提高脊柱骨折水平复位力量对Harrington分离棒应力分布的影响——二维光弹性实验研究

使用Edwards套棒可提高Harrington装置对脊柱骨折的解剖复位率,但同时使Harrington棒各点应力值呈线性增加,尤以套棒所在点受影响最大,然而总体应力分布趋势不变,棒体——齿棘区交界处应力集中为棒的危险断面,棒前侧应力值高于后侧;齿棘部高于棒体部。实验结果提示,临床应用Ebwards套捧时应注意将其安置在尽量远离危险断面处,并使危险断面尽量靠近上钩,以减少在交变应力作用下应力集中造成的Harrington棒疲劳断裂。     

垂直载荷对哈氏棒中应力影响的光弹性分析

本文用二维光弹性方法研究了垂直载荷对哈氏棒应力分布的影响。发现在垂直载荷作用下棒的棘齿区呈现高应力集中，棘齿区应力高于光滑区，棘齿区应力值受垂直载荷影响最大，棒的前侧各点应力与垂直载荷呈线性相关。当增加水平载荷作用后，哈氏棒应力分布发生变化。     

Edwards套棒方法治疗胸腰段脊柱不稳定损伤的生物力学实验研究

本文报告Edwards套棒装置及单纯Harrington分离棒治疗胸腰椎不稳定损伤的力学实验研究结果。取成年猪新鲜胸腰椎脊柱6具,切断前纵韧带、椎间盘纤维环、后纵韧带,造成前中柱不稳定损伤15处。测力传感器固定于椎体前缘并骑跨损伤处,使之检测纵向复位力。单侧内固定装置固定。实验结果表明:单侧Edwards套棒装置产生纵向复位力量89N,较Harrington分离棒48.7N提高82.7％(P<0.0005);二种内固定装置分别用于胸、腰椎时,纵向复位力均无显著差异(P<0.05),表明胸段肋骨对纵向复位力无影响。生物力学分析,纵向复位力与横向前推力成正比例关系,增大内固定装置对伤椎的横向前推力,可提高纵向复位力量。同时其它学者也报告Edwards套棒装置具有良好的脊柱三维稳定作用。所以,作者认为Edwards套棒装置集对脊柱骨折复位与稳定于一体,是理想的内固定装置。     

三维有限元法分析钽棒置入治疗个体化股骨头坏死的力学效能北大核心

背景:研究报道股骨头前外侧柱对保髋的疗效起到关键性的作用,而中日友好医院分型(CJFH分型)强调前外侧柱的重要性,目前此分型中L型钽棒置入治疗的三维有限元研究不多。目的:以钽棒置入术为例,建立正常、坏死和L型坏死区前外侧柱钽棒置入的髋关节仿真的三维有限元模型,并进行有限元分析及力学效能对比,探讨前外侧柱的完整性对保髋疗效的重要性,为CJFH分型的治疗提供生物力学依据。方法:股骨头坏死的CJFH分型中L1、L2、L3型的坏死髋关节三维模型和正常髋关节三维模型选用团队已经做好的模型。在此基础上建立钽棒置入坏死股骨头的三维有限元模型,进行有限元分析。观察正常股骨头、坏死股骨头和钽棒置入坏死股骨头皮质骨壳应力分布及最大Mises应力值,对比并进行统计分析。结果与结论:(1)L型坏死股骨头负重区皮质骨壳的最大Mises应力均较正常股骨头升高,其中L1型升高21.76%,L2型升高31.02%,L3型升高42.79%;(2)钽棒置入术后股骨头负重区皮质骨壳的最大Mises应力较术前下降,其中L1型下降13.38%,L2型下降8.81%,L3型下降11.45%;(3)表明当股骨头发生坏死时,因坏死骨承载应力下降,导致股骨头皮质骨壳应力集中,所以坏死较正常的最大应力大,而分型程度越高,皮质骨壳所要承载的应力集中就越大;钽棒置入后承载了一部分应力,分型程度越低,纠正越明显;(4)结果表明,钽棒置入术纠正了坏死股骨头皮质骨壳部分应力,钽棒在一定程度范围内可以进行塌陷预防及起到支撑软骨下骨的生物力学作用;坏死股骨头外侧柱的完整性影响保髋疗效,可能外侧柱的存留越多,保髋疗效越好,而CJFH分型程度越高,塌陷风险越高,保髋疗效也越差。     

