下颈椎C3-C7活动节段三维有限元的建模和验证

基于CT图像数据结合图像处理软件建立人体下颈椎C3-C7活动节段的三维有限元模型,并验证模型的有效性。选取一名健康志愿者颈椎CT数据,建立包括椎体、后部结构、终板、椎间盘、韧带和关节突等部分的下颈椎C3-C7三维有限元模型,赋予颈椎组织不同成分的材料属性,模拟人体颈椎在正常生理状态下承受扭矩载荷时,前屈、后伸、侧弯和旋转等运动情况下颈椎椎体、椎间盘和小关节的生物力学特性。颈椎C3-C7活动节段在四种工况下的活动范围与前人离体实验和有限元分析的研究结果基本吻合,颈椎椎体、椎间盘和小关节的应力分布符合其生物力学特性。下颈椎C3-C7活动节段的模拟结果符合人体的真实运动规律,为临床颈椎的生理、病理研究以及植入器械的力学性能分析奠定理论基础。     

上颈椎C0-C3节段不同载荷作用下生物力学特性的有限元分析

研究上颈椎C0-C3活动节段在不同载荷作用下前屈、后伸、侧屈和旋转时椎体应力、关节活动度(range of motion,ROM)及椎间盘的应力分布情况,探讨载荷改变对上颈椎生物力学特性的影响。基于CT图像数据建立人体上颈椎有限元模型,模型包括皮质骨、松质骨、纤维环、髓核、关节软骨、终板及韧带等结构,根据解剖特征赋予不同部位的材料属性,计算分析上颈椎C0-C3各节段在不同力矩作用下屈伸旋转时颈椎ROM、椎体应力和椎间盘最大应力变化趋势,与前人离体试验和有限元结果进行对比验证。人体上颈椎C0-C3节段在40 N和1.5 N·m载荷作用下,前屈时ROM最小,C0-C1、 C1-C2、C2-C3各节段ROM分别为1.88°、2.16°和1.59°;后伸时ROM大于前屈,最大相差幅度为2.32°;侧屈时ROM大于前屈,增幅分别为2.57°、2.41°和0.49°;轴向旋转时ROM最大,相对于侧屈ROM分别增加了247.64%、282.71%和-43.27%。当施加40 N预载荷和1.0、1.5、2.0、2.5 N·m力矩时,随着力矩等值增大,上颈椎C0-C3节段整体ROM呈非线性增加,变化特征为前屈时最小,旋转时最大;椎间盘最大应力值呈非线性增加(前屈和侧屈)和减少(后伸和旋转),ROM和应力分布趋势和前人研究结果一致。上颈椎三维有限元模型在不同载荷下数值分析的结果符合正常人体颈椎生理活动范围和生物力学特性,为临床颈椎病理和生理的生物力学研究提供理论依据。     

正常人下颈椎C_(4～7)节段三维有限元模型的建立与验证

本研究基于计算机断层扫描(CT)图像数据建立并验证正常人颈椎C4~7三维有限元模型,为研究中医手法治疗颈椎慢性疾病的生物力学机制提供模型平台。基于受试者颈部CT图像,依次运用Mimics 17.0、Geomagic12.0及Abaqus 6.13等软件创建正常人C4~7节段有限元模型。在模型上分别模拟前屈、后伸、左右侧弯和左右旋转工况,计算椎体间相对动度(ROM),将计算的结果与文献结果进行对比分析,并观察模型在1Nm载荷下6种工况下模型的主要应力分布情况。本研究成功建立了正常人颈椎C4~7三维有限元模型,共包含591 459单元、121 446节点,模拟了椎体、椎间盘、韧带、关节等几何结构与材料特性。模型在前后屈伸、左右侧弯和左右旋转6种工况下的ROM与实验研究数据基本一致,在1Nm扭矩或弯矩载荷下,模型主要应力分布基本反映了正常人颈椎生理活动时的主要应力分布情况。本研究建立的正常人颈椎C4~7三维有限元模型精确逼真,符合颈椎的生物力学特性,可用于研究中医手法治疗颈椎慢性疾病的生物力学分析。     

