桡骨三维模型的建立及其生物力学意义

背景：桡骨骨折常遗留严重的并发症如骨不连等，采用新的生物力学分析手段为肱骨骨折、骨不连的功能预后提供新思路．目的：建立桡骨三维有限元模型，并探讨其相关的生物力学意义。设计：以三维有限元模型分析桡骨生物力学特征。单位：解放军第二军医大学附属长海医院骨科和同济大学生命科学与生物工程学院，材料：实验于2001-01／2003-05在解放军第二军医大学长海医院骨科实验室和同济大学生命科学与生物工程学院实验室完成。选择典型的成年男性湿桡骨标本1根，行CT成像得到桡骨每层横截面图像。方法：采用大型有限元分析软件ANSYS56建立桡骨三维模型，建模步骤为①对齐切片②确定坐标原点③提取轮廓。采用三维十结点四面体实体单元进行网格划分及计算。主要观察指标：①构建的桡骨三维有限元模型的生物力学特性。②三维有限元分析及计算结果：所构建桡骨三维模型，共划分为76089个结点、49111个单元，客观反映桡骨真实解剖形态及生物力学行为，同时与CT切片图相对比以判断其精确性．结论：桡骨三维有限元模型的构建，可以为桡骨正常力学行为以及骨折后内固定的力学基础研究提供精确模型。     

肱骨三维模型的构建及其生物力学意义

背景肱骨骨折治疗方法多样,但是也常常遗留严重的并发症如骨不连等,尝试采用新的生物力学分析手段,以期为肱骨骨折、骨不连的功能预后提供新思路.目的构建肱骨三维模型,并探讨其相关的生物力学意义.设计构建肱骨三维有限元模型.单位一所军医大学的附属医院骨科和一所大学生命科学与生物工程学院共同开展.材料实验于2002-04/2004-04在上海长海医院和上海同济大学生命科学实验室完成,选择典型的成年男性湿肱骨标本一根.方法选择湿肱骨标本行CT成像得到肱骨每层横截面图像,采用大型有限元分析软件ANSYS5.6建立肱骨三维模型.主要观察指标①构建的肱骨三维有限元模型的生物力学特性.②与实际临床的区别以及主要的相同点.结果所构建肱骨三维模型,逼真反映肱骨真实解剖形态及生物力学行为,同时与CT切片图相对比以判断其精确性.结论肱骨三维有限元模型的构建,可以为肱骨正常力学行为以及骨折后内固定的力学基础研究提供精确模型.     

肱骨三维模型的构建及其生物力学意义

背景：肱骨骨折治疗方法多样，但是也常常遗留严重的并发症如骨不连等，尝试采用新的生物力学分析手段，以期为肱骨折、骨不连的功能预后提供新思路。目的：构建肱骨三维模型，并探讨其相关的生物力学意卫。设计：掏建肱骨三维有限元模型。单位：一所军医大学的附属医院骨科和一所大学生命科学与生物工程学院共同开展，材料：实验于2002—04／2004—04在上海长海医院和上海同济大学生命科学实验室完成．选择典型的成年男性湿肚骨标本一根。方法：选择湿脏骨标本行CT成像得到肱骨每层横截面图像．采用大型有限元分析软件ANSYS5．6建立肱骨三维横型，主要观亲指标：①构建的肱骨三维有限元模型的生物力学特性。②与实际临床的区别以及主要的相同点。结果：所构建肱骨三维模型，逼真反映肱骨真实解剖态及生物力学行为，同时与CT切片图相对比以判断其精确性。结论：肱骨三维有限元模型的构建，可以为肱骨正常力学行为以及骨折后内固定的力学基础研究提供精确模型。     

桡骨三维模型的建立及其生物力学意义

目的介绍桡骨三维有限元模型的建立并探讨其相关的生物力学意义,为进一步研究和构建理想的桡骨模型提供新思路。方法选择湿桡骨标本1根行CT成像得到桡骨每层横截面图像,采用大型有限元分析软件ANSYS5.6建立桡骨三维模型,采用三维十结点四面体实体单元进行网格划分及计算。结果所构建桡骨三维模型,共划分为76089个结点、49111个单元,客观反映桡骨真实解剖形态及生物力学行为,同时与CT切片图相对比以判断其精确性。结论桡骨三维有限元模型的构建,可以为桡骨正常力学行为以及骨折后内固定的力学基础研究提供精确模型。     