胫骨平台后外侧骨折3种内固定方式的有限元分析

背景：如今胫骨平台骨折的研究已由起初的内外侧“双轨道结构”逐步转型为“360°全方位立体结构”,国内外学者们更关注平台后侧结构的稳定性、复位情况以及对复位后功能恢复的影响。后侧平台的内固定材料的选择仍无明确定论,存在较大争议。目的：探讨胫骨平台后外侧骨折3种内固定方式的生物力学特性。方法：通过计算机三维有限元技术,模拟胫骨平台后外侧1/2和后外侧1/4骨折。分别使用前侧2枚6.5 mm拉力螺钉、外侧4.5 mm L型钢板以及后侧3.5 mm T型钢板置入内固定骨折块。在胫骨平台中心处加载500 N纵向应力,比较3种内固定方式的生物力学状态。结果与结论：在1/2骨块模型中,前侧拉力螺钉与后侧钢板在各个方向上的位移较小,外侧钢板的位移较其他两种固定方式大。而在1/4骨块模型中,前侧拉力螺钉在各方向的位移优势更明显,后侧钢板的位移居次,外侧钢板的位移最大。1/2骨块上,前侧拉力螺钉的最大应力为36.523 MPa,外侧钢板为153.372 MPa,后侧钢板为115.922 MPa;而在骨块上的最大应力前侧拉力螺钉模型为4.309 MPa,外侧钢板为4.37 MPa,后侧钢板为3.124 MPa。1/4骨块上前侧拉力螺钉的最大应力为36.803 MPa,外侧钢板为153.336 MPa,后侧钢板为104.234 MPa;而在骨块上的最大应力前侧拉力螺钉模型为1.195 MPa,外侧钢板为0.827 MPa,后侧钢板为1.196 MPa。提示前侧拉力螺钉能够承担更大的应力,并在受到应力后位移变化较小,可提供较稳定的支持。而后侧钢板在骨块较大(1/2骨块)时,能够提供较强的稳定性,与拉力螺钉相仿;而在骨块较小(1/4骨块)时,稳定性不如前侧拉力螺钉。外侧钢板在固定胫骨平台后外侧骨折时,稳定性较差,不如前侧拉力螺钉和后侧钢板。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：     

儿童肱骨髁上骨折残留移位复位模型:力学响应的有限元分析

背景:远端骨折块的移位是造成儿童肱骨髁上骨折治疗后肘内翻畸形发生的原因之一,临症治疗时多强调纠正后尺侧偏移,复位经验是否具有力学上的优势,缺乏现有的实验依据。目的:建立伸直尺偏型肱骨髁上骨折有限元模型,探讨骨折整复后存在功能复位标准范围内残留移位情况下骨折端的力学响应情况,以此为"宁前勿后,宁桡勿尺"的复位经验法则提供力学证据。方法:选择新鲜7岁儿童右上肢尸体骨一副进行CT扫描,建立残留移位骨折复位有限元模型,再根据骨折块移位的方向和接触面积的大小分组进行外力加载,记录骨折端面前后缘应力值及Baumann角,分析对比数据。结果与结论:后内侧移位下后侧缘应力值显著增高,后侧移位组次之,接触面积为75%时应力值显著高于其他组;前侧缘应力值对比中,前内侧移位与其他组应力值差异有显著性意义,85%接触面积下应力值普遍较高;前后侧缘应力对比示后侧移位时应力增幅明显高于前侧移位,内侧移位时载荷后Baumann角显著增高。提示移位方向改变应力集中的区域,相比较而言,后方移位下应力增量更加显著,骨折端接触面积减少,相应统计区域的应力明显升高,远端骨折块正内侧移位显著改变Baumann角,实验结果在力学上支持肱骨髁上骨折远端骨折块移位的假说,"宁前勿后,宁桡勿尺"的复位经验原则有一定力学上的依据。     

