脊柱生物力学的有限元分析新进展

本文介绍了近年来利用计算机技术进行的有限元模拟分析方法应用于脊柱生物力学的研究新进展,并讨论了其在临床工作中的实际意义,提出了建立有限元模型的下些新思路。有限元分析作为一个理论性方法,必须与临床实践相结合才能真实,可靠地解释疾病的发生,发展经过,并为疗效预测提供参考。     

脊柱-骨盆固定系统的生物力学研究

目的:研究髂骨钉在脊柱-骨盆固定系统中对腰骶稳定性及螺钉应力分布的影响。方法:6具成人腰椎-骨盆防腐标本,分别按照三种不同的固定方式完成置钉连接操作,制成3个实验组:单纯腰椎后路长节段固定组(L2-L5组)、腰骶固定组(L2-S1组)、髂骨钉固定组(L2-S1-I组)。生物力学测试采用8 N·m纯力矩执行前屈、后伸、左右侧弯、左右旋转6个工况运动,比较各固定组L2、L5水平活动度以及L5椎弓根钉、S1螺钉应力。结果:L2-S1组、L2-S1-I组内固定系统以及腰骶关节活动度均明显降低(P0.05),L2-S1-I组的优势更加显著,尤其在抵抗固定系统旋转活动以及腰骶关节前屈活动时作用更明显。L2-S1-I组、L2-S1组L5椎弓根钉应力均较L2-L5组明显减小(P0.05);L2-S1-I组S1螺钉应力较L2-S1组显著减小(P0.05)。结论:髂骨钉技术能够提供良好的脊柱-骨盆固定效果,在维持腰骶稳定性方面优势明显;对近端固定螺钉有保护作用,在与S1螺钉联合使用时,能有效分担S1螺钉所受应力,显著降低螺钉松动、拔出的风险。     

基于有限元的第5 掌骨颈骨折钢板螺钉内固定的生物力学分析

目的：应用有限元方法建立三种不同的治疗第5 掌骨颈骨折的钢板螺钉内固定模型,比较三种模型的生物力学稳定性,为 第5 掌骨颈骨折的临床早期功能康复提供参考。方法：选取一名健康青年志愿者,将CT 扫描数据导入三维有限元软件建立第5 掌骨颈骨折模型,并选取三种钢板螺钉内固定方法进行骨折固定。对三种模型施加外力荷载并进行生物力学有限元分析,对比骨 折断端的最大位移和钢板螺钉的应力分布情况。结果：方法一、二、三的第5 掌骨骨折端的最大位移分别为0.189775 mm、 0.181428 mm、0.224299 mm,以方法二的骨折端位移最小;内固定材料的最大应力分别为1.20 KPa、1.00 KPa、1.39 KPa,以方法二 的钢板螺钉应力最小。结论：采用近端三颗螺钉远端两颗螺钉的直型钢板内固定方法治疗第五掌骨颈骨折的生物力学稳定性更 好,术后早期功能锻炼的安全性更高,是治疗第5 掌骨颈骨折的理想内固定方法。     

PVP与PKP治疗骨质疏松脊柱压缩性骨折的临床治疗效果比较

目的:分析PKP(即经皮椎体后凸成形术)和PVP(即经皮椎体成形术)在骨质疏松性椎体压缩骨折治疗中的临床应用效果。方法:回顾并抽取我院骨科诊治的164例骨质疏松脊柱压缩性骨折患者资料,根据术式分为PKP组和PVP组各82例,对比分析不同手术前各组VAS评分(即视觉模拟评分法)、ODI(即Oswestry功能障碍指数)、椎体高度以及Cobb角变化,同时对2种手术的安全性进行客观评价。结果:手术后,两组VAS评分、ODI、椎体高度以及Cobb角度均出现明显恢复(P0.05),在术后相同时间点,PKP组VAS分数、ODI分数、椎体高度、Cobb角度均显著优于PVP组(P0.05);PKP组手术不良事件发生率(17.07%)显著低于PVP组(36.59%),P0.05,组间差异明显。结论:PVP、PKP虽然均能够对骨质疏松脊柱压缩性骨折达到修复椎体高度、止痛的治疗效果,但是PKP治疗后椎体恢复情况、手术安全性显著优于PVP。     

实验性羊胫骨骨折愈合生物力学研究

本实验用山羊10只,线锯造成胫骨中部骨折,夹板固定。于术后2、4、6周分别处死动物。测量其胫骨骨折愈合的极限弯曲载荷。结果表明:(1)术后第2周,因为纤维性骨痂,无弯曲载荷测量;(2)术后第4周,极限弯曲载荷是150±24(N),其断裂发生在原骨折线,(3)术后第6周,原骨折线处不再发生断裂,干骺部出现断裂,其极限弯曲载荷为653±55(N)。这些结果对临床骨科是有意义的。     

骨折愈合中骨再生的生物学和生物力学

一、骨再生的生物学1.骨骼的生长和发育骨骼的生长和发育涉及很多细胞和组织的分化和增殖,虽然其过程复杂,却精确有序。在胚胎发育阶段,长骨先形成一个间充质细胞团块,然后软骨化形成软骨基质。随着发育的渐进,软骨细胞肥大,细胞外基质开始矿化,形成初级骨化中心。软骨细胞通过     

Ender针固定胫骨骨折的生物力学实验研究

通过对以Ender氏针固定的9根干燥尸体胫骨的力学试验。测定了骨及针的应力和应变，骨的相对位移及成角，证明该法能提供既稳定又存在微量的相对位移的特殊力学环境，针及骨分别负重，与生理状态应力相适应，此时针与骨之间的应力重分配既符合骨折愈合的生物力学原理，又具有较大的临床意义。     

