椎弓根螺钉内固定稳定性的生物力学测试

目的胸腰椎骨折采用椎弓根螺钉内固定, 其疗效与螺钉固定的长度、螺钉的植入方向以及骨密度大小诸因素相关, 为此进行生物力学分析, 为临床手术提供依据. 方法采用6具成人新鲜脊柱标本, 应用实验应力分析手段进行测试. 结果长螺钉的应变比短螺钉应变在压缩、前屈、后伸、侧屈分别小16%、41%、56%、41%; 其强度分别提高16%、41%、55%、41%; 其脊柱位移分别小18%、25%、32%、30%; 轴向刚度分别提高18%、25%、32%、30%(P均<0.05). 螺钉平行植入与椎弓根成7°角植入, 后者其拔出力大20%, 拔出位移增加7%, 能量增加18%(P＜0.05). 骨密度对拔出力的影响, 正常组与骨质疏松组相差67%, 相应的相对位移、应变、能量两组平均相差均在16%以上(P＜0.05). 结论手术中应注意椎弓根螺钉固定相关因素, 这对提高手术质量, 减少并发症起着重要作用.

冻干同种异体骨应力适应性的组织形态计量学和分子生物学研究

目的探讨冻干同种异体骨的应力适应性.方法 56只兔双前肢尺骨中段分别进行同种异体皮质骨和松质骨移植,并利用一简易外固定支架造成左侧移植骨承受的正常生理载荷和右侧承受的低载荷,分别在术后2,4,8,16周处死取材,对植骨区标本进行骨形态计量学检查和胶原基因表达的原位杂交分析.结果骨移植后第4,8,16周,正常载荷侧界面间的四环素标记表面和骨矿化沉积率都明显高于低载荷侧.反映移植骨内部新骨爬行替代的参数,包括皮质骨和松质骨内部的标记表面、皮质骨内部的矿化沉积率,到第16周,正常载荷侧都明显高于低载荷侧.原位杂交结果发现,在界面间或移植骨内部的吸收陷窝内,正常载荷侧I型胶原基因表达比低载荷侧更为明显.结论正常生理载荷的刺激有利于早期宿主骨-冻干异体骨界面间的连接和异体骨内部新骨的爬行替代.

股骨髁上骨折四种内固定的生物力学评估

目的对股骨髁上骨折4种内固定方法进行生物力学测试评估,为临床治疗提供较全面、客观的依据.方法取16具新鲜尸体股骨标本,造成股骨髁上骨折模型(AO分类的C1型),分别用股骨髁上逆行交锁髓内钉(GSHN)、动力髁螺钉(DCS)、L形髁钢板(L-CCP)、Ender钉固定,利用实验应力分析和有限元分析方法对股骨髁上骨折和内固定系统的力学性能进行比较研究.结果在轴向应力实验中, GSHN固定优于DCS、L-CCP和Ender钉内固定(P＜0.01);在扭转实验中, GSHN和DCS优于L-CCP和Ender钉(P＜0.01),尤以DCS为佳.结论采用GSHN和DCS内固定生物力学强刚度佳,优于其它内固定方法,值得临床推广应用.

U形接骨板承载能力的实验研究

目的探讨改良型U形接骨板的承载能力.方法通过力学测试,了解U形接骨板的抗弯、抗扭能力,验证理论计算,并与普通接骨板、AO钢板和动力加压接骨板作比较.结果附加一个简单的U形臂,使普通接骨板在矢状面的抗弯承载能力提高22%～37%,抗扭承载能力提高50%～105%,并较同样用途的普通型AO钢板及动力加压接骨板在矢状面上抗弯承载能力提高107.6%及21.5%,抗扭承载能力提高406%及58%;较接触限制型AO钢板(CP-DCP)省材,抗扭承载能力提高31.9%.结论 U形接骨板是一种具有足够强度和较大刚度,结构简单的理想接骨板.