枢椎齿突骨折的有限元分析

目的：建立枢椎的三维有限元(FE)模型，探讨在前、后方不同载荷下齿突的不同损伤机制和骨折类型。方法：对一例新鲜枢椎标本进行CT扫描，层厚1mm，扫描图像转换后输入微机，通过软件PRO／E重建枢椎的三维立体模型，再转入有限元软件MARK并赋予此模型物理材料属性，然后模拟齿突骨折的受力条件，在齿突中性矢状面对齿突施加不同角度的载荷，分析各种条件下枢椎模型的应力、应变分布，探讨相应条件下可能导致的枢椎齿突骨折类型。结果：(1)对于齿突前部斜向后下方载荷，应力集中区从齿突前上部斜贯穿至后下部；对于齿突前部斜向后上方载荷，应力集中区从齿突前下部斜贯穿至后上部；齿突腰部始终保持高应力；(2)在齿突后部载荷下，其应力集中情况与前部载荷相似，不过应力集中区位置有所偏下。结论：(1)在齿突中性矢状面，齿突前部载荷容易导致齿突腰部发生断裂，形成枢椎齿突Ⅱ型骨折，也可能导致基底部发生断裂，形成枢椎齿突Ⅲ型骨折；(2)齿突后部载荷更容易导致基底部发生断裂，形成枢椎齿突Ⅲ型骨折。     

芍药甙对体外培养的大鼠海马和隔区神经元的影响

目的研究芍药甙对海马和隔区神经元的影响。方法用新生SD大鼠的海马和隔区神经元进行体外培养,加入不同浓度的芍药甙,用四唑盐比色法(MTT)测量法测量培养神经元的光密度(OD值)。结果芍药甙的浓度高于30μg/ml时,各组的海马和隔区神经元MTT OD值均低于对照组的OD值(P<0.01);芍药甙的浓度在1.875～7.5μg/ml时各组的OD值均高于对照组(P<0.01或P<0.05)。结论在适当的浓度范围内的芍药甙对海马和隔区神经元的存活和生长具有促进作用。     

人体腰椎间盘的三维有限元分析

本文报道了应用三维有限元方法对腰椎间盘应力分布的分析结果。正常椎间盘纤维环在人体直立位、前屈位和后伸位时应力明显集中于后侧与后外侧,平均应力水平以后伸位时最高(P<0.01)。当椎间盘退变后,纤维环的平均应力水平比正常时显著降低(P<0.01)。这些结果具有一定的临床意义。作者认为,腰椎间盘突出症的发生与其局部应力异常增高有关,而椎间盘的退变又将增大腰椎其余部分的承载。作者还就腰椎屈伸活动对于椎间盘的作用进行了讨论。     

聚醚醚酮棒与钛棒在后路腰椎椎间融合中的有限元分析北大核心

背景:聚醚醚酮棒是一种新型的半刚性固定材料,但是其在后路腰椎椎间融合术中的生物力学性能仍不清楚。目的:对比聚醚醚酮棒与钛棒在后路腰椎椎间融合过程中的生物力学性能,尝试回答聚醚醚酮棒是否有潜力成为钛棒的替代品,尤其在前柱支撑不充分的情况下。方法:利用有限元方法构建完整的人腰椎(L)模型,并进一步构建4个后路腰椎椎间融合模型:①聚醚醚酮棒+cage;②钛棒+cage;③聚醚醚酮棒+纯植骨;④钛棒+纯植骨。比较不同模型中节段活动度、相关结构应力以及应变。结果与结论:①所有手术模型在限制L节段活动度方面无明显差异;②与钛棒相比,聚醚醚酮棒增加了椎间植骨的平均应变、增加了终板以及cage的峰值应力,同时降低了螺钉以及骨-螺钉界面的峰值应力;聚醚醚酮棒的峰值应力与屈服应力之比为6%-26%,高于钛棒的3%-12%;③在L节段上,聚醚醚酮棒仅轻微地降低了节段活动度与椎间盘峰值应力;④因此与钛棒相比,聚醚醚酮棒可能降低假关节、螺钉断裂与松动的风险,但是也可能导致终板塌陷、cage损坏以及棒断裂的风险更高;聚醚醚酮棒在延缓邻近节段退变中可能较钛棒有微弱的优势;在不使用cage而仅采用骨移植物进行椎间融合时,聚醚醚酮棒也许是一个可供选择的方案。     

两种改良型Harrington棒的应力分析

作者对Ｈａｒｒｉｎｇｔｏｎ棒加Ｅｄｗａｒｄｓ套棒（ＨＲＳ）和Ｃ型Ｈａｒｒｉｎｇｔｏｎ棒（ＨＲＣ）两种改良型Ｈａｒｒｉｎｇｔｏｎ棒进行应力分析，确定出棒体的危险截面和危险点，通过理论分析和光弹模型试验表明：在受伤脊柱复位程度相同的条件下，ＨＲＣ棒在棘齿根部的应力明显低于ＨＲＳ棒。从而提示临床，采用ＨＲＣ棒治疗脊柱压缩性骨折，在获得与ＨＲＳ棒相同的复位效果时，可减少Ｈａｒｒｉｎｇｔｏｎ棒从棘齿根部断棒     

