生长板材料属性对6岁儿童乘员膝关节损伤影响分析

目的构建较高仿真度的6岁儿童乘员下肢有限元模型,验证6岁儿童乘员膝关节的有效性;分析在前碰撞载荷下生长板对儿童膝关节的生物力学响应及损伤机制。方法基于儿童生理结构及CT影像构建包含生长板的6岁儿童乘员下肢有限元模型,赋予相应的材料属性;参照Kerrigan等及Haut等的生物力学实验,验证模型的有效性,分析不同生长板材料属性对膝关节损伤的影响。结果通过模型仿真实验与生物力学实验曲线对比验证了模型的有效性;在膝关节区域,生长板的存在可以改变儿童乘员下肢骨折的损伤模式;不同生长板的材料属性,可以影响股骨轴向损伤力的阈值及达到损伤阈值而发生骨折的相对位置。结论所建模型得到有效验证,可用于6儿童乘员膝关节损伤生物力学响应及损伤机制的相关研究及应用。     

膝关节后外侧结构生物力学的有限元分析

背景：有限元分析作为一种数值分析手段,适用于三维人体结构力学模型的生物力学分析。 目的：采用有限元分析膝关节后外侧结构主要韧带(外侧副韧带、腘肌腱和腘腓韧带)的生物力学特点。 方法：建立人膝关节包括后外侧结构的三维有限元模型,在模型上施加胫骨的前后向力、内外翻力矩、内外旋力矩,观察膝关节后外侧韧带在完整和缺失时的应力响应。 结果与结论：膝关节后外侧结构对限制膝关节的内翻、外旋和胫骨后移有重要作用,而对限制胫骨前移、外翻和内旋的作用并不明显。膝关节后外侧结构损伤对膝关节的稳定性有明显影响。在膝关节后外侧结构中起主要作用的是外侧副韧带,其次是腘肌腱,而腘腓韧带在后外侧结构中起辅助作用。     

自动紧急制动对公交车内儿童乘员颅脑损伤影响

目的 研究自动紧急制动(autonomous emergency braking,AEB)对公交车内儿童乘员的颅脑损伤影响。 方法 使用 Prescan 软件搭建公交车 AEB 测试场景,通过仿真得到 60 km/ h 初速度下公交车 AEB 制动工况下的减速度曲线。 基于已经验证的公交车模型和具有详细解剖学头部结构的 6 岁儿童混合有限元模型,选取车内儿童乘员典型的 4 个乘坐位置,使用 LS-DYNA 软件对公交车有、无 AEB 制动工况下儿童乘员头部损伤进行仿真。 以儿童乘员头部损伤指标 HIC15 、大脑灰质处压力、脑组织 von Mises 应力及剪切应力等生物力学响应为损伤评价指标,对儿童乘员的颅脑损伤进行分析。 结果 各组仿真试验中,位置 1 和 2 前方设置挡板时,儿童乘员大脑灰质处压力超过其损伤阈值,其余各位置儿童乘员的各项损伤指标均远小于对应的损伤阈值。 结论 AEB 能有效降低公交车内儿童乘员头部碰撞损伤,公交车内位置 3 处的儿童容易发生碰撞损伤风险,位置 1、2 处设置广告牌挡板会增加儿童乘员的颅脑损伤风险。     

股骨外侧髁压迹的研究进展

股骨外侧髁压迹是股骨外侧髁关节面中部的一个浅的凹槽,又称为股骨外侧髁髌骨沟,正常位于胫股关节面和髌股关节面两个弧形关节面相交处。在急性前交叉韧带损伤或慢性膝关节旋转不稳定的患者中,股骨外侧髁压迹表现为异常的加深,在膝关节X线平片以及磁共振图像上有时候可以清楚地观察到这个典型的影像学特征。磁共振图像还可以敏感地显示隐匿性关节软骨或软骨下骨挫伤。异常加深的股骨外侧髁压迹是前交叉韧带损伤及外侧半月板损伤的一个可靠的间接证据。     

肥胖对乘员碰撞损伤影响机制的研究进展

现有汽车安全设计和法规主要是基于标准体型的50百分位人群,在肥胖人群不断增长的趋势下,研究肥胖乘员的碰撞损伤和防护越来越重要。现有研究中多采用事故统计分析、尸体实验、多刚体模型和有限元模型等方法 探讨肥胖乘员的损伤机制,肥胖对乘员的碰撞损伤主要有泡沫效应假说、躯干几何形状变化假说和质量效应假说等多种提法,可见肥胖乘员的损伤机制尚不明确。在全面总结肥胖乘员的碰撞损伤机制基础上,阐述当前肥胖乘员碰撞损伤研究所面临的问题及未来研究的发展方向。     

