颈椎间盘退变的形态学观察和生物力学研究

目的:观察长时间异常应力环境下兔颈椎间盘的组织形态和生物力学性能变化,为防治颈椎病的研究提供实验依据.方法:选取30只家兔,随机分为对照组、模型组,造模家兔颈椎处于低头屈曲45°位异常应力环境下5小时/次·天.动物处死后,光镜和电镜下观察颈椎间盘组织形态学变化;功能节段生物力学性能测试.比较各组间存在的差异.结果:对照组颈椎间盘组织形态及生物力学性能无明显变化;模型组颈椎间盘发生软骨细胞变性、坏死,髓核皱缩,软骨终板钙化、断裂等组织形态学改变;椎间盘压缩、扭转生物力学性能下降,并随着异常应力作用时间的延长而表现更为显著.结论:长时间处于异常应力环境下能使兔颈椎间盘组织形态和生物力学性能均发生明显退行性改变.     

新型翼状颈椎间融合器植入颈椎即刻稳定性的生物力学评价

用三维有限元法测试自行设计的翼状颈椎间融合器(ACIFC)的生物力学性能,探讨其用于颈椎椎间前路融合的可行性。在有限元分析软件ABAQUS中模拟植入ACIFC的颈椎前路椎体融合术,进行术后即刻稳定性的生物力学分析。计算出活动度(ROM),分析其力学性能,并与相关实验数据进行了比较性分析。椎间融合器植入后,颈椎活动度下降了25%,与植入前有显著性差异(P<0.05)。同时,ACIFC有较好的抗拔出性能和具备较好的植骨融合环境。可以证实ACIFC能为颈椎椎间融合提供足够的初始生物力学稳定性。     

一种翼状颈椎间融合器(ACIFC)与自体髂骨植入颈椎的即刻稳定性的生物力学对比分析

用三维有限元法测试并比较新型翼状颈椎间融合器（ACIFC）和自体髂骨植入融合的生物力学性能,探讨ACIFC用于颈椎椎间前路融合的可行性。在大型有限元分析软件ABAQUS中,分别模拟植入ACIFC和植入自体髂骨的颈椎前路椎体间融合术。进行术后即刻稳定性的生物力学分析测定,计算出活动度（ROM）、强度、位移等生物力学指标,并与相关实验数据进行了比较性分析。椎间融合器植入后,平均颈椎活动度下降25%,颈椎强度增加37%,刚度增加7%,位移减少7%。与植入前有非常显著性差异（P〈0.01）。ACIFC能为颈椎椎间前路融合提供足够的初始生物力学稳定性。     

膜单元与弹簧单元模拟韧带损伤的生物力学响应

目的对比分析膜单元与弹簧单元对颈部韧带生物力学响应的影响。方法基于现有的6岁儿童颈部有限元模型,将其中的韧带分别用膜与弹簧两种单元类型模拟,进行儿童颈椎C4～5椎段动态拉伸实验和全颈椎拉伸实验。同时采用膜单元模型进行弯曲仿真试验,并分析仿真效果。结果在C4～5椎段动态拉伸实验中,膜单元仿真与弹簧单元仿真最终失效力分别为1 207、842 N,与尸体实验分别相差0. 6%、30. 6%;在全颈椎拉伸实验中,膜单元仿真峰值力与尸体实验相差1. 8%,弹簧单元仿真峰值力为484 N,与尸体实验相差较大。膜单元弯曲试验仿真效果良好。结论弹簧单元在模拟受力方面存在一定局限性,而膜单元具有较高的生物仿真度,更能体现韧带的生物力学响应。     

穿戴模拟重力服对微重力环境下人腰椎间盘退变影响

目的分析微重力环境下穿戴模拟重力服对人腰椎间盘的生物力学影响。方法基于健康成年志愿者CT影像,建立人L4～5脊柱有限元模型。在腰椎有限元模型空载荷以及加载4 h 400 N轴向载荷基础上,分别模拟微重力环境下无干预和穿戴模拟重力服对腰椎间盘的生物力学影响。结果微重力环境下,人腰椎间盘中心孔压、径向位移和含水量随时间推移而增大。微重力环境穿戴模拟重力服情况下,72 h后腰椎间盘中心孔压、轴向应力、径向位移和含水量与无干预组相比均有减小。结论微重力环境下,穿戴模拟重力服了在一定程度上可帮助宇航员对抗微重力造成的对脊柱的不利影响。     

