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...     

后交叉韧带断裂对外侧半月板生物力学的影响

目的:探讨后交叉韧带(Posterior cruciate ligament,PCL)损伤后对外侧半月板各部位生物力学特性的影响,为PCL断裂后外侧半月板损伤的防治避免骨性关节炎提供力学理论依据.方法:自愿捐献新鲜成年男性正常膝关节标本共10具,年龄21～36岁,平均32.3岁,为非对称性,左、右膝关节各5具.置于自制运动夹具上并通过电子试验机连续轴向加载0～800N负荷模拟膝关节的受力,采用压力感受器分别测定PCL完整组及PCL断裂组外侧半月板前角体部和后角于屈膝0、30、60及90°时应变值.结果:膝关节0°位,在PCL完整时,前角、体部和后角的应变均为负值,为压应变,当PCL完全切断时,前角、体部应变在各种载荷下较完整时均出现负向减小,而后角的应变却出现负向增大.膝关节30°、60°、90°位,PCL完整时前角、体部的应变为正值,是拉应变,且随载荷和角度的增大而增大,后角的应变是负值,为压应变,且随载荷和角度的增大而负向增大,PCL断裂组应变值明显大于完整组.不同角度不同载荷下两组差异均有统计学意义(P＜0.05).结论:PCL断裂会对外侧半月板产生显著的生物力学影响,这也为伤后避免膝关节屈曲负重和早期重建PCL保护半月板功能避免骨性关节炎提供了力学理论依据.     

骨再生的力学生物学问题

生物力学主要探讨力学刺激与细胞的形态、结构和功能之间的关系。骨组织改变其形态和结构以适应力学刺激,表现为骨的适应性重建。骨的生长是骨塑形和骨重建两个过程协同作用的结果,以调整骨的形状、大小和组成,适应其所处的力学环境。骨组织工程的目的就是修复骨组织的正常生物力学功能。近年来,骨组织工程的研究主要集中于模拟骨生长的在体生理条件,从而刺激细胞形成有功能的骨组织。生物反应器能够模拟体内生理状态,为种子细胞在生物支架材料上生长提供一个适宜的力学环境。     

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.     

太行山猕猴跗骨形态与两性分化

观察太行山猕猴跗骨形态结构,并初步探讨其两性分化的模式。根据猕猴齿式及骨垢愈合程度选择成年太行山猕猴跗骨标本52例(雄性15例,雌性37例)。选择4块跗骨(舟骨、骰骨和2块楔骨)的5个形态变量进行观察。数据分析采用SPSS 20.0统计软件,组间差异检验采用单因素方差分析。猕猴跗骨5个变量的两侧差异性检验无统计学意义(P>0.05)。跗骨性别之间差异有统计学意义(P<0.05),均为雄性大于雌性;第3楔骨的前关节间宽性差最大(F=85.719,P<0.001);其次是舟骨的前关节宽(F=54.213,P<0.001)和第1楔骨的前关节间长(F=51.865,P<0.001)。猕猴足骨与其他灵长类相比差异具有统计学意义。猕猴跗骨与人类跗骨形状和数量不同,存在着物种、生活习性和运动类型等差异,研究猕猴跗骨的形态结构和性差对生物进化和种间比较有重要意义。     

针刀干预对膝骨关节炎兔髌韧带拉伸、蠕变及应力松弛等生物力学特性的影响

针刀干预对髌韧带生物力学特性可以产生一定的影响,故针刀对膝骨关节炎具有一定的治疗作用.本研究采用左后肢伸直位固定制动法造成膝骨关节炎模型兔(Leporidae),并应用针刀进行治疗,治疗结束后,通过对膝关节髌韧带进行应力松弛、蠕变及拉伸等力学测试,研究针刀干预对髌韧带生物力学的影响.结果显示,针刀干预可以明显改善髌韧带的生物力学特性,激发髌韧带的拉伸、蠕变、应力松弛特性的恢复,维护膝关节的平衡与稳定.     