一种新型膝关节假体在步态过程中接触应力的有限元仿真

目的对一种使用新方法设计的新型人工膝关节假体进行有限元模拟分析,研究改变关节假体外髁关节面的扭转角度对改善人工膝关节假体力学环境的影响。方法依据志愿者提供的膝关节CT测量数据,建立3个膝关节假体模型,内侧股骨髁在冠状面保持圆曲线,外侧股骨髁根据冠状面轮廓曲线的扭转角度不同,分为0°、10°、20°(分别命名为模型1、2、3)。将假体模型导入有限元软件,输入自然人体膝关节的运动步态信息为加载工况,模拟步态过程中膝关节假体的运动状态,并将通过模拟得到的髁间应力同使用接触力学理论公式得到的应力计算结果进行对比。结果 3组模型的最大应力出现在步态13%处,此时关节轴向力最大(2.6 kN)。模型1内、外髁最大应力分别为35.5、30.6 MPa,模型2内、外髁最大应力分别为38.4、32.6 MPa,模型3内、外髁最大应力分别为38.3、43.1 MPa。模型2、3的应力曲线相比模型1变化较为平缓。模拟得到的应力曲线与理论计算曲线的趋势相同,但个别步态时刻处有差异。结论通过增大人工膝关节假体外髁曲面的扭转角度可以改善膝关节力学环境,经过改进的膝关节假体在步态过程中对胫骨衬垫的应力突变减少,可以延长假体的使用寿命。     

垂直振动和摇摆振动在人体下肢传递的研究

目的 研究在膝关节锁定、膝关节固定角度以及膝关节自然状态的站立条件下相同振动频率不同形式的振动在人体下肢内的传递情况.方法 以摇摆振动和垂直振动作为激励施加与受试者足底,进行三种站立条件下人体跟骨、外踝、胫骨外髁以及股骨外侧髁等处的振动测试,并运用转子动力学全相位能量补偿法进行人体下肢的振动传递分析,得到了摇摆振动和垂直振动过程中,三种不同的站立条件下人体跟骨、外踝、胫骨外髁以及股骨外侧髁等处的振动传递及振动加速度的分布.结果 在相同频率条件下,与摇摆振动激励方式相比,垂直振动激励下人体下肢标记点加速度明显减小,振动传递比较大;对同一个受试者垂,直振动在人体下肢的传递要比摇摆振动的传递稳定.此结果对于深入了解全身振动对人体骨骼及肌肉的锻炼及骨科疾病的防护有一定的借鉴作用.     

面部碰撞对行人创伤性脑损伤影响的生物力学研究

为预测和评判行人面部碰撞对创伤性脑损伤机理及生物力学响应,结合计算机断层扫描（CT）和磁共振（MRI）医学成像技术,建立符合中国人体特征的50百分位头颈部几何模型和有限元模型。有限元模型中颅骨与脑之间的相对运动采用切向滑动边界条件,摩擦系数定义为0.2,模拟鼻骨斜碰撞、鼻外侧软骨正面碰撞、牙齿正面碰撞、下颌骨碰撞和颧骨外侧斜碰撞等5种典型面部碰撞交通事故场景,探讨应力波在颅骨和脑内传播路径,得到颅内压力、von Mises等效应力和剪切应力等生物力学响应参数分布规律。结果显示,鼻骨斜碰撞颅内压力峰值为236.7 kPa,von Mises应力为25.97 kPa,超过了大脑耐受阈值;颧骨外侧斜碰撞最大横向剪切应力分别为14.56 kPa和-18.07 kPa,促使脑组织产生了较大的剪切变形,存在严重脑损伤风险。结论表明：面部碰撞的位置和方向是导致面部骨折严重程度的关键因素,面骨骨折的位置决定创伤性脑损伤的部位,面骨骨折都带有一定程度的创伤性脑损伤;头部受到冲击时,面部结构能够吸收大量的冲击能量来保护大脑,降低颅脑损伤的风险。     

女性骨盆三维有限元模型构建及其侧面碰撞分析

乘员骨盆损伤在车辆侧面碰撞中非常常见,研究骨盆在侧碰中的损伤机理,有助于优化汽车保护装置,提高乘员的安全性.本研究根据CT图片提取相关数据,利用逆向工程软件生成骨盆几何模型,用有限元前处理软件划分网格,构建一个中国50百分位女性骨盆的三维有限元模型,并用Guillemot尸体实验结果验证了模型的有效性.然后用该模型进行侧碰仿真模拟,研究骨盆在侧面碰撞中的响应及密质骨厚度对骨盆刚性的影响.结果表明,女性骨盆在侧面碰撞中发生骨折的临界撞击力为3.00kN;密质骨厚度不同,骨盆受到载荷时的响应也不同,密质骨厚度为l mm时,前下髂骨脊位移为9.75 mm,密质骨厚度为2 mm时,前下髂骨脊位移为5.35 mm.表明密质骨厚度越薄,骨盆刚性越低.     

