纳米材料有望延长人工关节使用寿命

人工关节是指根据人体关节的构造、形状与功能而设计的用来取代人体受损或病变的关节。目前。在临床上广泛使用的髋关节等人工关节多是钛合金等金属材质制成的。人工关节置换手术后常由于关节磨损的磨屑、应力遮挡和骨关节界面结合不佳等情况,导致植入假体的失败。因此。研究新一代植入材料,增强骨组织与植入假体相互作用,对有效防止假体松动、促进人工假体的长期稳定具有重要意义。     

基于聚醚醚酮的骨科植入材料生物相容性研究

本研究基于聚醚醚酮的骨科植入材料生物相容性的研究,进一步分析聚醚醚酮(polyether-ether-ketone,PEEK)骨科植入材料生物的相容性能,以有效提高其生物功能性,进而获得更加可靠的骨-植入体界面。本研究通过以新西兰大白兔为研究对象,采用改性/未改性的PEEK材料制备了腰椎模型并植入,最后进行了生物力学与Micro CT分析。实验研究表明,以改性及未改性的PEEK材料制备的腰椎假体在植入动物体内后后,动物体内未发生显著相关的急慢性毒性反应。对比植入的两种PEEK假体我们发现,改性的PEEK腰椎假体在植入动物后第4周,其临近椎骨的植入部位在骨体积分数等参数上发生了明显的改善(p0.05);植入后第8周检查,以骨体积分数(BV/TV)、(骨密度(BMD)、骨小梁厚度(Tb.Th)、骨小梁分离度(Tb.Sp)以及骨表面体积分数(BS/BV)等为代表的多项重要的骨组织形态计量学参数均发生了显著的改善(p0.05)。同时,研究通过采用拔出试验来验证植入材料的生物力学性能,实验发现改性PEEK材料能够有效促进植入假体与椎骨的紧密结合。因此,实验中针对PEEK材料采用rh BMP-2与胶原蛋白对表面进行改性可以高效地、快速地达到效果,并且能够明显提高骨科植入的PEEK材料的生物功能性与生物相容性。     

视觉假体的研究进展

视觉是人类认识世界的最重要途径之一。失明不但给患者带来巨大的痛苦和严重的生活障碍,还给家庭和社会带来沉重的负担。视觉假体是通过植入体内的微电极阵列直接刺激视觉通路上完好的部分,帮助盲人恢复部分视觉感知的电子设备。近年来视觉假体发展迅速,取得了从概念到临床应用的卓越成果。本文介绍了视觉假体的发展历程,根据刺激电极在视觉通路上的植入部位对视觉假体进行了分类说明,并对视觉假体近年来临床试验的结果及目前能实现的功能进行了总结。     

髋关节假体脱位分析软件的设计与开发

目的研发了髋关节假体脱位分析软件。软件基于ADAMS/VIEW软件进行二次开发,能够可视化的构建三维参数化的髋关节假体模型,模型能够模拟假体的六种运动。应用此软件可以为病人更好的选择和植入假体,评估各种髋关节假体的安全活动范围,用来设计新的关节假体。     

视觉假体的研究进展与面临的挑战

人工视觉假体是当今国际上对视网膜色素变性和老年性黄斑病变患者进行视觉修复的研究热点,该人工装置采集外界图像信息,并进行编码处理,通过微电流刺激器将刺激微电流信号加载到微电极阵列,对视觉神经系统进行作用,从而在视觉中枢产生光幻视,实现视觉功能修复。根据目前的国际研究现状,视觉假体可以对视觉通路的任意位置进行电刺激,以期产生视光感。按照植入位置的不同,视觉假体基本上可以分为视皮层假体、视网膜上假体、视网膜下假体和视神经假体。本文着重介绍了中国的C-Sight小组在视神经假体方面的工作进展和面临的挑战。     

人工髋关节光弹实验研究

为了满足治疗关节炎和关节外伤的需要,七十年代世界各国已有几百种全髋假体设计作为定型产品应用于临床。然而人工关节研究面临着两大问题尚待解决。一为人工假体的生物匹配。所谓“生物匹配性”即是考虑植入人体之假体对人体的适应性,也就是假体材料应对人体无毒性,不引起变态反应和异常的新陈代谢,没有致癌性,对组织没有刺激性等等。二为人工假体的力学匹配,这要求假体有足够的抗拉强度和抗压强度以及适当的韧性,还要求疲劳强度和耐磨性,以及泡浸在血液、间质液、淋巴液、关节润滑液中的耐腐蚀性。人工关节的研究已成为医师和工程师共同关心和相互协作的间题。     