双层滑动型接骨板的生物力不分析与临床应用

临床实践证明双层滑动型接骨板治疗四肢长骨骨折是疗效较好的内固定方法。本文从生物力学角度对24具湿润新鲜尸体股骨进行力学试验。测定了骨折固定部位的应力、应变、位移的分布，证明了这种固定方法是符合生物力学原理的，从载荷、应力、位移等一系列曲线表明它的松动、移位，钉板断裂很少发生，它能促进新骨生长和加速骨折愈合。     

Flexcell系统加载周期性张应变对不同细胞增殖凋亡活性的影响

力学刺激参与调节体内细胞多种生命活动,如增殖、凋亡、分化等。其中周期性张应变作为机体最常见的一种受力模式,广泛存在于骨关节运动系统,心血管系统,呼吸系统等。然而体内力学环境十分复杂,影响因素颇多,给类似的生物力学相关基础研究带来了诸多不便。Flexcell作为一种新型的体外培养细胞的力学加载装置,可将复杂的体内力学刺激简化模拟出来,提供包括周期性张应变等多种力学刺激加载方式,这对生物力学的研究是一个极大的促进。多项研究已发现Flexcell装置提供的周期性张应变加载可引起受力细胞的增殖和凋亡活性改变,这种改变出现的程度与时机却颇有争议,类似的研究也可能出现相反的结论,这与体外受力细胞的自身类型状态,Flexcell系统下所设定的周期性张应变施力参数(周期性张应变大小,作用时间,作用频率,力学波形)均有关联。本文就Flexcell系统下加载周期性张应变对不同细胞增殖和凋亡活动的影响做一综述。理解这些特性,将对因病理力学刺激下增殖凋亡平衡发生紊乱而导致的相关疾病的预防与治疗有着重要的指导意义。     

锁定钢板、交叉金属螺钉和可吸收螺钉固定治疗跟骨关节内骨折的生物力学比较

锁定钢板与经皮交叉螺钉(金属/可吸收螺钉)均可用于跟骨关节内骨折的临床治疗,但对三者间的生物力学稳定性差异目前尚缺乏了解.本研究拟对此进行分析,通过对一例尸体跟骨标本进行断层扫描,建立完整跟骨与典型SanderⅢ型跟骨骨折的三维有限元模型,对骨折模型分别模拟采用锁定钢板、交叉金属螺钉以及交叉可吸收螺钉固定,经距下关节对跟骨施加垂直向下载荷模拟跟骨的受力状况.有限元模型通过相同来源的跟骨标本进行验证.研究结果显示,完整跟骨的结构刚度高于骨折模型.3种骨折模型中,钢板固定刚度最高,但应力也高于两种螺钉固定模型.钢板固定模型的骨折端位移与金属螺钉固定模型相当,但小于可吸收螺钉固定模型.研究认为,锁定钢板和交叉螺钉均可用于跟骨关节内骨折的治疗,但金属螺钉固定可作为首选方案,因为其具有足够的生物力学稳定性,同时应力遮挡效应较小.     

天鹅记忆接骨器治疗骨折与骨不连动态记忆生物力学电测分析

目的：为临床使用天鹅记忆接骨器（SMC）提供科学的依据,并为进一步研究SMC动态记忆生物力学行为肱骨内部应力场奠定基础。方法：通过贴片,标定,得到SMC的载荷－应变曲线,然后根据SMC固定新鲜人体肱骨的应变值,计算SMC的动态记忆持骨力值。结果：SMC的鹅颈加压部,鹅体接骨板部,鹅翼持骨部三部相互协调,记忆持骨,其动态记忆持骨的生物学力值为110．35N,结论：SMC具有良好的耐疲劳重复使用性,其产生的动态记忆持骨力为术后早期功能锻炼提供了保证。     

过盈植入对种植体-骨界面应力分布影响的三维有限元分析

目的:应用三维有限元分析法研究牙种植体过盈植入对种植体-骨界面接触压力的影响.方法:选择直径为3.3mm的ITI种植体和成人离体下颌骨,模拟种植体植入下颌骨内,过盈量为0.5mm,建立三维有限元模型,应用ANSYS软件分析种植体-骨界面的应力分布情况.结果:种植体周围骨最大应力为48.796 MPa,应力分布均匀.种植体所受应力主要集中于颈部,最大应力值为87.832 MPa.结论:过盈量为0.5mm时,种植体-骨界面所产生的应力值在骨组织所能承受的最大应力值范围内,种植体所受到的应力值远远小于钛的屈服强度,从生物力学角度,周围骨所受应力在骨组织能够承受范围,种植体也不会断裂,过盈联结在临床种植时有其可行性.     