桡骨三维模型的建立及其生物力学意义

目的 介绍桡骨三维有限元模型的建立并探讨其相关的生物力学意义，为进一步研究和构建理想的桡骨模型提供新思路。方法 选择湿桡骨标本1根行CT成像得到桡骨每层横截面图像，采用大型有限元分析软件ANSYS5.6建立桡骨三维模型，采用三维十结点四面体实体单元进行网格划分及计算。结果 所构建桡骨三维模型，共划分为76089个结点、49111个单元，客观反映桡骨真实解剖形成及生物力学行为，同时与CT切片图相对比以判断其精确性。结论 桡骨三维有限元模型的构建，可以为桡骨正常力学行为以及骨折后内固定的力学基础研究提供精确模型。     

天鹅记忆加压接骨器对肱骨骨折加载应力的选择

背景肱骨骨折治疗中经常遇到的主要问题在于应力加载的方向与应力加载的力值.目的分析天鹅记忆加压接骨器固定肱骨时不同应力加载的选择,为今后肱骨骨折治疗时内固定器械的放置部位、载荷的施加方向及大小等提供力学依据.设计进行不同应力加载的条件下,构建肱骨骨折的三维有限元模型.单位解放军第二军医大学附属长海医院骨科和同济大学生命科学与生物工程学院.材料实验于2001-01/2003-05在解放军第二军医大学长海医院骨科实验室和同济大学生命科学与生物工程学院实验室完成.选取湿成年尸体肱骨标本和与之相对应型号的天鹅型记忆接骨器.方法选择湿肱骨标本行CT成像得到肱骨每层横截面图像,采用大型有限元分析软件ANSYS 5.6建立肱骨、天鹅型记忆接骨器以及天鹅型记忆接骨器固定肱骨的三维模型.主要观察指标对比不同加载方式下肱骨的受力情况,寻求临床治疗的参考数值.结果所构建天鹅型记忆接骨器固定肱骨三维模型,逼真反映真实解剖形态及生物力学行为,同时获得不同加载方式下肱骨的受力情况.结论天鹅型记忆接骨器固定肱骨三维有限元模型的构建,可以为肱骨正常力学行为以及骨折后内固定的力学基础研究提供精确模型.     

天鹅记忆加压接骨器对肱骨骨折加载应力的选择

背景：肱骨骨折治疗中经常遇到的主要问题在于应力加载的方向与应力加载的力值。目的：分析天鹅记忆加压接骨器同定肱骨时不同应力加载的选择，为今后肱骨骨折治疗时内固定器械的放置部位、载荷的施加方向及大小等提供力学依据设计：进行不同应力加载的条件下，构建肱骨骨折的三维有限元模型。单位：解放军第二军医大学附属长海医院骨科和同济大学生命科学与生物工程学院。材料：实验于2001-01／2003—05在解放军第二军医大学长海医院骨科实验室和同济大学生命科学与生物工程学院实验室完成。选取湿成年尸体肱骨标本和与之相对应型号的天鹅型记忆接骨器。方法：选择湿肱骨标本行CT成像得到肱骨每层横截面图像，采用大型有限元分析软件ANSYS5．6建立肱骨、天鹅型记忆接骨器以及天鹅型记忆接骨器固定肱骨的三维模型。主要观察指标：对比不同加载方式下肱骨的受力情况，寻求临床治疗的参考数值。结果：所构建天鹅型记忆接骨器固定肱骨三维模型，逼真反映真实解剖形态及生物力学行为，同时获得不同加载方式下肱骨的受力情况。结论：天鹅型记忆接骨器固定肱骨三维有限元模型的构建，可以为肱骨正常力学行为以及骨折后内固定的力学基础研究提供精确模型。     