Role of corrosion in Harrington and Luque rods failure

Ten in-vivo failed spinal instrumentation systems, i.e. six Harrington distraction rods with sublaminar hooks, one Harrington distraction rod with segmental wiring and three Luque rods with sublaminar wires, were fractographically analysed. In both Harrington and Luque rods corrosion fatigue was the predominant mechanism resulting in the failure. Five Harrington rods fractured at the first ratchet junction; fractures of the Luque rods were initiated by fretting of sublaminar wire with the rod surface in the presence of spinal non-union. Fretting and crevice corrosion were found to play an important role in compromising the segmental spinal instrumentation. The susceptibility of the 316 L CW austenitic stainless steel to pitting and relative resistance to crevice corrosion were measured by cyclic anodic polarization tests. The oxide inclusions have been found to play a significant role in the pitting of the alloy.     

基于激光快速成型技术正常步态下骨盆应力分布的三维光弹分析

背景：三维有限元技术是对应力真实情况的数字模拟,光弹技术可以真实显示测试模型的整体应力分布。 目的：使用激光快速成型技术制备骨盆光弹模型,以三维光弹法研究正常步态下髋臼区域的应力分布特征并与使用有限元法获得的数据进行比较。 方法：使用激光快速成型技术制备骨盆光弹模型,包括第5腰椎及双侧股骨近端。在股骨上施加体质量负荷,通过固定在髂骨翼前部髂前上棘髂后上棘及耻骨下支的钢丝施加负荷模拟4组肌群,假定股骨内收15°,支撑相4个子步态股骨从屈曲22°到后伸12°。应力冻结后,沿弓状线切片。在偏振光场中观察等差线及等倾线。 结果与结论：①应力集中点位于髂骨中部、髋臼后上、髂耻联合及骶髂关节部位,其中最大应力产生在髋臼后上部。②主应力从从臼顶后上部位向骶髂关节传递,同时部分向耻骨上支传递。随着股骨后伸的加大,臼顶至髂结节区域的应力逐步加大。③髋臼区域的应力主要来源于体质量负荷产生的头臼作用力,肌肉收缩力的作用有限。结果提示,采用三维光弹法可直观全场反映髋臼区域应力分布特征,与既往有限元实验产生的结果基本相符。     

不同植入物固定L1节段爆裂性骨折的三维有限元分析

背景：胸腰段椎体爆裂性骨折临床十分常见,通过前路或者后路内固定重建稳定是目前常用的方法,作者未查及有关内固定应力情况的相关报道。 目的：通过三维有限元法分析在L₁节段爆裂性骨折情况下前路钛网重建钉棒内固定和后路椎弓根内固定两种方式中内固定物应力的分布情况,并进行两种方式稳定性的比较。 方法：选择1名健康男性志愿者,通过CT扫描和有限元软件建立T₁₂-L₂节段的三维有限元模型。在验证有效的有限元模型上分别模拟L₁节段爆裂性骨折,建立前路L₁节段钛网重建钉棒内固定模型(模型A)和后路短节段椎弓根钉棒内固定模型(模型B),在各模型上施加载荷,观察内固定应力分布情况,进行稳定性的比较。 结果与结论：建立T₁₂-L₂节段的三维有限元模型。两种内固定方式有限元模型在不同载荷实验中,模型A应力主要集中在钛网区域,模型B应力主要集中在钉棒的交接处。模型A的稳定性优于后者,模型A的T₁₂平面的平均应力值小于模型B,差异有显著性意义(P < 0.01)。说明前路术后钛网发生沉降和后路术后钉棒处断裂均可能与局部应力集中有关。前路钛网重建钉棒内固定较后路椎弓根内固定稳定性更好。     

膝屈曲状态胫股关节压应力光弹性分析

以胫股关节光弹材料模型模拟膝关节在屈曲０°、１０°、２０°和３０°状态下加载。结果显示胫股间接触面积内髁大于外髁，应力分布外髁大于内髁，最大应力分布于接触部位中心点附近。随着膝关节屈曲角度增加，（１）中心点后移，３０°以内胫股间打滑率内侧为４０．２３％，外侧为４５．９２％；（２）胫骨平台两中心点内移，中心点间距增加；（３）胫股间接触面积减少；（４）应力峰值增加，其增加率远大于面积减少率。实验结果提示膝关节畸形矫正时，要注意恢复胫股间的正常对合与应力分布。     