水下爆炸性冲击波实验模型的建立及其应力分布特性的研究

目的建立水下爆炸性冲击波实验模型并分析其应力分布特性.方法根据爆炸性冲击波的理论应力分布特性,建立水下爆炸性冲击波实验模型.将培养的内皮细胞放入特制的无菌薄层塑料袋内模拟细胞致伤模型,用80mg电雷管致伤后观察细胞损伤情况.结果爆炸性冲击波在水中的衰减速度较空气中缓慢,水的深度对冲击波压力峰值有显著影响,对于同一爆源,水越深,压力值越小.不同层数的滤膜覆盖与压力感应呈线性衰减,8层滤膜覆盖致伤时可见内皮细胞有明显的皱缩脱落现象.结论冲击波在不同介质中的传播速度与衰减幅度与介质的密度密切相关;水下冲击波的压力值不仅与爆源的距离有关,而且与水深有关.

脊柱疲劳试验装置的研制与初步应用

目的建立疲劳试验模型,初步观察脊柱内固定器经疲劳试验后刚度变化.方法圆柱状钢质夹具,固定脊柱标本,两侧焊有平衡杆,用于加载的上端夹具底部制做偏心状轴承,在平衡杆上固定弹簧装置模仿脊柱后方骶棘肌.选取10具新鲜脊柱标本截取L1-S2节段,制备L3椎体损伤模型.按临床手术方法分别安装复位固定系统(Reduction Fixtion, RF)和改良Edwards系统(Modified Edwards System, MES).在SANS材料试验机上,以频率0.5Hz载荷(440±165)N对标本进行10000次循环加载.观察初始状态、1500次和10000次循环后两组刚度变化及固定节段下位椎间盘位移变化.结果疲劳前RF和MES组刚度增加,经1500次和10000次循环后RF组仍保持着良好的刚度,MES组刚度减弱,RF组刚度明显高于MES组(P＜0.05);疲劳前后两组固定节段下位椎间盘位移与完整状态相比无明显变化(P＞0.05).结论本实验制作的疲劳模型适用于脊柱内固定器的生物力学测试.

递增负荷连续离心训练及中医方法对骨骼肌生物力学特性的影响

作者对兔胫骨前肌(TA)、伸趾肌(EDL)连续6天和12天递增负荷离心训练同时施以内服中药、外敷中药、内外联合用药三种恢复方法,通过对连续离心训练的作功和力矩以及EDL流变特性观察,发现中医恢复方法对连续离心训练的肌肉疲劳有一定恢复作用,对离心训练造成的肌肉粘弹性降低有明显恢复作用.

受压状态下关节软骨胶原纤维结构的电镜观察

目的观察关节软骨在受压后其胶原纤维结构的形态学变化.方法对12件人股骨头软骨标本进行分组加载,扫描电镜观察胶原纤维结构.结果受压后,胶原纤维弯曲,随压力增大而加重,甚至断裂.结论异常高应力负荷可使关节软骨胶原纤维损伤甚至断裂.

糖尿病大鼠腹主动脉零应力状态

目的通过腹主动脉零应力状态的研究,探讨糖尿病、高血压大鼠血管力学特性重建的规律.方法用链脲佐菌素(STZ)分别诱导SD和自发性高血压大鼠(SHR),建立伴有高血压的糖尿病(SHRDM)和不伴有高血压的糖尿病(SDDM)动物模型,利用生物显微镜和图像分析系统对其腹主动脉张开角进行观测.结果 (1) SD组大鼠主动脉张开角在病程1周到4周加大,其后缓慢减小,8周后趋于平稳.(2) SDDM组大鼠主动脉张开角1～4周急剧升高,4～8周急剧降低,16周后又急剧升高.8周、16周时SDDM小于SD(P＜0.05),4周和24周时SDDM大于SD(P＜0.01).(3) SHR张开角的变化趋势恰与SDDM相反,且在1周、8周、16周时大于SD(P＜0.01),而4周时又小于SD(P＜0.01).(4) SHRDM张开角的变化与SDDM趋势相似,但4周时小于SDDM(P＜0.01),8、16周时大于SDDM(P＜0.05).结论糖尿病、高血压大鼠主动脉壁零应力状态异常,在病程早期两者的变化趋势相反,提示高血压和糖尿病大血管壁均存在明显的不均匀生长,但是不均匀性生长的方式不同.

