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。     

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。     

梿枷膝改造术生物力学分析与实验研究

临床18例膝关节改造术治疗脊髓灰质炎后遗症（小儿麻痹后遗症）-Lian枷膝效果较好。本文对Lian枷膝改造术进行生物力学分析与实验研究，实验模拟Lian枷膝改造术，进行生物力学实验。并进行理论计算，为Lian枷膝改造术提供生物力学模型和合理参数，理论分析和实验证明临床效果较好。     

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。     

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。     

人工半骨盆假体置换联合腰椎椎弓根螺钉固定术后生物力学的有限元分析

目的:建立人工半骨盆假体置换与联合腰椎椎弓根螺钉固定后的三维有限元模型,评价腰骶段生物力学改变后半骨盆假体力学结构的特点。方法:采用CT薄层扫描采集原始数据,分别建立正常骨盆、半骨盆假体置换术后以及半骨盆假体置换联合腰椎椎弓根螺钉固定术后骨盆的三维有限元模型,分别在第4腰椎上终板平面施以500 N的垂直纵向载荷,分析不同骨盆模型的应力分布特点。结果:与正常骨盆有限元模型相比,半骨盆假体置换术后健侧骨盆应力分布以骶髂关节、髋臼窝及耻骨为主,置换侧半骨盆假体以耻骨连接棒、髋臼杯及髂骨座为主,最大应力出现在耻骨连接棒,应力峰值为65.62 MPa。联合腰椎椎弓根螺钉固定后健侧应力相对减小,置换侧髂骨固定座与骶骨固定处应力相对减小,应力分布以腰椎椎弓根钉棒、耻骨连接棒及髋臼杯为主,最大应力出现在椎弓根螺钉,应力峰值为107 MPa。结论:半骨盆假体置换联合腰椎椎弓根螺钉固定后钉棒分担了半骨盆置换后健侧骨盆及置换侧髂骨固定座与骶骨固定处附近的部分应力,缓解应力集中现象,降低术后骨盆破坏风险,一定程度上增加了半骨盆置换后骨盆的稳定性。     

基于CT的股骨有限元模型的建立及髋关节中空多孔假体植入后受力分布的初步研究

利用有限元分析的方法,对髋关节中空多孔假体植入后的受力分布改变进行研究,为改进中空多孔人工关节假体的设计提供依据.建立了股骨和假体三维有限元模型,应用有限元分析软件Ansys5.7模拟单腿负重状态,考察应力分布并进行比较.使用SPSS Statistics 17.0软件进行分析处理,绘制折线图.结果表明:a.开孔后张力侧最大压应力有所减小,开孔部位的应力水平变化不明显.b.与周围骨质形成连接后孔缘局部应力增加,张力侧受力改变不明显.c.短柄假体受力模式仍为远端应力集中;张力侧应力减小,开孔部位应力明显增加.d.下孔受力均大于上孔,受力方向基本一致.     

对华南地区男性成年颅骨、锁骨、肩胛骨和髋骨与身高关系的研究

作者对近年在华南地区收集的70具成年男性完整骸骨的颅围、锁骨最大长、肩胛骨形态宽及髋骨最大长进行了测量。相关分析表明,各测量项目与身高的相关系数均有非常显著的意义(p<0.01)。进而建立了相应的回归方程。用70例已知生前身高的国人骸骨对这些回归方程进行了检验。结果表明,本文所建立的这些回归方程均有一定的实用价值。     

人体足底韧带松解后足部的形态改变及应力分布的实验研究

较多足部畸形同足弓塌陷或不稳定有关,尤其是足纵弓塌陷.关于跖腱膜松解对足弓高度的影响已有许多研究,但对跖腱膜松解后足部的应力分布尚不清楚.本研究旨在探讨足底韧带损伤后对足弓生物力学的影响.通过CT图像数据建立人体足踝部三维有限元模型,包括足踝部骨骼、主要关节、关键韧带结构及足底软组织.在模型上模拟跖腱膜和其他跖侧韧带松...     

微种植体支抗内收及压低上前牙的有限元研究

目的:探讨在利用微种植体支抗整体内收前牙过程中增加前牙区不同位置压低力对上颌前后牙的生物力学效应的影响。方法:采用螺旋CT扫描获取图像并结合MIMICS等软件进行三维重建,建立拔除上颌第一前磨牙整体内收前牙的三维有限元模型,分析利用第二前磨牙与第一磨牙间微种植体整体内收前牙过程中,增加前牙区不同位置压低力后前后牙的生物力学效应。结果:增加前牙区压低力后,前牙舌向倾斜移动明显减小,不同位置的垂直向力对前牙的影响不同,第一磨牙在整体内收过程中表现为远中倾斜移动。结论:1增加前牙区压低力能够实现对前牙转矩的有效控制;2增加前牙区的压低力使前牙更趋向于整体移动;3在微种植体支抗内收前牙过程实现了较好的垂直向控制。     

Biomechanical investigation of post-operative C5 palsy due to ossification of the posterior longitudinal ligament in different types of cervical spinal alignment

Post-operative C5 palsies are among the most common complications seen after cervical surgery for ossification of the posterior longitudinal ligament (OPLL). Although C5 palsy is a well-known complication of cervical spine surgery, its pathogenesis is poorly understood and depends on many other factors. In this study, a finite element model of the cervical spine and spinal cord-nerve roots complex structures was developed. The changes in stress in the cord and nerve roots, posterior shift of the spinal cord, and displacement and elongation of the nerve roots after laminectomy for cervical OPLL were analyzed for three different cervical sagittal alignments (lordosis, straight, and kyphosis). The results suggest that high stress concentrated on the nerve roots after laminectomy could be the main cause of C5 palsy because ossification of ligaments increases spinal cord shifting and root displacement. The type of sagittal alignment had no influence on changes in cord stress after laminectomy, although cases of kyphosis with a high degree of occupying ratio resulted in greater increases in nerve root stress after laminectomy. Therefore, kyphosis with a high OPLL occupying ratio could be a risk factor for poor surgical outcomes or post-operative complications and should be carefully considered for surgical treatment.     

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。     

Biomechanical effects of posterior pedicle fixation techniques on the adjacent segment for the treatment of thoracolumbar burst fractures: a biomechanical analysis

Abstract

Posterior pedicle fixation technique is a common method for treating thoracolumbar burst fractures, but the effect of different fixation techniques on the postoperative spinal mechanical properties has not been clearly defined, especially on adjacent segments. A finite element model of T10-L2 with moderate T12 vertebra burst fracture was constructed to investigate biomechanical behavior of three posterior pedicle screw fixation techniques. Compared with traditional short-segment 4 pedicle screw fixation (TS-4) and intermediate long-segment 6 pedicle screw fixation (IL-6), mono-segment 4 pedicle screw fixation (MS-4) provides a safer surgical selection to prevent the secondary degeneration of adjacent segments in the long-term.