角膜生物力学的测量及临床应用进展

摘要：角膜是重要的屈光间质,约占眼光学系统总屈光力的70％;因其特殊的生理结构,可表现出复杂的生物力学性质。随着近年来科学技术的进步,用于测量角膜生物力学的方法也在不断更新,获得的生物力学参数也更加精确。越来越多的国内外研究团队将对角膜生物力学的研究同临床相结合,发现当角膜形态发生变化时,其生物力学参数也会发生相应的改变。因此,可以通过对患者角膜生物力学的测量来判断病变的发展程度,也可以根据所测得的力学参数来进行手术设计,甚至可以初判患者的愈后情况。但在角膜生物力学方面的研究仍缺乏深度,对其与部分临床疾病的联系仍缺乏充分的认知,仍需探讨如何将角膜生物力学检查更好地服务于临床。本文将对角膜生物力学的离体、活体测量方法及其目前在圆锥角膜、青光眼、翼状胬肉、屈光不正及屈光不正的矫正等临床方面的应用研究作一综述。     

运动和机械载荷通过骨形态发生蛋白对骨代谢的影响

骨代谢贯穿于生命的始终,由成骨细胞介导的骨形成和破骨细胞介导的骨吸收无时无刻不在发生,构成了骨代谢的主要环节。在骨组织的众多生长因子中,骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)是骨生长的诱导因子,其骨诱导能力也最强。通过查阅国内外文献后,该文主要从在体运动干预和离体机械载荷两方面,详细地阐述了运动和机械载荷通过作用于BMP影响骨代谢的状况,发现运动可以增强BMP的表达,促进骨形成,改善骨代谢。同时,也强调了运动和BMP对骨代谢影响的关系,发现有效的成骨分化高度依赖生长因子信号和机械载荷刺激。BMP在将机械载荷转换为生物化学效应的信号通路中起着重要的调节作用。     

泼尼松灌胃与肌内注射对大鼠骨密度、骨生物力学性能及骨代谢的影响

目的观察泼尼松灌胃与肌内注射两种不同给药方法对大鼠骨密度、骨生物力学及骨代谢的影响。方法将45只SPF级雄性SD大鼠随机分为3组（正常组15只、灌胃组15只、肌内注射组15只）,其中正常组大鼠作为阴性对照,予0.9%生理盐水灌胃2 m L/d;灌胃组大鼠给予泼尼松0.5 mg/（kg·d）灌胃;肌内注射组大鼠给予泼尼松0.5 mg/（kg·d）;12周后测定离体的大鼠椎体骨密度及血清β-CTX、PINP水平变化,采用三点弯曲试验测量股骨皮质骨最大载荷、弹性载荷、断裂载荷等生物力学指标。结果与正常组相比,灌胃组及肌内注射组大鼠椎骨骨密度值均显著性降低（P〈0.05）;与灌胃组相比,肌内注射组大鼠椎骨骨密度显著下降（P〈0.05）;与正常组相比,灌胃组及肌内注射组大鼠股骨的弹性载荷、最大载荷、断裂载荷均显著降低（P〈0.05）,肌内注射组与灌胃组大鼠的弹性载荷、最大载荷、断裂载荷相比差异无显著性（P〉0.05）。与正常组相比,灌胃组及肌内注射组大鼠中血清β-CTX水平均显著升高（P〈0.05）而PINP水平均显著降低（P〈0.05）,与灌胃组相比,肌内注射组大鼠血清β-CTX水平显著升高（P〈0.05）而PINP水平显著降低（P〈0.05）。骨组织切片HE染色显示：肌内注射组大鼠的骨小梁明显纤细疏松,造血组织明显减少,脂肪组织明显增多。结论泼尼松对大鼠的骨密度、骨生物力学及骨代谢指标都有影响,而肌内注射泼尼松比口服对骨密度、骨强度、骨代谢的影响更大,更易造成骨质疏松症。因此,建议临床使用泼尼松时选择口服作为给药方式更安全。     

记第二届中日美生物力学学术会议

1987年9月29日至10月2日在日本大阪召开了第二届中日美生物力学学术会议(中方主席为成都科技大学康振黄教授)。会议代表共60余名(列席代表不计)。中国代表15人,包括理工医各界和中国科学院等单位。美国代表15人;日本代表20余人。大会的目的是检阅四年来生物力学的进展,来自不同国家和不同研究领域的学者们交流心得和成果,促进生物力学的发展。大会共录取了82篇学术论文,其中,中国30篇,美国17篇,日本26篇,英国2篇,法国、土耳其、瑞士等国各一篇。论文涉及的范围很广,包括新的研究方法,波的传播,骨骼、关节、韧带力学,物质和热的传输,肺和呼吸力学,脉搏和波,心瓣和血流动力学,血液流变学,心血管力学,矫形和人工骨,适     