基于有限元方法的不同球-窝设计参数的人工颈椎间盘生物力学分析

本文采用三维有限元方法评价不同球-窝曲率半径的ProDisc人工颈椎间盘在植入颈椎后的生物力学差异,为人工椎间盘的设计改进和临床应用提供生物力学参考依据。首先建立C5-C6节段的三维有限元模型并验证,同时建立曲率半径分别为4、5和6mm的人工颈椎间盘有限元模型并分别植入C5-C6节段,对所有置换模型都施加74N的轴向压缩预载荷和1.8Nm的前屈/后伸、左右侧弯和轴向旋转力矩,进行有限元计算。计算结果显示球窝结构的曲率半径会改变植入节段的屈伸关节活动度,而在其他载荷下差异不明显。增大曲率半径可改善聚乙烯内衬应力集中现象,但同时也会伴随小关节力、韧带张力增大的不良结果。因此,人工椎间盘的设计应综合考虑保留运动节段的关节活动度同时又不致小关节、韧带、聚乙烯等的应力过大,以免影响长期临床效果。     

颈椎人工椎间盘置换有限元分析

目的　建立C4~5节段PrestigeTM-LP颈椎人工椎间盘植入后的三维有限元模型,进行手术节段的运动分析。 方法 采用对成年男性的新鲜尸体的颈椎标本进行CT三维扫描方法建立C4~5节段和PrestigeTM-LP人工间盘有限元,模拟完成C4~5人工椎间盘置换手术。测量生理加载下手术节段前屈/后伸、侧弯及轴向旋转运动角度。结果 有限元模型对颈椎的结构,包括椎体间韧带、颈椎关节突关节、钩椎关节等均进行了精确的重建,并较好地模拟手术操作进行PrestigeTM-LP人工间盘植入。运动加载后运动角度,前屈5.7°,后伸3.5°,侧弯5.0°,旋转11.3°,与文献报道结果较为接近。 结论　有限元模型具有精确度高,手术模拟真实的特点,可作为颈椎人工椎间盘生物力学研究的一种较好途径。PrestigeTM-LP颈椎人工椎间盘置换可较好地保留手术节段的运动功能。     

动态稳定器植入术后颈椎生物力学的有限元分析

本文研究动态稳定器(DCI)植入术对下颈椎邻近节段的关节活动度(ROM)、椎间盘与椎体的生物力学特性及力传导模式的影响。首先采用DCI植入和椎间植骨融合两种术式建立颈椎C5、6节段退变治疗的有限元模型,分析两种术式下C3~7段颈椎在前屈、后伸、侧弯和旋转时的ROM及椎间盘和椎体的应力分布情况。结果表明DCI植入后手术节段ROM保留效果明显(减小幅度25%),对邻近节段运动学特性影响较小。植骨融合后手术节段的ROM丧失86%~91%,邻近节段的ROM和椎间盘、椎体应力均显著增加,C5椎体应力增加达171.21%。因此DCI植入对颈椎ROM和应力影响较小,本文结果可为DCI植入与植骨融合的临床手术提供理论依据。     