膝关节前外侧韧带的研究进展

目的 总结膝关节前外侧韧带的研究进展。方法 在中国知网、万方数据、中国生物医学文献数据库和PubMed数据库,分别以“膝关节”“前外侧韧带”“前外侧关节囊”“Segond骨折”为关键词,检索1980年1月—2015年10月与膝关节前外侧韧带的解剖学、组织学、生物力学及其损伤的临床诊断和外科治疗有关的文献进行分析总结。结果 前外侧韧带近端起源于股骨外侧髁腘肌腱止点附近,远端止于Gerdy结节外侧,经组织学研究显示前外侧韧带符合韧带组织的特征。前外侧韧带对维持膝关节内旋稳定有重要作用。前外侧韧带损伤应该早期诊断、早期治疗。其诊断不仅依靠影像学检查,还要结合临床查体;手术方式一般为关节外肌腱固定。结论 前外侧韧带是与Segond骨折相关的韧带结构,有助于维持膝关节内旋稳定性。目前对其损伤后的手术治疗方式尚无统一定论,有待进一步深入研究。     

An optimized medial parapatellar approach to the goat medial femoral condyle

Goats or sheep are the preferred animal model for the preclinical evaluation of cartilage repair techniques due to the similarity of the goat stifle joint to the human knee. The medial femoral condyle of the stifle joint is the preferred site for the assessment of articular cartilage repair, as this is the primary location for this type of lesion in the human knee. Proper surgical exposure of the medial femoral condyle is paramount to obtain reproducible results without surgical error. When applying the standard human medial arthrotomy technique on the goat stifle joint, there are some key aspects to consider in order to prevent destabilization of the extensor apparatus and subsequent postoperative patellar dislocations with associated animal discomfort. This paper describes a modified surgical technique to approach the medial femoral condyle of the caprine stifle joint. The modified technique led to satisfactory exposure without postoperative incidence of patellar luxations and no long‐term adverse effects on the joint.     

Rapid X-Ray-Based 3-D Finite Element Modeling of Medial Knee Joint Cartilage Biomechanics During Walking

Finite element (FE) modeling is becoming an increasingly popular method for analyzing knee joint mechanics and biomechanical mechanisms leading to osteoarthritis (OA). The most common and widely available imaging method for knee OA diagnostics is planar X-ray imaging, while more sophisticated imaging methods, e.g., magnetic resonance imaging (MRI) and computed tomography (CT), are seldom used. Hence, the capability to produce accurate biomechanical knee joint models directly from X-ray imaging would bring FE modeling closer to clinical use. Here, we extend our atlas-based framework by generating FE knee models from X-ray images (N = 28). Based on measured anatomical landmarks from X-ray and MRI, knee joint templates were selected from the atlas library. The cartilage stresses and strains of the X-ray-based model were then compared with the MRI-based model during the stance phase of the gait. The biomechanical responses were statistically not different between MRI- vs. X-ray-based models when the template obtained from X-ray imaging was the same as the MRI template. However, if this was not the case, the peak values of biomechanical responses were statistically different between X-ray and MRI models. The developed X-ray-based framework may pave the way for a clinically feasible approach for knee joint FE modeling.

     

膝关节剥脱性骨软骨炎MRI诊断

目的 总结膝关节剥脱性骨软骨炎的MRI影像特点,为临床早期诊断提供参考。方法 回顾性分析2012年6月~2017年5月在我院接受MRI检查并经过临床及关节镜证实的17例膝关节剥脱性骨软骨炎患者的MRI影像资料。结果 17例患者中发生于膝关节股骨内侧髁9例,股骨外侧髁3例,胫骨内侧髁3例,髌骨2例,关节腔内游离骨块8例;17例患者均有不同程度膝关节积液。结论 采用合理的MR检查序列,膝关节剥脱性骨软骨炎的MRI表现有明显特征性,为首选检查。     

