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1.
目的:通过显微计算机断层扫描(micro-computed tomography,Micro-CT)检测股骨头松质骨显微结构,研究骨质疏松与骨关节炎的关系。方法:绝经后妇女骨质疏松性股骨颈骨折和原发性髋关节骨关节炎患者各20名,以Micro-CT扫描检测股骨头软骨下松质骨标本,对2组患者的松质骨显微结构参数进行比较。结果:骨质疏松与骨关节炎松质骨显微结构参数:骨体积分数(bone volume fraction,BV/TV)、骨表面积体积比(bone surface/bone volume,BS/BV)、骨小梁厚度(trabecular thickness,Tb.Th)、骨小梁间距(trabecular separation,Tb.Sp)、结构模型指数(structure model index,SMI)、连接密度(connectivity density,Conn.D)比较差异有统计学意义,BV/TV,SMI与Tb.N,TbTh,BS/BV,Tb.Sp呈相关关系。结论:骨质疏松与骨关节炎的显微结构存在差异,这些差异可能导致相反的骨缺陷;BV/TV,SMI是评价显微结构参数的2个重要指标。  相似文献   

2.
目的探讨不同角度载荷对股骨头骨小梁形态学与力学性能的影响,为研究股骨头坏死、塌陷的生物力学机制提供理论依据。方法利用12月龄羊股骨头和人尸体股骨头分别制作羊股骨头骨小梁试件94个和人股骨头骨小梁试件43个。按照受力方向与骨小梁主压力方向之间的不同夹角,将骨小梁以10°间隔分为内翻10°、0°和外翻10°、20°、30°共计5组,模拟股骨颈骨折内固定术后不同戈登(Garden)对线指数下的复位情况。通过分别对羊股骨头骨小梁进行micro-CT扫描、计算与压缩破坏试验以及对人尸体股骨头骨小梁进行循环压缩试验,分析不同受力方向下股骨头骨小梁的骨体积分数(BV/TV)、骨表面积/骨体积(BS/BV)、骨小梁平均厚度(Tb.Th)、骨小梁数量(Tb.N)、骨小梁间距(Tb.Sp)等形态学指标以及弹性模量、极限强度、屈服强度、初始弹性模量、循环次数等力学指标。结果加载方向与骨小梁的主压力方向之间夹角为0°时,BV/TV、Tb.Th以及弹性模量、极限强度、屈服强度、初始弹性模量、循环次数均为最大,而BS/BV与Tb.N为最小,并随着夹角增大前者呈递减而后者呈递增趋势。结论 12月龄羊股骨头骨小梁BV/TV与极限强度随受力方向与骨小梁主压力方向之间夹角变化的趋势与人股骨头骨小梁一致;加载方向与主压力骨小梁之间夹角增大时,股骨头骨小梁形态学与力学性能均下降;Garden指数偏离160°越大时,股骨头内骨小梁越易发生损伤。  相似文献   