有限元分析法在腰椎生物力学研究中的应用及新进展

有限元分析法是指对复杂形态物体的应力及应变进行分析,具有力学性能测试全面、客观、可重复性的特点。目前,有限元分析法已被广泛应用于脊柱畸形、腰椎损伤以及假体植入等人体复杂结构生物力学的研究中。本文主要介绍有限元分析法在腰椎的椎体、间盘、韧带及肌肉组织中的应用,结合其概念、原理、建模方法等,总结该方法在新型内固定物力学特性研究中的优势,探讨其对不同植骨内固定术式选择的临床意义。     

下颌骨骨折的有限元分析

下颌骨骨折在颌面部损伤中最为常见,骨折多由直接暴力所造成,本文根据骨的生物力学特点,应用现代计算力学方法——有限元法,探讨在各种荷载的作用下,下颌骨各截面应力分布,力的传递,以及下颌骨的变形。计算结果表明:荷载直接作用点的应力大,结构薄弱部应力大;同时给出了各种不同荷载作用下的下颌骨变形,并探讨了肌肉收缩时对下颌骨应力分布的影响。     

全膝关节置换术假体的三维有限元生物力学分析

分析基于MRI图像数据建立的膝关节有限元模型,并采用人工膝关节置换术对假体进行匹配,通过有限元法对匹配假体接触关节表面进行应力变化分析,为人工关节假体进一步研究提供理论依据。采用MRI对1名正常男性青年双膝关节进行扫描并获取二维图像数据,根据MRI扫描数据建立膝关节三维模型;根据实际假体模型经过逆向工程技术建立膝置换假体模型,在截骨的膝关节三维模型上装配置换假体,最终构建三维有限元模型,并进行相关的生物力学分析。进行置换术后膝关节在垂直受力的0°~90°屈曲运动中,相对于胫骨,内股骨滚动并向后方发生了滑动外旋;膝关节在90°~120°范围內侧髁向内后方滑动,并且外侧髁向上抬离处于内旋状态。在屈曲运动过程中,膝关节随着度数增加,聚乙烯垫片内侧后方出现应力集中情况,约为120°时垫片后缘产生较大的应力峰值;基于MRI图像扫描并通过有限元法建立膝关节三维模型,用于膝关节置换后生物力学分析,为进一步人工关节假体研究提供相应理论依据。     

补锌对兔实验性颧骨骨折愈合影响的生物力学研究

通过对１８只实验性颧骨骨折新西兰兔在骨折愈合过程中采用补锌和未补锌两种方法,来比较研究补锌对骨折部位的生物力学影响,进而阐明锌对骨折愈合的作用。     

脊柱跳跃型骨折的临床研究进展

脊柱跳跃型骨折指多节段非相邻的椎体骨折(multiple-level noncontiguous spinal fractures,MNSF)。对于非高龄患者,此类骨折通常为暴力性高能量损伤。由于MNSF受伤机制的复杂性,患者的临床表现不尽相同,导致其常发生漏诊或延迟诊断。目前,临床上对于MNSF发病率和损伤原因有很多报道,特别是其致伤机制,也存在很多理论。脊柱跳跃性骨折的治疗需全面考虑,如脊柱的不稳定性、畸形和骨折节段之间正常的椎体数目甚至患者想要减少住院时间的要求等。治疗时应按照各自损伤部位的情况决定治疗方案,强调个体化治疗。需要手术治疗的患者应依据其损伤特点选择相应术式,重建脊柱稳定性。本文主要就近年来MNSF的临床研究进展了进行总结,旨在为MNSF的临床诊疗提供参考。     

椎体成形术的生物力学研究现状和进展

椎体成形术是通过向椎体病损部位注入骨粘合剂,达到缓减疼痛、增强椎体稳定性的目的。由于椎体成形术的治疗原理、远期疗效、并发症均与其生物力学密切相关,其生物力学引起广泛的关注。本文通过椎体强化的生物力学研究方法及椎体强化后的生物力学特性,总结影响椎体强化效果的因素及影响程度,并对椎体强化生物力学研究中存在的问题及研究前景进行展望。     

骨折外固定支架的生物力学原理与实验

骨折外固定支架是治疗股骨、胫骨,肱骨等骨折固定的器械之一。它的基本原理是利用力的平衡条件,由钢针发生变形而产生的力加于骨折端面上,促使骨折早期愈合。经多年来的临床实践证明,这种固定器能较好地对骨折愈合产生压缩刺激应力,有利于骨折愈合,且具有结构简单、使用方便的特点。     

激光作用的皮肤生物力学试验研究和机理分析

激光能明显影响皮肤的生物力学性能。通过选择与人体皮肤力学性能相似的离体猪皮进行不同加载方式的拉伸试验,可以研究皮肤的拉伸强度、应力应变关系、皮肤各向异性、取样部位影响、激光作用影啊、反复加卸载,松弛效应等受力性能,分析激光作用的皮肤生物力学模型及皮肤受力和修复机理,并在本构模型中引入激光影响因素。试验发现,一定强度的激光可以改善皮肤弹性,且不影响其粘滞效应和松弛速率。     

大熊猫的脊柱和胸廓

大熊猫Ailuropoda melanoleuca(David)是我国特有的珍稀动物。关于它的骨学研究,前人的报道多限于头骨和四肢骨,对头骨以外的中轴骨--脊柱和胸廓--则很少涉及,仅Davis(1964)的著作中包括这部分骨学内容,但标本数量较少,且无幼体标本。我们用完整骨骼6例(包括1例幼体)进行了较系统的观察,并和黑熊Sele-narctos thibetanus的成体和幼体、小熊猫Ailurus fulgens、犬Canis familiaris、虎Panthera tigris、狮Panthera leo、云豹Neofelis nebulosa等其他食肉目兽类加以对比,以显示出大熊猫的特点。