股骨髁部复杂骨折内固定后膝关节功能受限的多元逐步回归分析

背景：股骨髁部复杂骨折内固定治疗后常出现膝关节功能受限,但对其发生机制及影响因素也各说不一。 目的：筛选分析股骨髁部复杂骨折内固定后膝关节功能受限的相关因素。 方法：回顾性总结121例股骨髁部复杂骨折患治疗后6及12个月回访信息,依Merchan标准评价患者膝关节功能恢复程度。对患者的性别、年龄、致伤原因、合并伤情况、皮肤软组织损伤情况、骨折类型、固定方式、手术时机、内固定后石膏固定情况、切口愈合情况、骨愈合情况及功能锻炼情况等12项因素进行多元逐步回归分析。总结出影响因素。 结果与结论：以内固定后是否发生膝关节功能受限作为因变量Y,将上述单因素分析中有统计学意义的因素作为自变量X,选择多元逐步回归分析统计方法进行多因素分析,结果表明患者的性别(X1)、是否合并伤(X3)和软组织损伤情况(X4)及手术时机(X6)共4个因素不能引入模型,说明上述4个因素与内固定后是否发生膝关节功能受限无显著相关。其他8个因素则进入多因素分析模型,表明患者内固定前致伤原因(X2)、内固定前骨折类型(X5)、内固定方式的选择(X7)和植骨与否(X8)、内固定后石膏固定与否(X9)、内固定后膝关节功能锻炼与否(X10)及伤口愈合情况(X11)、骨愈合程度(X12)等8个危险因素与股骨髁部复杂骨折内固定后膝关节功能受限有较密切的关系。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程全文链接：     

Predicting the effects of knee focal articular surface injury with a patient-specific finite element model

Successful focal articular surface injury (FAI) repair depends on appropriate matching of the geometrical/material properties of the repaired site, and on the overall dynamic response of the knee to in-vivo loading. There is evidence linking the pathogenesis of lesion progression (e.g. osteoarthritis) to weightbearing site and defect size. The paper investigates further this link by studying the effects of osteochondral defect size on the load distribution at the human knee. Experimental data from cadaver knees (n = 8) loaded at 30° of flexion was used as input to a validated finite element (FE) model. Contact pressure was assessed for the intact knees and over a range of circular osteochondral defects (5 mm to 20 mm) at 30° of flexion with 700 N axial load. Patient specific FE models and the specific boundary conditions of the experimental set-up were used to analyze the osteochondral defects. Stress concentration around the rims of defects 8 mm and smaller was not significant and pressure distribution was dominated by the menisci. Experimental data was confirmed by the model. For defects 10 mm and greater, distribution of peak pressures followed the rim of the defect with a mean distance from the rim of 2.64 mm on the medial condyle and 2.90 mm on the lateral condyle (model predictions were 2.63 and 2.87 mm respectively). Statistical significance was reported when comparing defects that differed by 4 mm or greater (except for the 5 mm case). Peak rim pressure did not significantly increase as defects were enlarged from 10 mm to 20 mm. Peak values were always significantly higher over the medial femoral condyle. Although the decision to treat osteochondral lesions is multifactorial, the results of this finite element analysis indicate that a size threshold of 10 mm, may be a useful early adjunct to guide clinical decision-making. This modified FE method can be employed for in-vivo studies.     

基于MRI的成人正常膝关节软骨形态学测量

目的：了解正常膝关节软骨分布及股骨髁承重区的软骨厚度特点,为膝关节病变早期诊断和动态观察提供依据。方法：选取100名成人志愿者,男、女各50名,年龄20—30岁,平均25．3岁,膝关节均行MRI扫描。应用MIMICS软件对图像进行处理,在矢状位窗面上测量膝关节各部位软骨最大厚度。选择膝关节正常运动时的承重区,测量承重区域软骨的最大厚度并与其他区域进行比较。基于MRI图像行膝关节软骨三维重建,观察膝关节软骨的三维形态特征。结果：膝关节各部位的最大软骨厚度如下。胫骨外侧平台3．19mm,胫骨内侧平台3．07mm,股骨外侧髁2．93mm,股骨内侧髁3．19mm,股骨滑车软骨3．57mm,髌软骨3．75mm。不同性别与左右侧之间的软骨厚度差异无统计学意义（P〉0．05）。胫股关节承重区软骨厚度大于其他区域,有统计学差异（P〈0．05）。结论：成人正常膝关节各区域软骨厚度不同,胫股关节承重区软骨厚度大于非承重区域。基于MRI可以准确地测量膝关节各部软骨的厚度及重建膝关节软骨的三维形态。     