肱骨三维模型的构建及其生物力学意义

目的肱骨骨折治疗方法多样,但是常遗留严重的并发症如骨不连等,介绍肱骨三维模型的构建并探讨其相关的生物力学意义,以期为肱骨骨折、骨不连的治疗提供新思路。方法选择湿肱骨标本行CT成像得到肱骨每层横截面图像,采用大型有限元分析软件ANSYS5.6建立肱骨三维模型。结果所构建肱骨三维模型,逼真反映肱骨真实解剖形态及生物力学行为,同时与CT切片图像对比以判断其精确性。结论肱骨三维有限元模型的构建,可以为肱骨正常力学行为以及骨折后内固定的力学基础研究提供精确模型。     

肱骨三维模型的构建及其生物力学意义

目的 肱骨骨折治疗方法多样，但是常遗留严重的并发症如骨不连等，介绍肱骨三维模型的构建并探讨其相关的生物力学意义，以期为肱骨骨折、骨不连的治疗提供新思路。方法 选择湿肽骨标本行CT成像得到肽骨每层横截面图像，采用大型有限元分析软件ANSYS5.6建立肱骨三维模型。结果 所构建肱骨三维模型，逼真反映肽骨真实解剖形态及生物力学行为，同时与CT切片图像对比以判断其精确性。结论 肱骨三维有限元模型的构建，可以为肱骨正常力学行为以及骨折后内固定的力学基础研究提供精确模型。     

应用三维有限元分析肱骨骨折后应力加载方向与加载力值

背景肱骨骨折治疗中经常遇到的主要问题在于应力加载的方向与应力加载的力值.目的探讨三维建模及有限元分析肱骨骨折治疗中轴向加载的力学理论依据.设计构建肱骨骨折的三维有限元模型,进行不同方位的加载.单位一所军医大学附属医院骨科和一所大学生命科学与生物工程学院.材料实验于2002-04/2004-04在上海长海医院和上海同济大学生命科学实验室完成,选择肱骨标本行CT成像.方法以肱骨横截面CT图像为基础,建立肱骨模型,利用ANSYS5.6软件进行计算,选取三维十结点四面体单元,共划分2 729个结点、49 041个单元,分析骨折断面与轴线成30.,45.,90.及X,Y,Z三方向固定时肱骨轴向受压的应力分布及大小.主要观察指标对比不同方向肱骨骨折加载后的数值,寻求临床治疗的参考.结果肱骨断面与非断面处应力差异较大,断面处应力较集中,且以断面为中心呈非严格对称分布,应力较大区域分布在距骨折部位10 mm左右,是其他应力区的两三倍.结论肱骨骨折治疗中应视不同情况估算所需载荷大小,选择合适内固定植入物以适应其功能活动的应力要求.     

弓齿形状记忆接骨器记忆生物力学计算和实验力学测定

背景通过记忆生物力学计算和实验测定,分析骨盆骨折和近关节部位弓齿形状记忆合金接骨器的记忆生物力学特性.目的探讨弓齿形状记忆接骨器应用中受力与位移之间的力学关系.设计理论计算和实验测定,互为补充,互为验证.单位解放军第二军医大学附属长海医院骨科和同济大学生命科学与生物工程学院.材料实验于2002-04/2004-04在上海长海医院和上海同济大学生命科学实验室完成,所选用的材料为弓齿形状记忆接骨器.方法采用莫尔原理计算弓齿形状记忆接骨器在骨折断面及周围所产生的应力并构建应力场;同时应用实验力学方法对弓齿形状记忆接骨器载荷形变进行测定.主要观察指标观察理论计算与实验研究结果之间是否存在一致性.结果生物力学计算求得弓齿形状记忆接骨器受力P和位移?之间的关系为P=13.69?,实验测定发现弓齿形状记忆接骨器的受力与位移之间呈线性关系.结论在弓齿形状记忆接骨器材料的弹性范围内,弓齿形状记忆接骨器的受力与位移之间呈线性关系,计算结果与测定结果一致.     