髋骨术后仿真生物力学分析与临床研究

目的:探讨坐耻骨肿瘤切除术后髋骨生物力学变化及其与恢复期并发症产生的关系,指导术后骨盆重建.方法:构建单侧完整髋骨及坐耻骨肿瘤切除术后髋骨有限元模型,在相同约束和负载条件下,计算髋骨相同部位位移、应力及应变值,比较与分析模拟手术前后力学变化,结合临床评价意义.结果:手术前后髋骨节点位移、应力及应变分布区域相似,手术前后骶髂关节节点位移及应变、髋臼顶节点应力及应变有显著性差异;手术前后骶髂关节节点应力、坐骨大切迹应力及应变无显著性差异.结论:坐耻骨肿瘤切除术后主要影响同侧骶髂关节、髋臼顶的生物力学状态,恢复期并发症发生的原因由骶髂关节、髋臼顶生物力学改变及耻骨联合与耻骨上支连接与稳定作用的消失所致,三者相互作用,相互影响.     

分子动力学模拟与分子生物力学

生物大分子的微观结构动力学决定其生物学功能,其力学-化学耦合规律是分子生物力学的重点关注方向。分子动力学模拟是耦合生物大分子力学-化学性质微观结构动力学基础的有效手段,其结果可用于预测结构-功能关系、指导实验设计和诠释实验结果。本文简要介绍了分子动力学模拟的方法学特点、基本工作原理及其在分子生物力学中的应用,并展望了未来可能的发展方向和应用前景。     

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。     

前交叉韧带不同断裂程度对髌骨内外侧关节面的生物力学影响

目的:探讨前交叉韧带(ACL)完全断裂和部分断裂对髌骨内外侧关节面生物力学的影响.方法:10例新鲜正常成人膝关节标本作为ACL完整组,在200N轴向载荷下,测试膝关节0°、30°、60°、90°髌骨内外侧关节面应变,测试完毕后随机将标本造模成前内侧束(AMB)切断组和后外侧束(PLB)切断组,各5例,在上述条件下测试,再将ACL中下1/3全切作为全切组进行测试.结果:膝伸直0°位各组应变无显著性差异(P＞0.05),膝屈曲30°、60°、90°各组间均有显著性差异(P＜0.05),其应变变化趋势为ACL完整组＞PLB切断组＞AMB切断组＞全切组.且髌骨内侧面应变小于髌骨外侧面应变(P＜0.05).结论:ACL完全断裂,在不同栽荷和角度下,对髌骨内外侧关节面的应变均有影响.ACL部分断裂在膝关节屈曲30°、60°、90°位可引起髌骨内外侧生物力学改变.ACL完全断裂,髌骨外侧应变高于髌骨内侧应变,其意义尚需进一步探讨.     

静态单轴拉伸应变刺激对细胞有丝分裂方向的影响

力学刺激对细胞发育具有重要意义,它如何对细胞分化及组织形态的发生产生影响是一个尚未完全阐明的问题.细胞的有丝分裂过程与细胞增殖、分化以及胚胎发育、组织器官形态形成和损伤组织的修复再生等特性密切相关,例如,细胞的有丝分裂方向就是影响细胞极性分化,乃至组织形态发生的因素之一.那么,力学刺激是否通过改变细胞有丝分裂方向从而影响细胞的分裂分化呢?以小鼠成骨细胞系MC3T3为模型,探讨了静态单轴拉伸应变刺激对细胞形态、应力纤维排布方向和有丝分裂方向的影响.结果显示,在4%及8%静态单轴拉伸应变条件下,48 h之内细胞形态发生明显变化,细胞呈梭状,长轴沿应变方向排列,细胞骨架微丝呈束状平行排列,方向与应变方向相关.统计学分析表明,4%应变刺激48 h后、8%应变6 h后、8%应变12 b后、8%应变24 h后,及8%应变48 h后,分别有49%,43%,54%,54%,和62%的细胞应力纤维排列方向与单轴拉伸应变方向的夹角在300以内,以及50%,48%,56%,53%和62%的细胞有丝分裂方向与单轴应变方向夹角在300以内.统计学分析表明,细胞形态、应力纤维排布及有丝分裂方向与拉伸方向相关,且应力纤维排列方向和有丝分裂方向之间呈现高的相关性,这种相关性在拉伸刺激48 h后表现很明显,由此推测,存在力学刺激影响细胞形态及细胞应力纤维排布方向,控制有丝分裂方向的机制.