肌电传感器加速度计在良性阵发性位置性眩晕患者平衡功能检测中的应用

目的用肌电传感器加速度计评估良性阵发性位置性眩晕(BPPV)患者平衡功能。方法选择2017年11月至2018年11月确诊的单侧原发性BPPV患者25例(病例组)和健康者18例(对照组);病例组再按病变部位分为后半规管-BPPV(PC-BPPV)亚组(20例)和水平半规管-BPPV(HC-BPPV)亚组(5例)。采用可穿戴式嵌入肌电传感器的加速度计观察动静态平衡功能。肌电传感器分别固定在患者左脚、右脚、头部和腰部,加速度计采集模块有前后、左右和垂直方向3个轴,采集站立和运动过程中的加速度信号,采样频率148 Hz。静态平衡试验包括睁眼静止站立和闭眼静止站立(用时各30 s),动态平衡试验为自然状态往返行走2次(距离20 m)。主要采集站立时的静态平衡参数:加速度的均方根(RMS)、平均速度(MV)、姿势摆动平滑度指标(Jerk);行走时的动态平衡参数:步态周期、步频、单步时、支撑相所占百分率(%)等数据。结果 PC-BPPV亚组和HC-BPPV亚组睁眼、闭眼时静态平衡参数与对照组比较均有差异。PC-BPPV亚组睁眼和闭眼站立期间摆动的RMS、MV和Jerk参数均显著大于对照组(P 0. 05),且闭眼站立期间的差异更大(P 0. 01)。HC-BPPV亚组睁眼站立期间摆动的RMS、MV和Jerk参数与对照组比较差异无显著性,闭眼站立期间摆动的Jerk参数显著大于对照组(P 0. 05)。与对照组比较,PC-BPPV和HC-BPPV亚组的步态周期和单步时间显著延长(P 0. 05),步频显著较小(P 0. 05),而左脚、右脚支撑相所占百分率以及双脚支撑相所占百分率差异无显著性(P 0. 05)。结论 BPPV患者的静态和动态平衡功能均存在缺陷,BPPV也许并不良性。平衡功能检查可为BPPV的诊断、治疗和康复提供客观依据。     

负载 rhBMP-2钙磷硅基活性骨修复材料的3D 打印构建及生物学性能研究

目的构建一种新型钙磷硅基活性骨修复材料,研究材料成分、孔道结构和是否负载生长因子对支架力学性能、细胞黏附性能和骨组织形成过程的影响。方法以磷酸钙骨水泥（C PC ）、介孔硅酸钙（MCS）为原料,采用3D打印技术构建不同孔道结构的MCS／CPC复合支架,在扫描电子显微镜下观察支架内部孔道结构,通过万能力学试验机测试各组支架的最大抗压力学性能,用四甲基偶氮唑盐法测试各组支架的细胞黏附性能。建立大鼠颅骨原位缺损修复模型,在支架上负载重组人骨形态发生蛋白（rhBMP）‐2制备得到钙磷硅基活性多孔支架（MCS／CPC／rhBMP‐2）,考察CPC、MCS／CPC和MCS／CPC／rhBMP‐2支架的组织相容性与成骨性能。结果采用3D打印技术能够实现对钙磷硅基骨修复支架内部孔道结构的可控制备。垂直孔设计大小为350μm 的MCS／CPC支架具有适宜的孔隙率和抗压力学强度（分别为56．6％和9．8 M Pa）;细胞相容性良好,有利于细胞黏附。负载rhBM P‐2可显著加快新生骨组织形成,植入MCS／CPC／rhBMP‐2复合支架初期纤维组织即可在连通孔道中自由生长,在植入12周后,MCS／CPC／rhBMP‐2支架新生骨面积明显高于CPC和MCS／CPC支架,且新生骨组织形成过程与颅骨膜内成骨过程相似,具有一定的仿生效应。结论采用3D打印法制备的 M CS／CPC／rhBM P‐2支架材料具有规则的连通孔道,力学性能良好,促进成骨效果优异,是理想的新型骨缺损修复材料。     

个体化数字导板结合3D打印技术在旋转铰链型人工膝关节置换术中的应用

目的探讨个体化数字导板结合3D打印技术在旋转铰链型人工膝关节置换术中的应用。方法 2011年6月至2014年7月,采用旋转铰链型人工膝关节置换术治疗胫骨近端恶性骨肿瘤16例。术前行64排螺旋CT及3.0T MRI扫描,建立膝关节三维解剖模型并模拟手术及设计复位导板,应用熔融沉积成型技术制作实体导板,术中引导骨肿瘤截骨。结果所有患者均获随访,随访时间为5~44个月,平均31个月,总优良率为88.1%。膝关节活动度为伸膝0°、屈膝90°~125°(平均106°)。术后肿瘤局部复发4例,但无假体松动、感染等并发症发生。结论旋转铰链型人工膝关节可减少骨与假体之间的应力,降低假体松动及疲劳性骨折发生率,因此旋转铰链型膝关节置换术是膝部恶性骨肿瘤较理想的保肢方法。而应用个体化数字导板可减少手术操作时间,提高假体安装精度,从而达到更佳的手术效果。     