国人膝关节面的应用解剖学观测

目的观测国人膝关节的相关形态学指标,为膝关节损伤修复和关节重建等提供解剖学依据。方法利用游标卡尺、求积仪等仪器对43具成人出土骨骼的完整膝关节进行形态学测量。结果膝关节面积测量：胫骨内侧髁关节面面积左侧（6.93±1.56）cm^2,右侧（7.08±1.51）cm^2;胫骨外侧髁关节面面积左侧（7.61±0.97）cm^2,右侧（7.74±0.64）cm^2;股骨内侧髁关节面面积左侧（21.66±3.22）cm^2,右侧（21.12±1.86）cm^2;股骨外侧髁关节面面积左侧（24.02±3.97）cm^2,右侧（24.02±3.97）cm^2;髌骨关节面面积左侧（5.24±1.19）cm^2,右侧（6.20±1.08）cm^2。胫骨髁间隆起测量：高度左侧（1.08±0.27）cm,右侧（0.89±0.09）cm;宽度左侧（1.33±0.24）cm,右侧（1.21±0.04）cm。股骨髁间窝测量：深度左侧（2.26±0.29）cm,右侧（2.30±0.18）cm;宽度左侧（1.94±0.12）cm,右侧（1.88±0.16）cm。结论膝关节损伤修复、关节重建等均应以膝关节的形态学为依据方能达到良好的治疗效果。     

Deluxe-ps膝关节假体在一期双膝关节置换过程中的应用

背景：Deluxe-PS型人工膝关节假体是根据中国人膝关节解剖特点尤其是股骨髁的形态特征而设计的,其膝关节假体股骨髁内外侧距(M-L)较进口假体少3.5 mm。 目的：探讨Deluxe-ps膝关节假体行一期双膝关节置换中的近期疗效。 方法：纳入使用Deluxe-ps型膝关节假体行一期双侧膝关节置换的膝关节炎患者15例(30膝)设为实验组,对照组为同期采用P.F.C.Sigma膝关节假体行一期双侧膝关节置换的20例患者(40膝)。采用KSS评分和关节功能HSS评分、膝关节关节活动度评估两组手术前、后膝关节功能,对比两组手术时间、及术中输血量。 结果与结论：两组患者置换后均得到12-24个月随访,平均16个月。置换后患者膝关节疼痛均缓解,关节功能恢复满意。两组膝关节置换后与置换前KSS评分、HSS评分及膝关节关节活动度比较,差异均有显著性意义(P < 0.05)。置换后,两组间KSS评分和HSS评分及膝关节关节活动度,差异均无显著性意义(P > 0.05),两组间置换过程中出血量比较,差异均无显著性意义(P > 0.05),手术时间比较,差异有显著性意义(P < 0.05)。说明采用Deluxe-ps膝关节假体行一期双膝关节置换近期疗效满意。     

活动平台单髁置换治疗膝关节自发性骨坏死的5年随访

背景:膝关节自发性骨坏死主要影响股骨内侧髁,是膝关节单髁置换的良好适应证,但对于单髁置换后的治疗效果仍有争议。目的:探讨活动平台单髁置换治疗膝关节自发性骨坏死随访5年的临床效果。方法:回顾性分析2014年1月至2015年1月在佛山市中医院骨关节科诊断为膝关节内侧间室自发性骨坏死并行活动平台单髁置换治疗的患者资料,按照纳入与排除标准,纳入64例患者。收集患者年龄、性别、体质量、骨坏死部位、Koshino分期和坏死体积等资料进行分析,采用膝关节最大活动度、美国特种外科医院评分、牛津膝关节评分、疼痛目测类比评分评估术前和随访时膝关节功能,术前和随访时均通过双下肢全长X射线片评估下肢力线情况,同时观察有无并发症发生。结果与结论:①62例患者为股骨内髁骨坏死,2例患者胫骨内侧平台骨坏死;Koshino分期Ⅲ期40例,Ⅳ期24例;病变体积5.62-32.52cm^3,小体积坏死45例,中体积坏死14例,大体积坏死5例;②所有患者手术切口均Ⅰ期愈合,随访60-72个月;其中1例患者术后3个月出现聚乙烯衬垫脱位,再次手术使用加厚垫片后功能良好;2例患者术后4年出现假体松动,翻修成全膝关节置换;其余患者随访期间均无感染、假体脱位、假体松动、下肢静脉血栓形成、肺栓塞、心脑血管意外、创伤后精神障碍等并发症发生;③末次随访时,所有患者美国特种外科医院评分、牛津膝关节评分、膝关节活动度、目测类比评分均较术前明显改善,差异有显著性意义(P<0.05);④末次随访时,所有患者髋膝踝角、胫股角均较术前明显改善(P<0.05),患者下肢力线得到纠正;⑤提示采用活动平台单髁置换治疗膝关节自发性骨坏死具有创伤小、骨量保留多、术后恢复快、下肢力线改善明显、术后关节功能良好的优点,中期疗效满意。