半限制型人工颈椎间盘置换与植骨融合术后下颈椎生物力学的有限元分析

目的 研究Discover、Prodisc-C人工椎间盘置换术与植骨融合术后下颈椎活动度（range of motion, ROM）、椎间盘应力、韧带张力的生物力学特性以及植入假体力学性能的改变。方法 建立C5~6椎间盘退变3种手术方案：Discover、Prodisc-C人工椎间盘置换和自体髂骨植骨融合有限元模型,同时建立C4~7节段下颈椎原始模型。分析术后下颈椎C4~7节段在矢状面、冠状面及横断面上椎体的生物力学特性变化。结果 术后手术节段关节ROM变化：Discover模型增加12.7%~73.1%,Prodisc-C模型增加74%~98%,植骨融合模型下降55.8%~71.8%。Discover置换后上邻近椎间盘应力无明显增加,下邻近椎间盘应力在前屈、后伸、轴向旋转工况下减少33.2%~54.2%,囊韧带张力增幅比Prodisc-C置换后减少30%~40%。Discover假体最大应力（36.72 MPa）出现在前屈工况下,小于Prodisc-C假体的最大应力（42.66 MPa）。结论 人工椎间盘置换术可以保留手术节段的运动性能,Discover作为新一代人工椎间盘假体,在减少韧带负担和维持脊柱稳定性方面有所进步。研究结果可为颈椎前路融合手术和人工颈椎间盘置换术的临床研究提供理论依据。     

颈椎三维有限元模型的建立

目的 建立颈椎（C2～ C7）三维有限元模型。方法 根据1名既往无颈椎病史健康成年男性志愿者的颈椎断层CT扫描序列图像,采用Mimics1 3.1、SolidWorks2012软件进行三维重建和造型,利用ANSYS14.0软件,采用四面体网格划分方法,对颈椎及周围组织赋予不同的材料属性,建立颈椎（C2 ～C7）三维有限元模型。结果 本研究成功建立了6个椎体运动节段的三维有限元模型,模型高度模拟颈椎结构与材料特性,单元划分精细。在建立的模型上加载模拟脊柱的前屈、后伸、左右侧曲、左右旋转6种工况下的生理活动,所获得的理论分析结果与参考文献的报道一致。结论 建立的颈椎三维有限元模型可进行颈椎生物力学研究。     

不同单节段颈椎前路椎间融合系统对邻近节段的生物力学影响

目的对比Zero-P零切迹颈椎前路椎间融合固定系统和Cage-Plate融合系统对相邻节段的生物力学影响,为单节段颈椎病的治疗远期临床疗效提供参考。方法选择正常人CT扫描数据建立颈椎C1~7有限元模型,在验证模型的有效性后,分别建立在颈椎C5~6植入Zero-P和Cage-Plate融合系统的有限元模型。分别加载1.5 N·m扭矩模拟颈椎前屈、后伸、侧弯和旋转运动,对比正常情况下颈椎和分别植入Zero-P与Cage-Plate融合系统后相邻节段活动范围(range of motion,ROM)变化和椎间盘髓核、纤维环、终板及小关节上的应力。结果两种颈椎融合器植入后,C4~5椎间ROM增大20%,但C6~7椎间ROM增大120%,C4~5、C6~7髓核上的应力分别增大78%、110%,相邻节段终板和纤维环上的应力均有所增大。结论 Cage-Plate和Zero-P融合系统植入后均会引起相邻节段ROM增大,以及相邻椎间盘髓核、纤维环和小关节上应力增大,长远上会引起邻近节段的病变。但Cage-Plate和Zero-P融合系统对邻近节段的生物力学影响没有本质区别。     

半限制型人工颈椎间盘置换与植骨融合术后下颈椎生物力学特性的有限元分析

目的研究Discover、Prodisc-C人工椎间盘置换术与植骨融合术后下颈椎活动度(range of motion,ROM)、椎间盘应力、韧带张力的生物力学特性以及植入假体力学性能的改变。方法建立C5~6椎间盘退变3种手术方案:Discover、Prodisc-C人工椎间盘置换和自体髂骨植骨融合有限元模型,同时建立C4~7节段下颈椎原始模型。分析术后下颈椎C4~7节段在矢状面、冠状面及横断面上椎体的生物力学特性变化。结果术后手术节段关节ROM变化:Discover模型增加12.7%~73.1%,Prodisc-C模型增加74%~98%,植骨融合模型下降55.8%~71.8%。Discover置换后上邻近椎间盘应力无明显增加,下邻近椎间盘应力在前屈、后伸、轴向旋转工况下减少33.2%~54.2%,囊韧带张力增幅比Prodisc-C置换后减少30%~40%。Discover假体最大应力(36.72 MPa)出现在前屈工况下,小于Prodisc-C假体的最大应力(42.66 MPa)。结论人工椎间盘置换术可以保留手术节段的运动性能,Discover作为新一代人工椎间盘假体,在减少韧带负担和维持脊柱稳定性方面有所进步。研究结果可为颈椎前路融合手术和人工颈椎间盘置换术的临床研究提供理论依据。     

