有限元法生物力学分析在青少年特发性脊柱侧凸治疗及病因研究中的应用

青少年特发性脊柱侧凸发病率较高且病情复杂,对青少年身心健康可造成显著影响,但其因病因不明,临床尚未形成治疗共识。近年来基于患者医学影像进行仿真建模的有限元法生物力学分析在青少年特发性脊柱侧凸治疗及其病因研究中已经有了一系列的应用。本文即从非手术治疗、手术治疗、病因研究、现有局限等角度对有限元法生物力学分析在青少年特发性脊柱侧凸中的应用进行综述,以期为临床实践及相关研究提供参考。     

外柱细胞软化对Corti器感音影响的生物力学研究

Corti器的感音过程容易受到内部结构属性变化的影响。外柱细胞血管舒张刺激磷蛋白缺失会减缓肌动蛋白丝的形成,从而产生听力延迟。本研究运用COMSOL建立三维有限元模型研究肌动蛋白缺失导致外柱细胞软化时,Corti器感音过程中基底膜和外毛细胞与Deiters细胞结合点的力学行为变化。结果表明,外柱细胞软化会削弱外毛细胞主动力对基底膜位移增益的放大作用,但削弱作用并不会立即产生,Corti器存在维持正常功能的"缓冲"阶段。在100 dB和120 dB之间可能存在一个声压级临界值,在该临界值两侧外柱细胞软化对基底膜应力变化的影响是截然相反的。另外外柱细胞软化对不同外毛细胞与Deiters细胞结合点力学行为的影响也不同,位移增益优先级会因此产生改变。     

伸筋易骨法调节兔膝关节周围软组织张力影响软骨形态的研究

[目的] 评价伸筋易骨法对膝关节周围软组织张力及软骨形态的影响，以探讨其对膝关节骨性关节炎（KOA）的治疗作用。[方法] 选择6~8月龄雌性健康新西兰大耳白兔50只，随机分为5组。其中模型组、推拿组、玻璃酸钠组采用Hulth造模法模拟KOA，正常组、假手术组不做干预。造模成功后，推拿组予伸筋易骨法治疗3周，玻璃酸钠组予局部关节内注射每周1次，共3周，模型组不予任何治疗。治疗结束后，测试股直肌、股二头肌张力，并取软骨组织进行HE染色后光镜下进行形态学观察，并进行Markin评分。分析推拿组与其余4组的异同。[结果] 模型组较正常组，股直肌FDD值和S值显著降低（P<0.05），股二头肌FDD值和S值显著升高（P<0.05）。推拿组和玻璃酸钠组相较于模型组的股直肌FDD值和S值均显著升高（P<0.05））；推拿组和玻璃酸钠组相较于模型组股二头肌的FDD值和S值均显著降低（P<0.05）。推拿组和玻璃酸钠组相较于模型组，Mankin’s评分比较有统计学意义（P<0.05）。[结论] 伸筋易骨法可以显著增加关节周围肌肉的肌力、调节组织张力、改善关节活动功能，对保护膝关节周围软组织功能具有重要意义。     

半月板有限元分析的研究进展

对半月板生物力学研究一直是医学科研热点之一。有限元分析法(FEA)提供了一种新的思路和方法。通过建立半月板有限元模型,利用软件分析可获得正常半月板的应力应变分布特点,也可模拟半月板撕裂、半月板切除、以及膝关节各组织损伤,研究半月板力学特性的改变,为临床疾病的预防治疗以及康复提供理论力学依据。但目前的有限元分析法存在其局限性,未来建立高质量的有限元模型,使模型更真实反应半月板的解剖特点,以及将有限元分析法运用到更多的膝关节损伤中应是研究的方向。     

长眼轴患者白内障超声乳化术后角膜生物力学的变化

目的　观察长眼轴患者行白内障超声乳化术后角膜生物力学的变化。方法　收集拟接受白内障手术的患者58例68眼，将其分为长眼轴组（28例34眼）和正常眼轴组（30例34眼），应用可视化角膜生物力学分析仪（corneal visualization scheimpflug technology，Corvis ST）对患者术前及术后1周、1个月的角膜生物力学参数进行测量。结果　术前及术后1周、1个月两组峰距、中央角膜厚度、矫正眼压、眼压及长眼轴组第二压平时间和最大形变幅度的总体比较，差异均有统计学意义（均为P＜0.05）；术后1周与术前相比，两组峰距、中央角膜厚度、矫正眼压、眼压明显增大，长眼轴组最大形变幅度较术前减小，差异均有统计学意义（均为P＜0.05），但术后1个月正常眼轴组峰距、中央角膜厚度、矫正眼压、眼压均恢复到术前水平（均为P＞0.05），而长眼轴组最大形变幅度较术前减小，矫正眼压、眼压较术前均增高（均为P＜0.05）。术后1个月与术后1周比较，两组峰距、中央角膜厚度、矫正眼压、眼压均有减小趋势（均为P＜0.05）。长眼轴组术后1周中央角膜厚度、矫正眼压及最大形变幅度的变化量与眼轴长度均存在正相关性（r=0.493，P=0.003；r=0.575，P＜0.001；r=0.587，P＜0.001），而正常眼轴组的相关参数的变化量与眼轴长度均无相关性（均为P＞0.05）。结论　白内障超声乳化术能影响角膜生物力学，且长眼轴患者较正常眼轴者术后更易引起角膜生物力学改变，在白内障术后应注意其用药时间及激素类药物的使用，防止伤口愈合不良导致迁延感染及高眼压的发生。     