磁共振血管成像术下突发性聋患者后循环动脉的观察和测量

目的 采用场强为3.0T的时间飞跃法磁共振血管成像术（3.0T TOF MRA）,观察突发性聋患者后循环动脉的内径及行程,为突发性聋的血管病因学提供理论依据。方法 回顾性分析180例单耳突发性聋的患者和102名对照组患者的颅脑3.0T TOF MRA图像数据。在对两组患者的临床资料,包括年龄及性别分布、外周血低密度脂蛋白（LDL）、总胆固醇（TC）及甘油三酯(TG)水平、纤维蛋白原水平及基底动脉血流速度进行对比后,进一步对比3.0T TOF MRA下两组患者的基底动脉内径及行程,椎动脉内径及优势方向和程度,小脑下前动脉(AICA)的显影状态及内径,大脑后动脉(PCA)P1段和后交通动脉（PCoA）内径及行程等指标,并进行统计学分析。结果 临床资料显示,突发性聋组外周血中LDL水平升高比例（34.44%）及显著升高比例（11.22%）明显高于对照组的升高比例（15.69%）及显著升高比例（4.9%）（P<0.01）。突发性聋组外周血中出现TC水平升高比例（24.44%）及显著升高比例（11.11%）明显高于对照组的升高比例（19.6%）及显著升高比例（2.94%）（P<0.05）。3.0T TOF MRA影像结果显示,突发性聋组基底动脉平均内径［（3.32±0.75）mm］相对于对照组平均内径较窄［（3.50±0.54）mm］（P<0.05）;突发性聋组仅左侧AICA显影率（10%）低于对照组（24.51%）（P<0.05）,突发性聋组双侧AICA均不显影率（38.89%）高于对照组（26.47%）（P<0.05）,两组患者AICA显影状态的总体分布差异具有统计学意义（P<0.01）,突发性聋组显影的左侧AICA平均内径为(1.04±0.24) mm,与对照组内径（1.16±0.28）mm相比较窄（P<0.05）;突发性聋组左侧PCA P1段内径为(1.27±0.54) mm,与对照组内径（1.42±0.52）mm相比较窄（P<0.05）,突发性聋组右侧PCA P1段的内径为(1.25±0.58) mm,与对照组内径（1.41±0.51）mm相比较窄（P<0.05）;突发性聋组仅左侧出现胚胎型大脑后动脉(fPCA)比例（3.33%）低于对照组（9.8%）（P<0.05）,突发性聋组出现双侧fPCA比例（13.89%）高于对照组（4.9%）（P<0.05）,两组患者fPCA出现位置的总体分布差异具有统计学意义（P<0.01）。结论 突发性聋患者基底动脉及其分支存在狭窄,同时LDL及TC水平升高,动脉狭窄与血脂升高可能存在一定关联。     

Hierarchical modelling of in situ elastic deformation of human enamel based on photoelastic and diffraction analysis of stresses and strains

Human enamel is a typical hierarchical mineralized tissue with a two-level composite structure. To date, few studies have focused on how the mechanical behaviour of this tissue is affected by both the rod orientation at the microscale and the preferred orientation of mineral crystallites at the nanoscale. In this study, wide-angle X-ray scattering was used to determine the internal lattice strain response of human enamel samples (with differing rod directions) as a function of in situ uniaxial compressive loading. Quantitative stress distribution evaluation in the birefringent mounting epoxy was performed in parallel using photoelastic techniques. The resulting experimental data was analysed using an advanced multiscale Eshelby inclusion model that takes into account the two-level hierarchical structure of human enamel, and reflects the differing rod directions and orientation distributions of hydroxyapatite crystals. The achieved satisfactory agreement between the model and the experimental data, in terms of the values of multidirectional strain components under the action of differently orientated loads, suggests that the multiscale approach captures reasonably successfully the structure–property relationship between the hierarchical architecture of human enamel and its response to the applied forces. This novel and systematic approach can be used to improve the interpretation of the mechanical properties of enamel, as well as of the textured hierarchical biomaterials in general.