3.
目的利用微计算机断层扫描技术(Micro-CT)对比分析激素性股骨头坏死与股骨颈骨折患者的股骨头内骨小梁的结构特点。 方法选取2016年9月至2017年9月因股骨颈骨折与激素性股骨头坏死于大连大学附属中山医院行人工全髋关节置换术的患者,分别设为骨折组与坏死组,每组各20例(20髋),术中完整取出股骨头作为研究材料。应用计算机对股骨头进行三维重建,利用x、y、z轴各2个相互平行的平面将股骨头分割成27个区域,27个区域的编号规则:分为内侧、中间、外侧3个区,每组按照由前向后、由上向下的顺序编为1~9号。内侧区编号为m1、m2……m9;中间区编号为c1、c2……c9;外侧区编号为l1、l2……l9。对样本进行Micro-CT断层扫描,获取股骨头样本的计算机三维图像。手工选取兴趣区,采用骨体积分数、骨小梁厚度、骨小梁数量、骨小梁间隙等三维空间参数分别对2组股骨头内骨小梁进行评价。数据比较采用t检验和单因素方差分析。 结果在骨折组中,将股骨头按矢状面分割为内侧区、中间区、外侧区进行对比,中间区表现为骨体积分数均值最大、厚度均值最大、数量均值最大、间隙均值最小的优势骨小梁区域,差异均有统计学意义(F=36.59、73.50、38.60、48.50,P值均小于0.05);将股骨头按冠状面分割为前区、中间区、后区进行对比,前区表现为骨体积分数均值最大、厚度均值最大、数量均值最大、间隙均值最小,差异均有统计学意义(F=69.50、43.92、85.40、36.00,P值均小于0.05);将股骨头按水平面分割为上区、中间区、下区进行对比,上区表现为骨体积分数均值最大、厚度均值最大、数量均值最大、间隙均值最小,差异均有统计学意义(F=37.03、29.47、255.50、45.50,P值均小于0.05)。对比坏死组股骨头不同部位骨小梁微结构参数,如果将股骨头分为内侧区、中间区、外侧区,中间区表现为骨体积分数均值最大、厚度均值最大、数量均值最大、间隙均值最小的优势骨小梁区域,差异均有统计学意义(F=41.42、26.60、400.00、36.00,P值均小于0.05);如果将股骨头分为上区、中间区、下区,上区表现为骨体积分数均值最大、厚度均值最大、数量均值最大、间隙均值最小,差异均有统计学意义(F=52.99、25.33、28.50、37.33,P值均小于0.05);如果将股骨头分为前区、中间区、后区,前区表现为骨体积分数均值最大、厚度均值最大、数量均值最大、间隙均值最小,差异均有统计学意义(F=2 567.17、57.29、42.11、41.17,P值均小于0.05)。与坏死组相比,骨折组骨小梁骨体积分数均值更大,差异有统计学意义(t=4.90,P=0.01)、骨小梁厚度均值更大,差异有统计学意义(t=-4.17,P=0.01)、骨小梁数量均值更大,差异有统计学意义(t=-31.37,P=0.01),骨小梁间隙均值更小,差异有统计学意义(t=-7.12,P=0.01)。 结论激素对于坏死股骨头的影响不仅仅是坏死区,包括硬化区、正常骨小梁区,即对于整个股骨头都产生了影响。  相似文献   

4.
目的 探讨不同角度载荷对股骨头骨小梁形态学与力学性能的影响,为研究股骨头坏死、塌陷的生物力学机制提供理论依据。方法 利用12月龄羊股骨头和人尸体股骨头分别制作羊股骨头骨小梁试件94个和人股骨头骨小梁试件43个。按照受力方向与骨小梁主压力方向之间的不同夹角,将骨小梁以10°间隔分为内翻10°、0°和外翻10°、20°、30°共计5组,模拟股骨颈骨折内固定术后不同戈登(Garden)对线指数下的复位情况。通过分别对羊股骨头骨小梁进行micro-CT扫描、计算与压缩破坏试验以及对人尸体股骨头骨小梁进行循环压缩试验,分析不同受力方向下股骨头骨小梁的骨体积分数(BV/TV)、骨表面积/骨体积(BS/BV)、骨小梁平均厚度(Tb.Th)、骨小梁数量(Tb.N)、骨小梁间距(Tb.Sp)等形态学指标以及弹性模量、极限强度、屈服强度、初始弹性模量、循环次数等力学指标。结果 加载方向与骨小梁的主压力方向之间夹角为0°时,BV/TV、Tb.Th以及弹性模量、极限强度、屈服强度、初始弹性模量、循环次数均为最大,而BS/BV与Tb.N为最小,并随着夹角增大前者呈递减而后者呈递增趋势。结论 12月龄羊股骨头骨小梁BV/TV与极限强度随受力方向与骨小梁主压力方向之间夹角变化的趋势与人股骨头骨小梁一致;加载方向与主压力骨小梁之间夹角增大时,股骨头骨小梁形态学与力学性能均下降;Garden指数偏离160°越大时,股骨头内骨小梁越易发生损伤。  相似文献   