Fas配体与椎间盘免疫赦免及退行性变的研究

椎间盘退变是一个复杂的病生理过程,Fas配体被认为是快速传递细胞凋亡的死亡信号。研究者提出椎间盘免疫赦免特性归结于椎间盘在局部所表达的Fas配体,而且Fas配体介导的细胞凋亡可能是椎间盘退变的一个病因。近年有关Fas配体及细胞凋亡在椎间盘免疫赦免及退行性变的发生及发展中所起的作用越来越受到重视。     

定点侧屈旋扳整颈手法对神经根型颈椎病椎间孔的形态学影响

目的 基于三维重建技术分析定点侧屈旋扳整颈手法治疗神经根型颈椎病（cervical spondylotic radiculopathy, CSR）患者椎间孔形态的变化,为手法治疗的有效性提供依据。方法 对40例CSR患者给予定点侧屈旋扳整颈手法治疗,隔日1次,共治疗7次,2周为1个疗程。利用多功能CT、Mimics 21.0、Geomagic、SolidWorks 2017软件对患者治疗前后CT数据进行三维重建分析,分别测量患者治疗前后椎间孔面积、椎间孔前后径、椎间孔上下径以及双侧颈肩部、上肢前侧、上肢后侧红外热成像温差值,并观察患者治疗前以及治疗7、14 d和1月随访时的VAS评分。结果 40例患者治疗后椎间孔面积、前后径、上下径较治疗前均得到改善,治疗前后患者红外热成像温差值均具有统计学意义。患者VAS评分呈逐级递减式下降。结论 定点侧屈旋扳整颈手法可以显著改善CSR患者的椎间孔形态,以此达到解除神经压迫的治疗目的。     

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。     

小鼠巨噬细胞对爆炸冲击损伤的力学生物学响应

目的 建立激波管对C57BL/6小鼠侧卧身位爆炸冲击实验模型,探究24 h内冲击波对C57BL/6小鼠心、肺、脑组织中巨噬细胞/小胶质细胞的力学损伤变化规律,明确组织巨噬细胞/小胶质细胞对爆炸冲击的力学生物学响应.方法 使用激波管对C57BL/6小鼠加载冲击损伤.首先在冲击后的不同时间点测量小鼠体质量变化,并在麻醉后解...     

Experimental Study on Stress Relaxation and Creep Properties of Human Thoracolumbar Vertebral Bodies and Intervertebral Discs

Objective：Underwater shock can produce extremely high accelerations, resulting in severe human injuries on shipboard, and human thoraco lumbar spines are prone to suffer from injuries by ship shock motion. To observe the viscoelasticity of thoracolumbar of young fresh cadavers, and to provide biomechanical parameters for both research and clinical practice. Materials and Methods：5 fresh young male cadavers （aged 22 to 31 years） were provided, and 15 thoracolumbar spinal anatomies of 5 samples were harvested within 1 hour of death. WE-10A universal testing machine was used for creep and relaxation tests.Results：Stress relaxation and creep deformation equations are derived from the biomechanics model and the measured and simulated curves are compared. The creep in vertebral bodies and intervertebral discs exhibited significantly changes in the first 5 min and 10 min, respectively. The stress rapidly decreased in the first 2 min, and then gradually went balance during the relaxation process. Conclusion：The change in creep rate is significant at early stage,and gradually slows down.This indicates that the differences between internal pressure and local pressure are decreased until balance. The simulated curve derived from equation coincides with the experimental data to a large degree, which states that the equation is rational and reliable.     

颈椎连续三节段 Hybrid 手术与融合术的生物力学研究

目的 比较颈椎连续三节段Hybrid手术[颈前路减压植骨融合(anterior cervical discectomy and fusion, ACDF)+人工颈椎间盘置换(cervical disc arthroplasty, CDA)]与三节段ACDF对颈椎生物力学的影响。方法 基于CT数据建立C1～T1颈胸椎有限元模型,通过植入Prestige LP和Zero-P假体模拟3种模型,包括两种Hybrid模型(AFA:C3～4、C5～6节段植入Prestige LP,C4～5节段植入Zero-P;FAF:C3～4、C5～6节段植入Zero-P,C4～5节段植入Prestige LP)和三节段ACDF模型(FFF)。比较各模型前屈、后伸、侧弯以及轴向旋转时相邻节段及整体活动范围(range of motion, ROM)以及相邻节段椎间盘内压力(intradiscal pressure, IDP)及小关节接触力(facet contact force, FCF)的变化。结果 AFA模型相邻节段及整体ROM都更接近完整模型,FAF、FFF模型相邻节段ROM最大增幅分别为15.0%和23....     