天鹅型记忆加压接骨器记忆生物力学特性检测

背景:通过记忆生物力学计算和实验测定,分析肱骨骨折和近关节部位天鹅型记忆接骨器的记忆生物力学特性。目的:通过对天鹅型记忆加压接骨器进行力学测定,分析相关记忆生物力学意义。设计:理论计算和实验测定,互为补充,互为验证。单位:解放军第二军医大学附属长海医院骨科和同济大学生命科学与生物工程学院。材料:实验于2001-01/2003-05在解放军第二军医大学长海医院骨科实验室和同济大学生命科学与生物工程学院实验室完成。选择死于颅脑损伤的成年男性肱骨20根。方法:分别选取成人尸体湿肱骨,制作骨折模型,包绕压敏胶片后以天鹅型记忆接骨器固定,测定加压支和环抱支固定骨折时的应力值。主要观察指标:①环抱支的压力测量结果。②加压支的测量结果。结果:天鹅型记忆接骨器环抱支与肱骨接触部位的应力范围是2.42～22.68N,而加压支在骨折断面产生的应力较大,应力为13.6MPa左右。结论:天鹅型记忆接骨器的环抱支应力有利于固定骨折两断端,加压支在骨折断面形成的应力场有利于骨折的愈合。     

股骨柄假体的二维生物力学评价与优化选择

背景:人工髋关节置换术前选择假体时,不仅要考虑在几何学上达到与患者股骨髓腔的匹配,而且还要在生物力学性能上达到最优,这对提高全髋关节置换术后疗效,具有较现实的意义.目的:对4组与股骨匹配的股骨柄假体进行生物力学的评价,寻找与正常股骨力学分布最为接近的股骨柄假体.设计:对比观察.单位:同济大学附属东方医院骨科、解放军第二军医大学长海医院骨科、上海交通大学机械与动力工程学院.材料:实验于2004-12/2005-10 在上海交通大学机械与动力工程学院生命质量与机械工程实验室完成.选用无髋部疾患、股骨近端形态正常志愿者(男性,40岁,身高175 cm,体质量78 kg)的股骨拍摄标准正位X射线片,并以DICOM格式存入存贮器中.志愿者签署知情同意书,同时报医学伦理委员会审批.模板:Ⅰ号假体:Zimmer versys Fiber Metal Taper11#;Ⅱ号假体:Plus APL 2#;Ⅲ号假体:Welink Ribbed system cementless11#:Ⅳ号假体:Lima F2L 1#.方法:在Matlab中导入股骨近端X射线正位片及4组股骨-股骨柄假体模板的bmp格式的图像文件,分别提取股骨、带假体模板的股骨二维轮廓数据,利用ANSYS软件建立股骨、股骨-股骨柄几何模型及二维非线性有限元模型,负荷加载后对股骨近端的应力分布进行分析、比较.主要观察指标:股骨近端的应力分布.结果:Ⅰ,Ⅳ号假体对所研究的股骨而言其应力大小及分布与正常股骨相近,但两者相比Ⅰ号更为接近,应为最佳选择.结论:通过基于X射线片与模板的股骨柄假体二维生物力学的分析比较,可对股骨柄假体的生物力学性能作出评价,为假体的优化选择提供依据.     