5.
目的 探讨不同角度载荷对股骨头骨小梁形态学与力学性能的影响,为研究股骨头坏死、塌陷的生物力学机制提供理论依据。方法 利用12月龄羊股骨头和人尸体股骨头分别制作羊股骨头骨小梁试件94个和人股骨头骨小梁试件43个。按照受力方向与骨小梁主压力方向之间的不同夹角,将骨小梁以10°间隔分为内翻10°、0°和外翻10°、20°、30°共计5组,模拟股骨颈骨折内固定术后不同戈登(Garden)对线指数下的复位情况。通过分别对羊股骨头骨小梁进行micro-CT扫描、计算与压缩破坏试验以及对人尸体股骨头骨小梁进行循环压缩试验,分析不同受力方向下股骨头骨小梁的骨体积分数(BV/TV)、骨表面积/骨体积(BS/BV)、骨小梁平均厚度(Tb.Th)、骨小梁数量(Tb.N)、骨小梁间距(Tb.Sp)等形态学指标以及弹性模量、极限强度、屈服强度、初始弹性模量、循环次数等力学指标。结果 加载方向与骨小梁的主压力方向之间夹角为0°时,BV/TV、Tb.Th以及弹性模量、极限强度、屈服强度、初始弹性模量、循环次数均为最大,而BS/BV与Tb.N为最小,并随着夹角增大前者呈递减而后者呈递增趋势。结论 12月龄羊股骨头骨小梁BV/TV与极限强度随受力方向与骨小梁主压力方向之间夹角变化的趋势与人股骨头骨小梁一致;加载方向与主压力骨小梁之间夹角增大时,股骨头骨小梁形态学与力学性能均下降;Garden指数偏离160°越大时,股骨头内骨小梁越易发生损伤。  相似文献   

6.
目的 观察骨质疏松和非骨质疏松状态的松质骨的三维微观结构对其骨强度的影响。方法 16只雌性成年绵羊随机分为去势(OVX)组(8只)和假手术(Sham)组(8只)。OVX组行双侧卵巢切除术,假手术组仅显露双侧卵巢,术前测定腰椎竹密度(BMD)。术后12个月处死动物,测定腰椎的BMD,用环钻钻取椎体松质骨,并行MicroCT分析及生物力学测试。结果 去势12个月后,OVX组的BMD较Sham组显著降低。松质骨的骨体积分数(BV/TV)、骨小梁厚度(Tb.Th)、骨小梁数目(Tb.N)较Sham组显著降低,表面积体积比(BS/BV)和骨小梁分离度(Tb.Sp)较对照显著增高。生物力学测试表明,去势12个月后,OVX组松质骨的力学强度显著下降。骨小梁的力学强度与骨小梁厚度(r=0.945,R^2=0.886)、骨体积分数(r=0.783,R^2=0.586)及面积体积比(r=0.643,R^2=0.372)呈线性相关。结论 骨小梁的三维微观结构改变可以影响松质骨的力学强度,两者之间具有一定的线性关系。  相似文献   

7.
股骨头内松质骨空间分布和力学性能变化有限元分析   总被引:1,自引:0,他引:1  
目的应用有限元方法研究不同加载强度和偏轴角对股骨头内松质骨空间分布和力学性能变化的影响。方法基于断层磨削后扫描、计算机三维重建的方法建立得到股骨近端骨结构三维模型,按照与主压力小梁方向成0°、15°、45°分别选取相同大小的松质骨试件。计算试件的三维空间结构参数,应用有限元分析方法模拟单轴压缩试验,观察松质骨试件应力、应变分布,探讨不同加载强度和离轴角度对松质骨生物力学性质的影响。结果基于建立的人股骨头内松质骨三维有限元模型,模拟了松质骨试件单轴压缩试验,发现不同加载强度和偏轴角度在松质骨试件中≥5 000με(微应变)的松质骨比例存在统计学差异(P0.05)。结论股骨头内松质骨小梁空间分布与力学适应性密切相关。结构与功能的不相适应降低了股骨头内部松质骨的生物力学性能,反复不良刺激引起的骨重塑、改建可能在股骨头坏死中起着重要的作用。  相似文献   