人工珊瑚椎间融合器对椎间盘切除术后的生物力学影响

目的通过动物实验观察髓核切除前后腰椎间盘承受轴向载荷的形变与植入人工珊瑚椎间融合器后对形变的影响。方法采用20个猪的L3,4、L4,5椎体及所属的椎间盘作为力学实验模型,轴向加压分别测试不同载荷下椎间隙高度的变化,椎间盘髓核摘除前、后及植入人工珊瑚椎间融合器后分别测试3组数据,资料采用Paired-Samplesttest统计分析。结果椎间盘切除术后椎体前柱的稳定性破坏,较小的压力引起较大的椎间隙高度变化(P<0.001),将椎间融合器植入椎间隙后,脊柱前柱的稳定性获得恢复,由轴向压力引起的前柱不稳定现象消失,椎体间隙的高度变化小(P>0.1)。结论初步结果表明,人工珊瑚椎间融合器植入摘除髓核的椎间隙,将有效地防止术后椎间隙狭窄,改善脊柱的生物力学特性。但仍需做更大规模实验进一步研究。     

基于病理切片延髓-上颈髓三维有限元模型的建立及其损伤生物力学分析

目的 基于标本病理切片数据,建立延髓-上颈髓三维实体模型,通过有限元分析获得延髓-上颈髓受齿状突压迫情况下应力、应变水平,为临床研究提供参考.方法 运用Mimics对切片数据进行处理,建立点云模型;运用SolidWorks对点云模型进行定位、编辑、优化,建立三维实体模型;运用HyperMesh建立有限元模型并运用ANS...     

Design of a Traumatic Injury Simulator for Assessing Lower Limb Response to High Loading Rates

Current military conflicts are characterized by the use of the improvised explosive device. Improvements in personal protection, medical care, and evacuation logistics have resulted in increasing numbers of casualties surviving with complex musculoskeletal injuries, often leading to life-long disability. Thus, there exists an urgent requirement to investigate the mechanism of extremity injury caused by these devices in order to develop mitigation strategies. In addition, the wounds of war are no longer restricted to the battlefield; similar injuries can be witnessed in civilian centers following a terrorist attack. Key to understanding such mechanisms of injury is the ability to deconstruct the complexities of an explosive event into a controlled, laboratory-based environment. In this article, a traumatic injury simulator, designed to recreate in the laboratory the impulse that is transferred to the lower extremity from an anti-vehicle explosion, is presented and characterized experimentally and numerically. Tests with instrumented cadaveric limbs were then conducted to assess the simulator’s ability to interact with the human in two mounting conditions, simulating typical seated and standing vehicle passengers. This experimental device will now allow us to (a) gain comprehensive understanding of the load-transfer mechanisms through the lower limb, (b) characterize the dissipating capacity of mitigation technologies, and (c) assess the bio-fidelity of surrogates.     

颅脑撞击伤的生物力学机制研究进展

颅脑撞击伤威胁着人类生命安全和生活质量，而未能从根本上揭示颅脑撞击伤的致伤机理，正是造成其预后较差的原因所在。国内外学者对此进行了大量研究，其中对撞击过控中的生物力学作用进行模拟实验和理论分析，积累了不少资料。现将颅脑撞击伤的生物力学研究情况综述如下：亚历史发展过程自1960年国际第一届仿生学讨论会起，生物力学作为一门学科还不到40年历史。然而早在半个多世纪以前，生物力学的有关理论和技术就已应用于颅脑撞击伤的研究。Gurdjian在四十年代便用脆漆法研究外力作用下颅骨的应力分布和应变”’。后来的研究者为了仿…     

应力水平对猪颞下颌关节盘生物力学特性的影响

研究颞下颌关节盘对压缩载荷的反应性 ,了解关节盘的粘弹性和渗透性质 ,为分析关节盘的应力缓冲机制提供实验依据。采用围限压缩力学实验方法 ,对三种不同应力水平 (0 .0 7、0 .12、0 .30MPa)下 8个猪颞颌关节盘的蠕变效应进行研究。结果表明 :在 0 .0 7MPa应力水平 ,关节盘前、中、后带承受压缩载荷 2s时的压缩刚度分别为 4.48、3.93、6 .31MPa,盘后带压缩刚度最大 ;渗透系数K值分别为 0 .2 72× 10 12 、0 .30× 10 12 、0 .0 42× 10 12 m4 /NS ,后带值明显低于前带。在 0 .30MPa水平 ,前、中、后带刚度分别增至为 14.0 7、16 .6 8、14.0 0MPa,渗透系数分别减小为0 .0 17× 10 12 、0 .0 12× 10 12 、0 .0 0 5× 10 12 m4 /NS ,各带之间无明显差异。颞颌关节盘是具有粘弹性的生物二相体 ,有一定抗压强度和较低的渗透性 ,应力水平增加 ,整体压缩刚度增大而渗透系数减小。提示对压缩刚度和渗透性的调节可能是关节盘组织内部承受并缓冲应力的两种方式。     