Modes of Inheritance of Errors of Refraction

Eighteen families in which both parents had refractions within the range of +4·0 D to −4·0 D and axial lengths seen in emmetropia (22·3-26·0 mm) showed coefficients of correlation of the order 0·5 indicative of polygenic inheritance. Such coefficients were seen for axial length (0·407) and for the cornea (0·487), but not for the lens (which is known to be yoked to the axial length). No such coefficients were seen in 19 families in which one of the parents had axial length outside the emmetropic range (nine families with long axes and 10 with short axes).

The pattern of polygenic inheritance for emmetropia (completely correlated optical components) and errors of refraction up to 4·0 D (inadequately correlated components: correlation ametropia) follows that seen in stature and other measurable characters. In contrast the high refractive errors with their abnormal axial lengths (component ametropia) are—like the extremes in stature—pathological anomalies with monofactorial inheritance.

     

Recovery of responsiveness of cells of lateral geniculate nucleus of rat

1. Recovery of responsiveness of single cells in lateral geniculate nucleus of rat has been determined in both P and I cells. There are three types of recovery curve among P cells; (a) early recovery, (b) early partial recovery followed by depression and then complete recovery, (c) prolonged depression followed by cyclic recovery. Type (c) is by far the commonest recovery curve. In contrast to the spike in a P cell, the synaptic potential recovers to its full amplitude in about 20 msec. All I cells exhibit similar rapid recovery curves after a prolonged depression.2. Conditioning stimuli applied to visual cortex also produce a prolonged depression in most P cells but I cells can be re-excited at short intervals from cortex. Decortication does not prevent the prolonged depression of the multineuronal response produced by optic nerve stimulation.3. A neuronal model is proposed to explain these observations. It is supposed that I cells (interneurones) are innervated by axon collaterals of the P cells (principal cells, projecting to visual cortex) and that the I cells exert an inhibitory influence on the P cells.     

Level of functioning of siblings and parents of probands of varying degrees of retardation

A further analysis of already published data supports the position that retardates of low ability level less frequently have retarded siblings, retarded parents, and parents low in occupational level than do retardates higher in ability level. The analysis supports the position that there are two types of retarded individuals, persons retarded as a result of gene or chromosomal anomalies, brain injury, etc., who more frequently occur in the lower-level retardate group, and persons whose retardation represents polygenic segregation, who more frequently occur in the higher-level group.     

Analysis of two types of dopaminergic responses of neurons of the spinal ganglia of rats

It was established, in experiments on isolated spinal ganglia of adult rats in concluons of intracellular recording, that dopamine (1 M/liter) elicits depolarized responses in 61% of neurons, hyperpolarized in 20% of neurons, and depolarized-hyperpolarized in 19% of neurons. The depolarized responses are associated with the activation of D₁ dopamine receptors, and are governed by the shift of cAMP-dependent cation (sodium) channels to the conducting state. The hyperpolarized responses are triggered by the activation of D₂ dopamine receptors, which by means of HTP-binding protein convert the potassium channels to the conducting state. The change in the polarization of neurons with the action of dopamine influences their electrical excitability variously.Translated from Fiziologicheskii Zhurnal SSSR imeni I. M. Sechenova, Vol. 76, No. 6, pp. 739–745, June, 1990.