8.
目的 研究股骨近端主张力骨小梁的生物力学性能,为解释股骨颈骨折后股骨头坏死的发生原因提供实验依据.方法 取8个正常国人(45 ~60岁)尸体股骨,排除畸形、骨折等病变.将近端主张力骨小梁系统从外侧到内侧分成3个区,在每个区内沿主张力小梁方向及与其垂直方向切取骨小梁试件,并分别在EnduraTEC ELF3200生物力学...  相似文献   

9.
目的采用结合显微CT和显微有限元分析方法,即基于显微CT图像建立三维有限元模型并进行数值模拟仿真分析,无创研究不同分期的坏死股骨头松质骨的微结构和微观力学性能,以期了解在股骨头坏死的发展过程中,松质骨微结构和微观力学特性的变化规律,为临床预测股骨头坏死提供理论基础。方法采集10例股骨头坏死患者的股骨头标本的显微CT图像,按照国际骨循环研究学会分期标准分为Ⅱ期样本3例,Ⅲ期3例,Ⅳ期4例。将图像中骨组织进行阈值分割,分区域建立坏死区、侧向区、硬化区和远端区的松质骨块三维有限元模型(边长8 mm),并根据CT值赋予非均匀材料属性。利用ImageJ软件中的BoneJ插件通过识别显微CT组图像,计算测量各区域松质骨的微结构参数,包括骨体积分数、骨小梁厚度、骨小梁间隙、结构模型指数。对松质骨块施加表观应变为1%的压缩载荷,计算骨组织应力和松质骨表观刚度等参数,对比分析各分期、各分区结果。结果在松质骨微结构方面,Ⅳ期较Ⅱ期的股骨头内部硬化区和坏死区的变化最为明显,硬化区的骨体积分数不断上升,骨小梁间隙下降,结构模型指数减小,而坏死区域与之相反;在骨组织微观受力方面,Ⅱ期到Ⅲ期坏死区域的应力并没有明显变化,而硬化区域随着分期增加应力不断上升,侧向区的应力不断下降。表观刚度变化与应力变化一致。结论随着股骨头坏死程度的加剧,硬化区的松质骨微结构和力学性能变化最大,应作为临床早期诊断中重点关注的区域。此外,微结构参数并不能准确体现松质骨的力学行为,而股骨头塌陷最终取决于其力学特性,因此结合有限元分析方法可更加全面了解股骨头坏死的微观力学演变规律。  相似文献   

10.
影响松质骨力学性能的显微结构因素陈永强综述戴克戎审校(上海第二医科大学附第九人民医院骨科)松质骨是一种由杆状和板状骨小梁组成的连续三维网状结构[1,2]。研究表明,松质骨的显微结构特征与其所处的特定力学环境有关,以往对松质骨力学性能的研究主要局限于骨…  相似文献   

