周,利用DXA测量腰椎骨密度(每组每个时间点选择5只动物)。之后处死动物,采集腰椎标本。利用Micro-CT、FTIR、腰椎轴向压缩试验得到松质骨的微观结构、微观成分(骨矿盐晶体和胶原)和宏观力学参数。利用t检验比较同一时间点两组之间的相关参数。结果:OP组BMD逐渐下降,松质骨微观结构逐渐疏松,微观组成属性逐渐改变,宏观力学强度均逐渐下降。FTIR在4周时即检测到OP组腰椎骨矿盐和胶原基质比(P=0.046)、骨矿盐结晶度(P=0.018)、胶原交联比(P=0.006)发生显著性改变,早于BMD和微观结构的变化。OP组腰椎宏观生物力学强度在第8周时达到最低点(P=0.001)。结论:去势手术后,腰椎松质骨骨矿盐晶体和胶原属性最早发生变化,松质骨微观成分和微观结构的改变是导致椎体强度明显改变的原因。FTIR技术可以较早的检测到骨质疏松发生过程中骨组织微观成分的改变。     

改良阶梯式截骨法矫正儿童创伤后肘内翻畸形

目的:探讨采用肱骨髁上改良阶梯式截骨联合钢板等内固定治疗儿童肘内翻畸形的临床疗效。方法:回顾性研究我科自2012年1月~2014年12月收治的14例肘内翻畸形患者,其中,男10例/女4例,年龄6~14岁,平均10.3岁,右侧9例/左侧5例。所有病例均有明确的伸直型肱骨髁上骨折病史,在创伤后约1.7年(1~4.5年)行改良阶梯式截骨。通过测量手术前后提携角及肘关节活动度,并依据Flynn临床肘关节功能评定标准对患肢功能进行评价。结果:本组患者术后均获得随访,随访时间12~26个月,平均17.4±2.7个月,肱骨截骨处达到骨性愈合的时间为2.5~4个月(平均2.9±0.6个月),术后畸形矫正良好,获得5.2±1.7°提携角。术后关节活动范围-0.7±1.6~134.5±2.4°,与术前相比,伸展活动的差异无统计学意义(t=0.871,P0.05);而屈曲活动改善明显,差异有统计学意义(t=18.819,P0.01)。末次随访时截骨纠正角度丢失1.4±0.8°。根据Flynn肘关节功能评定标准:优11例/良2例/可1例,优良率92.86%。均无感染、外髁突出、过度肥厚增生的术后瘢痕、血管神经损伤、关节不稳等并发症。结论:本研究针对创伤后儿童肘内翻畸形的手术疗效进行随访,发现改良阶梯式截骨的手术操作相对简单,矫形效果满意,能早期恢复肘关节功能且畸形复发率低,是一种美容效果较好的治疗肘内翻的截骨方式。     

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。     

骨质疏松性脊柱内固定技术进展

骨质疏松症是一种以骨量减少,骨强度下降而脆性增加,骨折风险增加为特征的骨骼疾病。随着人口老龄化日趋严重,骨质疏松症已成为我国面临的重要公共健康问题。这些患者往往并存多种疾病,其中椎体骨折最为突出,危害较大。由于此类患者的虚弱的体质和较低的骨密度,实施手术治疗十分困难。新型的手术方式的开发和内固定植入物的设计明显降低了内固定失败率,提升了内固定稳定性。这些技术综合考虑了生物材料学、生物学和生物力学等多方面,在临床应用上获得了较好的疗效。本综述旨在总结脊柱内固定失败的机制和现存的新型手术技术与内固定植入物设计,并对未来脊柱内固定手术的发展方向加以展望。     

人体颈椎松质骨显微结构和力学性能的区域性差异研究

目的:探讨人体脊柱松质骨骨骼显微结构和力学性能的区域性差异,为松质骨三维结构采样部位的选取提供参考。方法:显微CT扫描6块颈6椎体标本获得三维图像,依据椎体内解剖位置的不同,将松质骨划分为6个位置组:外侧、内侧、腹侧、背侧、头侧和尾侧。利用显微结构参数骨体积分数(Bone volume to tissue volume,BV/TV)、骨表面积和骨体积的比值(Bone surface to bone volume,BS/BV)、骨小梁数量(Trabecular number,Tb.N)、骨小梁厚度(Trabecular thickness,Tb.Th)、骨小梁分离度(Trabecular separation,Tb.Sp)和个体化骨小梁分割方法(Individual trabeculae segmentation,ITS)分析6个位置组内松质骨显微结构,并利用有限元分析,获得6个位置组内松质骨的力学性能参数表观弹性模量和表观剪切模量。分别两两对比外侧和内侧,腹侧和背侧,头侧和尾侧松质骨的显微结构参数(BV/TV、BS/BV、Tb.N、Tb.Th、Tb.Sp和个体化骨小梁分割得到的参数)和力学性能参数(表观弹性模量和表观剪切模量)。结果:头侧和尾侧的主要显微结构参数BV/TV、Tb.Th、Tb.N等和表观弹性模量均存在显著差异(P0.05)。腹侧和背侧、内侧和外侧的主要显微结构参数BV/TV、Tb.Th、Tb.N等无显著差异。外侧和内侧的表观弹性模量在非主方向即内外方向和腹背放上上存在显著差异(P0.05),在主方向即头尾上无显著差异。结论:在实验中采集椎体松质骨样本以及临床上利用高分辨率CT分析椎体松质骨结构时,感兴趣区域要同时涵盖头侧和尾侧。     

基于三维CT的模拟手术在大龄DDH患儿外科治疗中的应用研究

目的:通过对大龄发育性髋关节脱位(developmental dysplasia of the hip,DDH)患儿进行术前模拟手术,实现术中精确截骨及旋转角度,从而达到个体化治疗,改善患儿预后的目的。方法:本研究按照术前规划方式分为两组,一组为传统手术组;另一组为模拟手术组。共20例患儿均采用骨盆三联截骨术+股骨截骨术治疗,传统手术组10例,模拟手术组10例,手术时平均年龄为11.3岁,平均随访时间24.2个月。所有患儿均于术前行骨盆三维重建CT检查,测量CE角、股骨前倾角及髋臼指数,在mimics软件中,模拟手术方案,确定术中股骨截骨需要旋转的角度及骨盆截骨的位置,术中按照模拟手术的结果进行操作。术前评价指标使用Tonnis分级,术后评价指标使用改进的Trevor评分系统。结果:模拟手术组Tonnis分级3级4髋,Tonnis分级4级8髋;传统手术组Tonnis分级3级4髋,Tonnis分级4级9髋,两组患儿术前严重程度无显著性差异。依据Trevor评分,模拟手术组8髋(67%)优秀,3髋(25%)良好,1髋(8%)一般。传统手术组5髋(38%)优秀,5髋(38%)良好,3髋(23%)一般。两组有显著性差异。并发症:术后传统手术组3例患儿有不同程度的股骨头坏死。结论:大龄DDH患儿术前模拟手术,可以达到术中精确截骨及旋转角度,可改善患儿预后,实现该类患者的个体化治疗。