单纯腰椎间盘突出与腰椎管狭窄症对腰椎曲度的影响

目的探讨单纯腰椎间盘突出与腰椎管狭窄症的影像学测量值间的差异及其相关性。方法对178例单纯腰椎间盘突出和162例腰椎管狭窄症患者经手术治疗后的X线、CT、MRI资料进行回顾性对照分析。测量腰椎曲线指数(LCI)、腰椎前凸度(Cobb角)、椎间盘突出指数(IDH)、硬膜囊横截面积(CSADS)、侧隐窝前后径(A-PDLR)(骨性标志),对所测量的数据进行统计学分析。结果腰椎间盘突出组,X线显示为腰椎生理曲度明显变小或消失,并多伴有侧弯;腰椎管狭窄组,X线显示为腰椎生理曲度明显加大,多不伴有侧弯,二者的差异具有显著性(P<0.01)。腰椎间盘突出程度与腰椎生理曲度呈负相关(r=-0.732,P<0.05);腰椎管狭窄程度与腰椎生理曲度呈正相关(r=0.605,P<0.05)。结论腰椎间盘突出和腰椎管狭窄症的腰椎生理曲线不同,突出和狭窄程度与腰椎生理曲线有相关性。     

干细胞与周围神经损伤修复

目前周围神经缺损的修复仍是临床的一大难题。周围神经系统具有再生的潜能,但在自体神经移植中受到取材长度的限制,近年来许多学者将体外培养扩增的大量雪旺细胞种植到神经导管中,以引导周围神经再生,然而在适当条件下难以维持大量的雪旺细胞,雪旺细胞传代后形态和功能逐渐改变。体外培养的干细胞,尤其是中枢来源的干细胞,具有低免疫原性,可以分化为雪旺细胞,移植至受损部位后可促进神经再生。本文综述了干细胞在修复周围神经损伤中的应用及其在再生过程中所发挥的作用。     

Quantification of Biomechanical Interaction of Transcatheter Aortic Valve Stent Deployed in Porcine and Ovine Hearts

Success of the deployment and function in transcatheter aortic valve replacement is heavily reliant on the tissue–stent interaction. The present study quantified important tissue–stent contact variables of self-expanding transcatheter aortic valve stents when deployed into ovine and porcine aortic roots, such as the stent radial expansion force, stent pullout force, the annulus deformation response and the coefficient of friction on the tissue–stent contact interface. Braided Nitinol stents were developed, tested to determine stent crimped diameter vs. stent radial force from a stent crimp experiment, and deployed in vitro to quantify stent pullout, aortic annulus deformation, and the coefficient of friction between the stent and the aortic tissue from an aortic root–stent interaction experiment. The results indicated that when crimped at body temperature from 26 mm to 19, 21 and 23 mm stent radial forces were approximately 30–40% higher than those crimped at room temperature. Coefficients of friction leveled to approximately 0.10 ± 0.01 as stent wire diameter increased and annulus size decreased from 23 to 19 mm. Regardless of aortic annulus size and species tested, it appeared that a minimum of about 2.5 mm in annular dilatation, caused by about 60 N of radial force from stent expansion, was needed to anchor the stent against a pullout into the left ventricle. The study of the contact biomechanics in animal aortic tissues may help us better understand characteristics of tissue–stent interactions and quantify the baseline responses of non-calcified aortic tissues.     

周围神经的损伤与修复

目前临床诊断周围神经损伤的依据是Seddon和Sunderland分类 ,而治疗周围神经损伤主要是通过各种方法模拟损伤后再生的病理生理过程。如需消除张力 ,应采用端端吻合修复 ;自体神经移植仍然是临床治疗长距离损伤的重要手段 ;当不能采用自体神经移植时 ,可以应用同种异体神经移植或自体组织移植 ;可生物降解、人工合成的神经导管在实验中表现出广阔的应用前景