骨质疏松症对松质骨骨小梁应力与微损伤关系的影响

目的应用显微CT和微有限元分析评估微损伤、微骨折骨小梁的应力、应变,探讨骨质疏松症对骨小梁应力和微损伤、微骨折之间关系的影响。方法通过显微CT扫描健康和骨质疏松人体髋臼松质骨,构建松质骨块三维微有限元模型,在无摩擦的位移边界条件下模拟松质骨块的单轴压缩实验,通过非线性微有限元分析得到在不同表观应变下骨小梁的应力、应变、微损伤和微骨折。结果 0.05%~0.50%表观应变下,健康和骨质疏松松质骨未损伤骨小梁的应力在50 MPa以下,微损伤骨小梁应力在110 MPa以上。健康松质骨骨小梁的平均应力相对较高,骨质疏松松质骨骨小梁最高应力值相对较高。健康和骨质疏松松质骨骨小梁均出现微损伤,健康松质骨骨小梁微损伤较多,骨质疏松骨骨小梁出现微骨折。结论在表观小应变范围内,健康松质骨骨小梁能承受更高的应力,出现较多的微损伤,而骨质疏松松质骨高应力骨小梁群内出现微骨折。     

3D生物描绘孔结构可控钙磷硅基骨修复支架的生物力学性能

目的设计和制备新型钙磷硅基骨修复支架,研究其在不同外力作用下体外生物力学性能。方法以自固化磷酸钙骨水泥(calcium phosphate cement,CPC)、介孔硅酸钙(mesporous calcium silicate,MCS)为原料,通过3D生物描绘技术构建孔径分别为350、500μm的MCS/CPC复合支架。采用扫描电镜观察支架表面形貌;分别通过万能力学试验机和动态力学分析仪,考察具有不同孔道结构MCS/CPC支架的抗压力学性能和不同频率动态周期性载荷作用下的力学性能。结果通过3D生物描绘技术能够实现对钙磷硅基骨修复支架内部孔道结构的可控制备。孔径为350μm的MCS/CPC支架具有较高的抗压力学强度[(9.80±0.39)MPa]和抗压模量[(132.50±4.30)MPa];此外,载荷频率在1~100 Hz范围内,孔径为350μm的支架具有较高的储能模量。结论通过3D生物描绘技术制备的孔径为350μm的MCS/CPC复合支架不仅具有规则的连通孔道,还具有较高的抗压力学性能,能在动态载荷作用下保持结构稳定,适合作为一种新型的骨缺损修复材料。     

下肢力线与膝关节软骨下骨板杆结构和软骨退变的关系

目的利用骨小梁分割技术(individual trabecula segmentation,ITS)和组织学方法分析膝关节骨关节炎(osteoarthritis,OA)的胫骨平台骨软骨标本,研究下肢力线与软骨下小梁骨显微结构以及软骨退变的关系。方法接受全膝关节置换术病人术前进行下肢全长X线平片拍摄,进行髋-膝-踝(hip-knee-ankle,HKA)角测量。收集术中切除的胫骨平台标本进行显微CT扫描,利用ITS分析软骨下骨小梁结构。通过组织学方法评价软骨退变。对下肢力线与软骨下骨显微结构参数改变和软骨退变进行相关性分析。结果胫骨平台软骨下骨小梁体积分数(BV/TV)、骨小板(pBV/TV)体积分数、骨小杆体积分数(rBV/TV)及轴向骨小梁体积分数(aBV/TV)、骨小板及骨小杆体积比值(P/R)、骨小板数量(pTb. N)、骨小板厚度(pTb. Th)、骨小板表面积(pTb. S)、骨小杆长度(rTb. L)、骨小板-骨小板连接密度(P-P Junc. D)、骨小板-骨小杆连接密度(P-R Junc. D)与软骨退变程度和下肢力线角度显著相关。HKA角度绝对值越大,受累侧胫骨平台软骨下骨小板增厚,骨小板数量增加,骨小板-骨小板以及骨小板-骨小杆的连接性越强,同时软骨退变OARSI评分也越高。结论下肢力线异常可能通过改变膝关节正常的应力分布而导致胫骨平台软骨下骨小梁显微结构异常,尤其是骨小板和轴向骨小梁的显著增多和增厚可能是进一步加重被覆软骨退变、导致OA进展的危险因素。因此,通过改变力线和调节软骨下骨代谢有望成为早期干预骨关节炎发生和发展的切入点。     