两种构型空心加压螺钉固定头颈型股骨颈骨折的生物力学特征

背景:股骨颈骨折后缺血性坏死及骨不愈合的发生率与内固定器械的生物力学性能密切相关,压缩应力可促进骨折愈合,张应力可推迟骨折愈合,剪切应力可阻止骨折愈合。如何消除剪切应力,扩大压缩应力具有重要的理论和临床意义。目的:比较两种构型空心加压螺钉固定头颈型股骨颈骨折的股骨标本的生物力学特征,为临床治疗股骨颈骨折提供生物力学依据。设计:观察对比实验。单位:解放军第二五一医院骨科,河北医科大学第三医院骨科。对象:实验于2002-11/2003-03在河北骨科研究所完成。选取河北医科大学解剖教研室提供的骨密度值相近的标本5具,男性4具,女性1具,经X射线摄片证实无风湿、结核、肿瘤、骨折、畸形变异。方法:将10根股骨随机分成倒等腰三角形组和正等腰三角形组,每组5根。倒、正等腰三角形构型的三枚空心加压螺钉固定头颈型股骨颈骨折的股骨标本,用生物力学机(长春市实验机研究所产CSS-44020生物力学仪,河北骨科研究所提供)测试、比较两种空间构型抗压、抗扭性能及最大垂直载荷。主要观察指标:①抗压实验中在600N和750N时股骨头下沉的位移。②抗扭转实验中扭转2°和4°时的力矩。③最大垂直负荷实验中至内固定失败的负荷。结果:①600N和750N垂直载负下,倒等腰三角形组股骨头下沉位移小于正等腰三角形组[(0.933±0.135),(1.556±0.235)mm;(1.310±0.217),(1.975±0.250)mm,P均<0.05]。②倒等腰三角形组和正等腰三角形组在扭转2°和4°时所需力矩相近,差异无显著性[(3.148±0.765),(2.847±1.130)N·m;(6.658±2.021),(5.392±1.601)N·m,P均>0.05]。③倒等腰三角形组最大垂直载荷大于正等腰三角形组[(2069.97±200.864),(1614.57±80.567)N,P<0.05]。结论:对头颈型股骨颈骨折,应用倒等腰三角形构型的空心加压螺钉比正等腰三角形构型的空心加压螺钉固定股骨标本,可获得更好的抗压和体现其最大垂直载荷性能的生物力学效果。     

DCE-MRI对高危坏死股骨头微循环灌注的评价

目的通过动态增强磁共振(dynamic contrast enhanced magnetic resonance imaging,DCE-MRI)评价股骨头坏死高危人群股骨头微循环灌注的变化及正常人群股骨头内血流灌注的异质性,为超早期股骨头坏死提供影像学依据。材料与方法共选取50人60例股骨头,实验组为30例高危股骨头,对照组为30例正常股骨头,两组均行髋部DCE-MRI扫描,在股骨头负重区(前上方)、非负重区(下方)及股骨头中心区分别选取感兴趣区(region of interest,ROI),绘制百分比时间信号曲线(time-intensity curve,TIC),读取TIC上首次峰值(fEmax)、最高信号强度(Emax)、达峰时间(timetopeak,TTP)参数,通过独立样本t检验比较股骨头坏死高危人群股骨头不同ROI与正常股骨头相应区域ROI灌注参数的差异;股骨头负重区与非负重区及股骨头中心ROI灌注参数差异的比较采用方差分析。结果实验组与对照组负重区fEmax、Emax差异有统计学意义(P<0.05),实验组与对照组非负重区TTP差异有统计学意义(P<0.05),实验组与对照组股骨头中心区fEmax、Emax、TTP差异有统计学意义(P<0.05)。对照组内负重区、中心区fEmax、Emax大于非负重区fEmax、Emax,且差异有统计学意义(P<0.01),对照组内不同ROI间TTP差异无统计学意义(P>0.05)。结论股骨头坏死高危患者比正常人股骨头血流灌注低;正常人群中股骨头负重区与非负重区血流灌注具有异质性,负重区血流灌注较多。此外,高危人群股骨头血流灌注量小于健康人,灌注时间较正常股骨头长,存在血流瘀滞现象。因此,DCE-MRI可应用于指导临床进行早期预防股骨头坏死发生。     