11.
目的 探讨人体下肢长骨负重关节软骨下松质骨显微硬度的分布特征。方法 选取3具年龄大于40岁的新鲜冰冻尸体标本,取出所有标本的右侧股骨和胫骨,分别于股骨头、股骨内髁、股骨外髁、胫骨内髁、胫骨外髁、胫骨远端距负重区关节软骨面1 cm处,垂直于下肢机械轴切下3 mm厚松质骨样本。使用维氏显微硬度测量系统测量骨组织显微硬度。比较不同标本、股骨与胫骨以及不同解剖部位软骨下松质骨的显微硬度差异,分析3具标本不同解剖部位软骨下松质骨显微硬度分布规律。结果 共制成18个标本,行180次显微硬度测量。3具标本的下肢长骨负重关节软骨下松质骨的总体显微硬度值为20.3~47.3(36.0±5.7)HV,3具标本间差异无统计学意义(F=2.40,P=0.094)。股骨软骨下松质骨显微硬度小于胫骨,分别为(32.5±4.9)HV、(39.4±4.3)HV,差异有统计学意义(t=-10.02,P<0.001)。股骨头软骨下松质骨显微硬度为(32.9±4.6)HV,股骨内髁(35.1±3.9)HV、股骨外髁(29.7±4.7)HV、胫骨内髁(40.8±4.0)HV、胫骨外髁(36.8±4.2)HV、胫骨远端(40.7±3.6)HV,差异有统计学意义(F=33.28,P<0.001),其中股骨外髁显微硬度最低,胫骨内髁显微硬度最高,内髁均高于外髁。3具标本不同解剖部位软骨下骨的显微硬度分布规律相似。结论 人体下肢长骨负重关节软骨下松质骨的显微硬度存在较大差异,胫骨软骨下松质骨显微硬度高于股骨,膝关节内侧间室硬度大于外侧间室。  相似文献   

12.
目的 探究股骨头坏死中松质骨微观结构参数和力学性能的空间分布规律,为临床诊断中科学评估病灶对病情的影响提供理论依据。方法 结合影像学测量和数值模拟方法,定量分析不同区域松质骨的微观结构参数和力学性能,分别从冠状面、矢状面和水平面投影方向上探究松质骨生物力学特征的空间分布特点。结果 在股骨头冠状面和矢状面投影方向上,松质骨的微观结构特征与力学性能大致呈Y型分布,Y形区域内松质骨的力学性能高于其他区域,该分布特点与股骨头内的主压应力束的位置相吻合。结论 位于股骨头Y形区域内的坏死灶对股骨头内应力分布的影响程度会更大,更有可能导致病情恶化。临床诊断中应充分考虑坏死灶和Y形区域的位置关系。  相似文献   

13.
目的 探讨强化螺钉治疗老年人重度骨质疏松EvansⅡ型股骨转子间骨折的最佳骨水泥量。方法 选取2020年10月5日新疆医科大学第一附属医院1例73岁女性左股骨粗隆间骨折患者的双侧髋部及股骨CT资料,导入Mimics 20和 Geomagic Wrap 2017软件构建右侧股骨三维模型。使用Solidworks 2017软件建立强化螺钉模型,并将右侧股骨三维模型与强化螺钉模型按照常规标准手术技术进行装配、组合;使用Geomagic Wrap 2017软件在组合后的模型上模拟EvansⅡ型骨折,在股骨转子间骨折不同骨水泥量强化螺钉固定模型与EvansⅡ型骨折模型组装完成后,施加载荷。截取强化螺钉近端周围部分松质骨重新定义为骨水泥部件,按包裹水泥量的不同分别建立A模型(2 mL)、B模型(3 mL)、C模型(4 mL)、D模型(5 mL)、E模型(6 mL)5个模型组,设置材料参数、边界条件、施加载荷后储存为K文件,分别导入Ansys 2019软件中进行有限元分析。观察对比不同骨水泥量强化螺钉固定模型中骨水泥表面对股骨头近端松质骨的切割情况,股骨颈内翻、内旋角度,强化螺钉应力分布情况,以及股骨近端位移情况。结果 A、B、C、D模型组骨水泥表面对股骨头近端松质骨切割最轻微,E模型组切割程度最严重。A、B、C、D、E模型组中股骨颈内翻角度分别为5.2°、6.0°、4.5°、5.1°、2.6°,股骨颈内旋角度分别为1.1°、1.4°、0.9°、1.0°、0.4°,其中E模型组股骨颈内翻角、内旋角均最小。A、B模型组骨水泥量模型应力主要集中在螺钉和主钉连接处; C、D模型组骨水泥量模型应力大部分集中于螺钉和主钉连接处,应力有向主钉分散的趋势;E模型组骨水泥量模型应力主要分布在强化螺钉的尾端,6 mL骨水泥量强化螺钉模型载入股骨转子间骨折模型后,在股骨大粗隆处出现新的骨折。A、B、C、D、E模型组中,股骨近端位移分别为7.7、8.4、8.2、8.1、13.7 mm;其中E模型组股骨近端位移最大,出现了骨水泥漏,且在强化螺钉模型载入股骨转子间骨折模型后,在股骨大粗隆处出现新的骨折。结论 强化螺钉治疗老年人重度骨质疏松EvansⅡ型股骨转子间骨折,使用2~4 mL骨水泥量,具有较好的生物力学效应。  相似文献   