二磷酸盐促进假体周围骨溶解后假体翻修骨整合的实验研究

目的:评价阿仑膦酸钠对新西兰大白兔假体周围发生骨溶解后,再进行对新西兰大白兔假体翻修骨整合的影响。方法:选取雄性新西兰大白兔30只,随机分成3组(正常组,实验组,对照组,每组10只)。正常组在胫骨松质骨区域植入钛合金假体,实验组和对照组分别植入钛合金假体和钛颗粒,饲养8周后,三组统一进行假体翻修。实验组用阿仑磷酸钠治疗8周后取材,对照组和正常翻修组也分别进行取材。通过假体推出力学实验、硬组织切片观察,评价阿仑磷酸钠对假体周围翻修后骨整合的影响。结果:假体推出力学实验结果显示,实验组假体最大推出载荷明显大于对照组(P0.01)。硬组织学切片通过苦味酸--品红染色,利用图像分析仪器统计假体周围骨整合的面积实验组假体周围骨量明显优于对照组假体周围骨量(P0.05)。结论:二磷酸盐-阿仑磷酸钠可以提高假体翻修后假体周围骨整合。     

骨科假体表面涂层技术现状

由植入物界面处的相互作用可能引起无菌性松动和假体周围感染。而无菌性松动和假体周围感染仍然是一个难以治疗的问题,并且最终可能导致假体植入失败,引起严重后果。理想的植入物应能促进骨整合,防止细菌粘附,减少细菌感染。骨科植入技术主要基于生物材料的开发和使用,随着材料科学和细胞生物学的发展,已可以用新的植入物表面涂层的进展来解决这些问题。本文回顾总结了时下骨科常见的假体涂层设计和相关问题,以期为进一步研究提供借鉴。     

金属对金属全髋关节置换术后体内金属离子对机体的影响

金属对金属全髋假体由于其具有良好的活动度因而被广泛应用全髋关节置换,但是由于金属对金属全髋假体置换术后可以产生大量的钴铬金属离子而使机体内血液尿液中金属离子水平升高,而金属离子水平升高后可能会对机体产生不利影响,本文就金属对金属全髋假体置换术后对机体的影响作一综述。     

金属对金属全髋关节置换术后体内金属离子对机体的影响

金属对金属全髋假体由于其具有良好的活动度因而被广泛应用全髋关节置换,但是由于金属对金属全髋假体置换术后可以产生大量的钴铬金属离子而使机体内血液尿液中金属离子水平升高,而金属离子水平升高后可能会对机体产生不利影响,本文就金属对金属全髋假体置换术后对机体的影响作一综述。     

矫形外科植入材料的进展

随着工业技术的发展和外科技术的进步,各种新型骨科器械和内固定新材料的不断问世,矫形外科已成为一个独立的专科。现仅就矫形外科植入材料的进展,作一综述。矫形外科植入材料要求有优良的机械性能、耐腐蚀性和生物相容性,也应考虑经济效益。目前,国际上采用的有金属、塑料和氧化铝陶瓷。现分述如下: 一、金属材料:金属用于人体已有悠久的历史,早在400多年前,1565年Fetronius曾用金属板来修补头盖骨。据记载,十八世纪末,第一次应用铁丝固定体内骨折。二十世纪初,开始应用涂层钢以及钴铬钼铸造合金。最早是Wilts于1938年用不锈钢制作人工股骨头治疗严重的Stile氏病。40年代     

保留股骨颈型全髋关节置换术治疗中晚期股骨头坏死的临床疗效

目的:探讨中晚期股骨头坏死患者采用保留股骨颈型全髋关节置换术治疗的临床疗效。方法:选择2014年2月至2015年2月在我院接受手术治疗的中晚期股骨头坏死患者30例。根据全髋关节置换术中股骨假体材料不同,将所选研究对象分为陶瓷界面组和金属界面组,每组15例。陶瓷界面组行陶瓷界面假体结合保留股骨颈型全髋关节置换术,金属界面组行金属界面假体结合保留股骨颈型全髋关节置换术。观察并比较两组患者的手术时间、术中出血量、术后输血量、Harris髋关节功能评分以及并发症的发生情况。结果:两组手术时间比较,差异无统计学意义(P0.05);陶瓷界面组患者术中出血量及术后输血量均少于金属界面组,差异具有统计学意义(P0.05)。两组患者术后Harris评分均高于术前,且陶瓷界面组高于金属界面组,差异均具有统计学意义(P0.05)。两组患者假体无松动、下沉等并发症的发生率比较,差异无统计学意义(P0.05)。结论:陶瓷界面结合保留股骨颈型全髋关节置换术是治疗中晚期股骨头坏死的临床疗效显著,值得推广应用。     