基于足底模型的痉挛性脑性瘫痪儿童步态生物力学特征分析CSCD

目的:基于足底模型分析尖足步态、蹲伏步态痉挛性脑性瘫痪(CP)儿童步态生物力学特征,探讨其与正常发育儿童步态生物力学特征的差异。方法:选择新西兰奥克兰大学生物力学实验室收集的60例CP儿童步态数据,按步态情况分为正常发育组、尖足步态组、蹲伏步态组,每组20例。采用三维步态采集与分析系统采集步态运动学数据。测试前先完成静态试验,校准计算机模型的物理标记点。每次测试时,研究对象以正常步速在指定区域内向前行进10 m,重复测量3次,取其平均值。比较3组足底压力中心前后侧(AP)位移、内外侧(ML)位移和中心位移斜率;踝关节最大推进力时足底压力中心与足底坐标系原点的水平距离(COP-AJC_(0));踝关节/膝关节AP、ML方向的杠杆臂和外力矩的差异。结果:(1)足底压力中心轨迹特征:与正常发育组比较,尖足步态组和蹲伏步态组COP-AJC_(0)均明显升高,差异均具有统计学意义(P<0.05)。与尖足步态组比较,蹲伏步态组COP-AJC_(0)、足底压力中心前后侧位移明显更大,足底压力中心位移斜率明显更小,差异均具有统计学意义(P<0.05)。(2)踝关节、膝关节杠杆臂和外力矩:与正常发育组比较,尖足步态组和蹲伏步态组踝关节AP杠杆臂、膝关节AP杠杆臂均明显更长,差异具有统计学意义(P<0.05)。与尖足步态组比较,蹲伏步态组踝关节AP杠杆臂明显更长,差异具有统计学意义(P<0.05)。3组踝关节/膝关节AP、ML外力矩差异均无统计学意义(P>0.05)。结论:基于改良足底模型的足底压力中心轨迹和下肢关节杠杆臂特征分析能够精确、客观地反映痉挛性脑瘫儿童步态生物力学特征,值得临床推广应用。     

新型颈椎后路椎管成形桥接融合器三维运动力学及稳定性测试

[目的]探讨新型颈椎后路椎管成形桥接融合器在颈椎后路单开门椎管扩大成形术中的生物力学特性。[方法]以正常成年人4具尸体颈椎标本进行试验,制备后路椎管单开门模型,以右侧为轴,分别在左侧行新型桥接融合器(融合器组)、ARCH钛钢板(钛板组)和钛缆(钛缆组)固定,对三种固定以及原始标本进行6自由度的生物力学测试。[结果]四组间后伸、左侧弯、左旋转活动度间的差异有统计学意义(P0.05),四组间在前屈、右侧弯和右旋转活动度的差异无统计学意义(P0.05)。钛缆组的各方向活动度均大于融合器组、钛板组和原始对照组,差异有统计学意义(P0.05)。融合器组各方向活动度均小于钛板组,在左侧弯及左旋状态下融合器组的活动范围与钛板组的差异有统计学意义(P0.05),而在后伸、前屈及右侧弯状态下的活动范围融合器组与钛板组之间的差异无统计学意义(P0.05)。[结论]生物力学试验中6自由度活动度测试显示在颈椎单开门椎管扩大成形术中应用新型桥接融合器内固定能维持较好的颈椎活动度,同时术后拥有良好的即刻稳定性,完全满足目前经后路椎管成形术的治疗要求。     

CorvisST与Pentacam及Topcon眼压计测量中央角膜厚度、眼压结果的一致性观察

目的探讨可视化角膜生物力学分析仪(Corvis ST)与三维眼前节分析系统Pentacam及Topcon眼压计测量中央角膜厚度、眼压结果的一致性。方法选择近视眼患者60例,分别行Corvis ST、Pentacam和Topcon眼压计检查,对Corvis ST与Pentacam所测的中央角膜厚度及Corvis ST与Topcon眼压计所测的眼压值进行比较。结果Corvis ST、Pentacam所测的中央角膜厚度分别为(533.33±36.18)、(545.52±33.80)μm,两者比较P<0.05;Corvis ST、Topcon眼压计所测的眼压值分别为(13.62±2.99)、(15.77±2.80)mm Hg,两者比较P<0.05。结论 Corvis ST与Pentacam和Topcon眼压计测量结果均有差异,不能相互代替。