14.
Osteoporotic/osteopenia fractures occur most frequently in trabeculae-rich skeletal sites. The purpose of this study was to use a high-resolution micro-computed tomography (micro-CT) and dual energy X-ray absorptionmeter (DEXA) to investigate the changes in micro-architecture and bone mineral density (BMD) in a sheep model resulted from ovariectomy (OVX). Biomechanical tests were performed to evaluate the strength of the trabecular bone. Twenty adult sheeps were randomly divided into three groups: sham group (n=8), group 1 (n=4) and group 2 (n=8). In groups 1 and 2, all sheep were ovariectomized (OVX); in the sham group, the ovaries were located and the oviducts were ligated. In all animals, BMD for lumbar spine was obtained during the surgical procedure. BMD at the spine, femoral neck and femoral condyle was determined 6 months (group 1) and 12 months (group 2) post-OVX. Lumbar spines and femora were obtained and underwent BMD scan, micro-CT analysis. Compressive mechanical properties were determined from biopsies of vertebral bodies and femoral condyles. BMD, micro-architectural parameters and mechanical properties of cancellous bone did not decrease significantly at 6 months post-OVX. Twelve months after OVX, BMD, micro-architectural parameters and mechanical properties decreased significantly. The results of linear regression analyses showed that trabecular thickness (Tb.Th) (r=0.945, R2=0.886) and bone volume fraction (BV/TV) (r=0.783, R2=0.586) had strong (R2>0.5) correlation to compression stress. In OVX sheep, changes in the structural parameters of trabecular bone are comparable to the human situation during osteoporosis was induced. The sheep model presented seems to meet the criteria for an osteopenia model for fracture treatment with respect to morphometric and mechanical properties. But the duration of OVX must be longer than 12 months to ensure the animal model can be established successfully.  相似文献   

15.
应用micro-CT获得腰椎松质骨微结构的三维参数,分析卵巢切除术与雌二醇干预对大鼠松质骨微结构及整体骨生物力学性能的作用,初步讨论松质骨微结构的改变对生物力学性能的影响.6月龄未交配雌性SD大鼠30只,随机分成3组(每组10只):假手术对照组(Sham)、去卵巢组(OVX)和去卵巢 补充雌二醇组(EBT).术后相同条件饲养5个月,取第3腰椎进行生物力学压缩试验,第4腰椎行micro-CT扫描.结果表明,与相应的Sham组比较,OVX组的BV/TV、Tb.N均明显下降,Tb.Sp和SMI明显增高.EBT组的BV/TV、Tb.N和Tb.Th均大于OVX组,Tb.Th和SMI明显小于OVX组.骨力学性能检测显示OVX组腰椎松质骨E、Fmax和σmax均明显降低,而EBT组上述骨生物力学参数均明显改善.通过micro-CT获得的骨微结构参数并结合骨力学性能检测能为合理评价骨质疏松及抗骨质疏松药物药效研究提供较好的实验依据.  相似文献   

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