人工关节假体无菌性松动动物模型的快速建立

目的:人工关节置换手术发展至今,取得了非常大的成功,已在临床解决了许多终末期的关节疾患。研究表明,假体无菌性松动的患者,其假体周围处于高骨更新状态。因此骨-假体界面的早期整合对于阻止磨屑颗粒和细胞因子的迁移至关重要,而限制人工关节假体使用寿命的一个主要原因是磨屑颗粒诱导的假体无菌性松动。在本研究中,我们旨在尝试使用107个UHMWPE颗粒快速建立人工关节假体无菌性松动的兔动物模型,以便为进一步探讨假体无菌性松动的机制及防治奠定实验基础。方法:我们用雌性新西兰大白兔建立动物模型,随机均分为实验组和对照组,在两组动物的左侧胫骨髓腔内植入羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)涂层假体。在实验组中,分别于假体表面和膝关节腔内植入0.5×10~7超高分子量聚乙烯(Ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)颗粒。结果:同对照组相比,实验组动物的关节内压力更高、骨组织形态学参数更差、假体生物力学固定强度更低,同时,促炎细胞因子和骨更新标志均显著高于对照组。结论:我们使用很少的UHMWPE颗粒成功快速地建立了人工关节假体无菌性松动的兔动物模型,从而为今后人工关节假体无菌性松动的进一步研究奠定了实验基础。     

运用偏振光观测聚乙烯磨屑颗粒诱导人工关节假体无菌性松动

目的:探讨运用偏振光显微镜来观测无菌性松动人工关节假体周围的聚乙烯颗粒分布,评估其在研究磨屑颗粒诱导假体无菌性松动机制及防治措施等实验研究中的可行性。方法:我们用雌性新西兰大白兔建立动物模型,在左侧胫骨髓腔内植入羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)涂层假体。并分别于假体表面和膝关节腔内植入0.5×107超高分子量聚乙烯(Ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)颗粒。术后行四环素荧光双标记。膝关节滑膜组织苏木精-伊红(hematoxylin-eosin,HE)染色、骨组织改良丽春红染色后分别用普通光镜和偏振光镜观察,未染色的骨组织行荧光显微镜和偏振光镜观察。结果:在聚乙烯颗粒刺激下,膝关节滑膜组织增生明显,骨-假体结合差,假体周围骨小梁稀疏,偏振光显微镜可清晰显示双折光性的聚乙烯颗粒在膝关节分布于滑膜及其深层结缔组织中,在骨-假体间隙间大量充填,阻碍骨-假体整合。结论:运用偏振光显微镜可以清晰而简便地观察滑膜和假体周围的聚乙烯颗粒分布,与传统实验方法相比,更加直观、简便和经济。     

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。     

生物医用材料发展概况

用人工材料部分或全部制造出具有机体功能的人工器官植入人体,已成为当代医学领域中的一个重要方面。一、材料开发促进了人工器官的发展。早在公元前2500年,在中国、埃及墓葬中发现有假鼻、假耳和假牙修复。在1775年已经采用金属在体内固定骨折。最早的人工器官植入是 1809年Maggiolo的黄金种植牙。     

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.     

机能性的人工睾丸

据日本〔人工器官杂志15(1):230～231、1986〕报导:日本群马大学医学部泌尿科与原子力研究所高崎研究所合作研制成机能性人工睾九。这种睾丸假体由7克睾丸脂酮和羟乙基丙烯酸在-78℃低温下用1.5×10~6拉德钴~(60)γ-射线辐射聚合而成。体外试验表明,睾丸假体每天保持恒定释放睾丸脂酮达500天以上。在此基础上,将睾丸假体植入三个病人的阴囊内。其中二例系生殖机能不足,另一例系结核性副睾丸而作两侧睾丸切除后。所有植入人工睾丸的     

镁基骨植入材料的研究现状

镁基材料由于其良好的力学性能、生物相容性及可降解性等特点,在硬组织植入材料领域展现了良好的应用前景。但其降解速度过快一直是阻碍其应用于临床的主要问题。本文对近年来有关镁基骨植入材料的相关报道进行分析和归纳,对镁基骨植入材料的优缺点及研究新进展进行了总结。     

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。