补肾益精方对卵巢切除后骨质疏松大鼠皮质骨截面几何结构、骨密度和生物力学性能的影响

目的评价补肾益精方提高绝经后骨质疏松症大鼠模型皮质骨质量的有效性;探讨其改善皮质骨力学性能的作用机制.方法 Wistar雌性大鼠40只随机分为A组(正常对照组,双侧卵巢假切除术)、B组(模型对照组,双侧卵巢切除术)、C组(补肾益精方组,双侧卵巢切除术+补肾益精方),D组(倍美力组,双侧卵巢切除术+倍美力).给药组的给药时点是双侧卵巢切除术后90天,处死时点是卵巢切除术/假切除术后180天.处死后,测定各组大鼠左股骨中段的截面宏观几何结构参数、骨矿密度与右股骨三点弯曲的结构力学参数、材料力学参数.结果截面宏观几何结构参数显示,B组与A组比较,骨髓腔显著扩大(P＜0.05),骨皮质显著变薄(P＜0.05);C组、D组与B组比较,骨髓腔都没有明显缩小,但骨皮质均明显变厚(P＜0.05).B组的骨密度与A组比较,没有明显下降;C组也无明显上升.B组的结构力学和材料力学参数与A组比较,均显著下降(P＜0.05);C组、D组与B组比较,C组的结构硬度与弹性模量显著上升(P＜0.05),D组上升不显著,两组其余的力学参数都显著上升(P＜0.05).结论补肾益精方可以提高双侧卵巢切除后骨质疏松症大鼠皮质骨的骨质量.其作用机制是修饰皮质骨截面的宏观几何结构;而与倍美力不同的是通过不显著增加皮质骨骨密度的方式上调皮质骨的结构硬度与弹性模量.

膨胀式带锁加压钉治疗股骨颈骨折的生物力学研究

目的探讨采用膨胀式带锁加压钉治疗股骨颈骨折的生物力学性能,为临床应用提供科学依据.方法采集8具新鲜成人尸体股骨标本,造成股骨颈骨折后,分别以膨胀式带锁加压钉(HZS)、单枚双头加压螺钉(OCS)、双头加压子母螺钉(TCS)和三枚空心加压螺钉(TECS)在解剖复位后作内固定.通过生物力学测试,对四种内固定器的生物力学性能作比较分析.结果采用HZS固定股骨颈骨折,不仅使股骨颈在抗压、抗弯、抗剪和抗扭等生物力学性能上特别优越,而且使骨折断端嵌插紧密,有利于骨折愈合.结论膨胀式带锁加压钉内固定不但符合生物力学原理,而且比其它内固定更优越,是一种理想的新型内固定器械.

口腔修复生物力学中三维有限元法应用的研究进展及展望

自20世纪60年代以来,随着计算机技术的进步,有限元分析法已逐步发展成为工程中广泛应用的方法.有限元法也是生物力学研究中的重要手段之一.它可对复杂几何形状物体建模,求得整体和局部的应力和位移值及其分布规律,并可根据需要改变受载与边界条件等力学参数,在维持原模型几何形状不变的情况下,可方便地对其应力大小和分布的变化进行对比分析.这种方法高效、精确、低成本,已成为结构优化设计、材料非线性和几何非线性分析的一种实用、有效、方便的应力分析方法.本文就口腔修复生物力学中有限元方法的应用研究现状进行了回顾,并就其今后的发展趋势作一分析.

告读者

生物学制品简介

不同插值算法应用于骨科三维造型的适应性研究

作者基于CT图像处理后,对处理结果采用数学中常用的插值算法进行轮廓曲线的逼近分析,分别对拉格郎日插值、牛顿多项式插值、埃尔米特插值、样条函数插值等多种插值方式应用于骨科三维造型中的优缺点,从算法本身到算法对于医学要求的适用程度进行了比较,较为全面地阐述了设计人员在骨科三维造型中使用插值算法会碰到的一系列问题.