力学刺激对巨噬细胞极性的影响

目的 探讨力学刺激对巨噬细胞极性的影响。方法 使用不同幅度、时间张应变刺激RAW264.7细胞,CCK-8试剂检测细胞活性以明确使用的力学刺激参数。将RAW264.7细胞诱导为M1型巨噬细胞,并施加10%幅度、2 Hz张应变。使用CCK-8、流式细胞仪检测张应变对细胞活性、凋亡的影响。运用实时荧光定量聚合酶链反应仪（quantitative real-time polymerase chain reaction, qRT-PCR）检测张应变对M1型巨噬细胞炎症相关基因表达量的影响。结果 在刺激3 h后,15%和20%幅度、2 Hz张应变会显著抑制细胞活性（P＜0.05）,而10%幅度、2 Hz张应变不会对RAW264.7活性产生抑制作用（P＞0.05）。10%幅度、2 Hz张应变对M1型巨噬细胞凋亡、活性无显著影响（P＞0.05）。10%幅度、2 Hz张应变可以显著抑制M1型巨噬细胞炎症相关因子白细胞介素-1β（interleukin-1β,IL-1β）、肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-α,TNF-α）的表达（P＜0.05）。结论 10%幅度、2 Hz力学刺激可抑制M1型巨噬细胞,促使其向M2型转化。力学刺激可能成为炎症相关疾病的一种治疗手段。     

生物型空心松质骨螺钉的力学强度研究

目的 研发生物型空心螺钉并评价其力学性能,为今后经螺钉尾部注射富集骨髓干细胞并经螺钉扩散治疗骨折,特别是促进股骨颈骨折术后骨愈合、预防股骨头坏死提供理论基础。方法 对用于股骨颈骨折治疗的内固定TC4钛合金空心松质骨螺钉（直径7.3 mm）进行改良,设计研制封堵尾帽,并在长900 mm的空心松质骨螺钉的螺杆上设计侧孔,侧孔沿螺钉轴线排列,第1侧孔距钉尖20 mm,以后每个侧孔间距10 mm,依次为侧孔0~6个不等。侧孔为0的螺钉作为对照,其余分成平行于孔加力A组和垂直于孔加力B组,应用Instron材料试验机对螺钉进行3点弯曲测试,统计分析侧孔的数量及加压方向与螺钉力学强度的关系。结果（1） 平行于孔加力A组,即当螺钉侧孔方向面对受力方向,侧孔数量为0、1、2个时,螺钉受压应变达到3 mm,最大载荷和弹性模量均没有统计学差异;而当侧孔数量增加至3个以上时,最大载荷和弹性模量均出现明显下降,有统计学意义（P<0.05）。（2） 垂直于孔加力B组,即当螺钉侧孔方向垂直于受力方向,侧孔数量为0、1、2个时,螺钉受压应变达到3 mm,最大载荷间没有统计学差异（P>0.05）,侧孔数量为0、1、2、3个时,螺钉的弹性模量间没有统计学差异（P>0.05）;而当侧孔数量增加时,最大载荷（≧3个侧孔）、弹性模量（≧4个侧孔）均出现明显下降,有统计学意义（P<0.05）。（3） 当侧孔数≧3个时,垂直于孔加力组螺钉所能承受的最大载荷和弹性模量均高于同等侧孔数目螺钉受到平行于孔加力时的结果（P<0.05）。结论（1） 直径7.3 mm钛合金空心松质骨螺钉的侧孔数目控制在2个以内,对螺钉的力学性能无明显影响;（2） 若螺钉侧孔数≧3个,螺钉侧孔方向垂直于载荷方向较平行于载荷方向,能提供更强的力学性能。本研究为今后生物型空心螺钉的临床开发和使用提供了理论依据和支持。     

轻便低成本型人体平衡功能测量系统研究与开发进展

人体平衡的控制与保持机制十分复杂,老龄化、中风、肢体残障等因素都会导致人体运动平衡功能的障碍,因此平衡功能的测试与评价在该类相关疾病的诊断与评判中起着至关重要的作用。本文总结了目前人体平衡功能研究的常用设备与方法及其局限,提出了基于微电子传感器系统的穿戴式人体运动捕捉系统、基于体感游戏设计的平衡检测与康复训练系统等几种轻便低价的新型人体平衡测量与训练设备的设计思路与方法。     

力学因素在间充质干细胞构建功能性组织工程化软骨中的作用

间充质干细胞具有多向分化潜能,可定向分化为软骨组织,并且取材广泛、体外扩增能力强,是广泛应用于软骨组织工程的理想细胞之一。由于关节软骨具有重要的生物力学功能,需要强调和评估间充质干细胞构建组织工程化软骨组织的力学生物学性能。为更好地了解和认识修复软骨的诱导因素、信号通路与力学特性之间的关系,本文回顾了间充质干细胞在功能性软骨组织工程研究中的力学生物学研究进展,并论述了该领域内目前存在的问题及若干可供探索的途径和新方向。