建立人工腰椎间盘植入腰椎运动节段有限元模型及其应力分析

背景目前临床所使用的人工椎间盘的结构、材料特性、生物学特性等与正常生理的椎间盘有着很大区别.目的通过三维有限元的方法观察分析人工腰椎间盘在腰椎运动节段中的应力传导作用.设计单一样本观察分析.单位中山大学附属第三院骨科、附属第二医院骨科及南方医科大学生物力学实验室.对象1例健康男性意外死亡的无任何脊柱疾患的脊柱标本及SBChariteⅢ型人工椎间盘建立起脊柱运动节段的人工椎间盘植入有限元模型.方法根据人工椎间盘的工业设计图,利用有限元软件MSC.MARK,建立人工腰椎间盘三维模型;取脊柱健康的腰椎运动节段尸体标本,用螺旋CT机对标本进行扫描,并把图像文件输入计算机保存,在ASC.MARK软件固有的三维坐标系中建立L4-5节段的几何模型.把L4-5运动节段模型中的椎间盘换成人工椎间盘,保持模型L5下终板固定,分别向标本施加4 Nm的前屈、后伸、侧弯及扭转力矩,最后计算人工椎间盘代表结点的受力大小并记录应力的分布.主要观察指标观察人工椎间盘前屈、后伸、压缩、侧屈、旋转运动状态的应力分布情况.结果建立了符合临床实际的人工腰椎间盘植入腰椎运动节段的有限元模型.人工椎间盘的应力分布特点为①在所有的运动状态中,滑动核及盖板的中心部位承受的应力最大,其次为滑动核在运动状态下偏向的部位.②滑动核及盖板上表面比各自的下表面承受其两三倍的应力.③所有的运动状态中,压缩状态下滑动核和盖板的中心部位承受的应力最大.结论建立人工腰椎间盘植入腰椎运动节段有限元模型,在形态、大小及运动特点均与实际的人工椎间盘的结构特点相符,以此进行人工椎间盘应力分布的实验是可行的.     

自体游离骨膜骨髓自固化磷酸钙复合移植治疗低负重或非负重部位节段性骨缺损的实验研究

背景骨膜移植及骨移植是目前治疗节段性骨缺损的常用方法,疗效尚未令人满意.目的探讨自体游离骨膜骨髓自固化磷酸钙(FP-BM-CPC)复合移植修复节段性骨缺损的效果.设计自身对照的前瞻性研究.地点和对象实验由桂林医学院附属医院骨科和广西医科大学第一附属医院创伤骨科共同完成,研究对象为新西兰兔15只,雌雄不限,体质量1.5～2.5 kg,由广西医科大学动物实验室提供.方法制造实验兔双侧桡骨中段10mm的骨缺损模型.实验组一侧骨缺损用FP-BM-CPC复合移植修复;对侧作为对照组.主要观察指标术后1,2,4,6,8周行双侧桡骨X线平片及组织学检查.结果实验组兔桡骨骨缺损处在8周时均获得骨性修复,对照组均为骨不连.结论FP-BM-CPC复合移植具有良好的成骨作用,可望成为修复低负重或非负重部位节段性骨缺损的有效方法.     

微型钢板置入固定治疗儿童尺、桡骨远端不稳定性骨折18例

目的:观察微型钢板置入固定治疗儿童尺桡骨远端不稳定性骨折的临床疗效.方法:回顾性分析2006-08/2007-09华中科技大学同济医学院附属武汉妇女儿童医院骨科收治的尺、桡骨远端不稳定性骨折患儿18例,男15例,女3例;年龄4岁1个月～13岁3个月,平均9岁8个月,右侧9例,左侧9例;均采用微型钢板代替克氏针置入内固定治疗.术前根据骨折类型和部位选择合适的成人指骨、掌骨、跖骨微型不锈钢或钛钢板,测量骨折线距骺板的距离准备T型、L型、三叶草型或直型钢板.术后及随访时观察关节功能、前臂旋转丢失的程度、骨愈合情况及并发症的发生.结果:全部病例均在门诊获得随访,随访时间平均26.4个月.18例患儿前臂旋前功能有平均10°的受限,功能锻炼后基本恢复,不影响日常活动.旋后功能及腕关节屈伸功能基本恢复正常,骨折全部愈合.无再移位和再骨折、无畸形愈合、延迟愈合以及骨桥形成等并发症,也未见血管和神经损伤.结论:对不能满意复位、复位后不能维持稳定再次移位或陈旧性尺桡骨远端不稳定性骨折,需要开放复位者,用微型钢板内固定避免对前臂远端骨骺的损伤,术后并发症少,只要选择好合适的微型钢板,则可以代替传统的克氏针内固定.