不同物种髋臼的骨小梁方向

背景：有研究认为骨的形态结构与其所处的应力环境密切相关。由于人类直立行走的运动方式,可能会影响髋臼骨小梁的方向。 目的：观察不同物种髋臼骨小梁方向的差异。 方法：X射线观察由解放军第二军医大学解剖教研室和山东大学生命科学院提供的成人双侧髋骨干燥标本和成年恒河猴髋骨标本,将采集到的图像输入Imagine pro plus 6.0,经快速傅里叶变换后,得出0°-180°的频谱值,计量不同的角度骨小梁的数量。 结果与结论：人类髋骨在0°及90°频谱值最大,与骶耻束与髂坐束的方向符合。而恒河猴髋骨的频谱值分布较为弥散,没有明显的峰值。说明人类髋臼区域骨小梁主要沿90°及180°方向分布,与特化的骶耻束与髂坐束的方向符合,说明髂坐束的出现是与直立行走密切相关的。     

膝关节前交叉韧带非接触性损伤的生物力学研究进展

背景：膝关节前交叉韧带非接触性损伤严重的挑战着人体健康以及运动能力,对损伤的生物力学研究有助于探究和预防膝关节前交叉韧带损伤。 目的：对膝关节前交叉韧带非接触性损伤的生物力学因素进行阐述,探讨损伤的研究方法以及预防措施的新进展。 方法：由作者应用计算机检索PubMed数据库及CNKI数据1979至2011年相关文献,在英文标题和摘要中以 “anterior cruciate ligament,injury”和“anterior cruciate ligament,biomechanics”等关键词检索,中文文献检索以“逆向动力学”为关键词,选择内容与膝关节前交叉韧带损伤的生物力学研究、落地与损伤的关系、损伤的预防等相关的文献。共纳入文献67篇。 结果与结论：膝关节前交叉韧带非接触性损伤的因素较为复杂,且各种因素相互交错。对不同损伤因素的影响程度的研究较为有限。但是损伤的生物力学因素可以较为直观的解释运动中损伤的原理机制。因而损伤的生物力学研究方法的创新为揭示膝关节前交叉韧带损伤的本质原理和损伤的预防提供了新思路。同时应用正确的训练方法对预防损伤尤其是膝关节前交叉韧带非接触性损伤具有良好的效果。     

膝关节参数在膝前疼痛中的意义

背景：膝关节参数如合适角异常对于膝前疼痛有统计学意义已在CT测量下证实,但是没有在临床手术实践中证实。 目的：通过对膝前疼痛患者髌骨X射线轴位片上的合适角、髌股指数、外侧髌股角、倾斜角等参数的测量,分析这些参数对膝前疼痛的诊断价值。 方法：纳入不同程度髌股关节软骨损伤的膝前痛患者50例患者的50个膝关节,测量髌骨X射线轴位片上合适角、髌股指数、外侧髌股角、倾斜角参数,同时与50例无膝前痛仅存在半月板损伤的50个膝关节进行比较。 结果与结论：髌骨X射线轴位片的合适角及髌股指数、倾斜角对于膝前疼痛有显著性差异,外侧髌股角无显著性差异。髌骨X射线轴位片的合适角、髌股指数对由髌股关节紊乱导致的膝前疼痛患者有重要的诊断治疗价值,是对髌股关节紊乱具有临床意义的有效参数。     

踝关节腓骨旋转角测量：术中判断下胫腓骨联合复位的成功率

背景：CT在诊断下胫腓联合方面优于X射线平片,但是判断下胫腓联合旋转失匹配的CT诊断标准目前还缺乏研究。目前国内外下胫腓关节三维失匹配还缺乏系统研究,特别是对旋转关系的测量。 目的：用CT测量正常人群的下胫腓联合的腓骨相对胫骨的旋转角度。 方法：在符合条件的志愿者中随机抽取21名男性及21名女性进行测试,用CT随机扫描单侧踝关节。轴位CT测量包括胫腓前间隙、胫腓后间隙、腓骨旋转角、胫腓前关节面切线角、胫腓后关节面切线角。为了确保可靠性,2个研究者在3个不同的场合独立鉴定、评价每个CT数据。 结果与结论：42例踝关节纳入到数据分析。下胫腓联合胫骨面形状大致分为深弧形、浅弧形、浅坡形及平直形,其中以深弧形对称型多见。腓骨形状可大致分为三角形、圆形、椭圆形,以三角形最多见。各测量指标95%置信区间：胫腓前间隙2.10-2.25 mm、胫腓后间隙4.14-4.29 mm、腓骨旋转角103.97°-106.30°、胫腓前关节面切线角21.88°-26.64°、胫腓后关节面切线角33.03°-36.63°。其中腓骨旋转角测量变异系数最小,相对波动小,更具有代表性。下胫腓联合CT测量的众多指标中腓骨旋转角是一个更为稳定的指标。这些数据为下胫腓联合的精确复位提供数据基础。     

虚拟现实技术应用于髋部骨折手术仿真的建立

背景：髋部骨折的病情较复杂,临床医师选择适当治疗方案和手术入路的主要依据来源于影像学检查,常难以准确判断空间立体关系。 目的：探讨基于64排螺旋CT扫描数据对髋部骨折进行虚拟手术设计的可行性和临床应用价值。 方法：将髋部骨折患者.dicom格式CT数据导入Mimics软件,进行图像分割,建立骨折三维模型并进行虚拟复位,将.stl格式复位模型导入Imageware12.0,根据钢板放置位置选择合适长度钢板,螺钉固定。并快速成型形成实体与导航模板。 结果与结论：重建三维可视模型可准确反映出骨折特点、骨折移位方向和程度,并可进行任意旋转观察,实现了内固定手术模拟。可见术前应用计算机辅助虚拟现实手术设计可以制定合理的个体化手术方案,有很好的临床应用价值。     

支持力反馈的个性化膝关节置换虚拟手术仿真系统的研究与构建

应用传统外科手术培训模式发展的医师队伍无法满足当前日益激增的膝关节病患就医需求,研究构建一套基于虚拟现实和力反馈技术的个性化膝关节置换手术仿真系统。采用医学影像三维重构技术创建膝关节解剖组织几何模型,应用正向CAD参数化建模技术建立手术器械的几何模型,研究三角网格体素化算法,并基于此生成组织和器械的物理体素模型;通过设备接口和虚拟代理点的坐标匹配映射建立手术器械的力触觉模型,AABB包围盒层次树作为碰撞检测模型,空间重叠相交模拟组织的切割变形,基于单点约束的力触觉渲染方法建立组织和器械的虚拟操作过程;以力反馈设备Phantom Omni和计算机为硬件平台,基于触觉引擎CHAI 3D和OpenGL等软件接口,开发构建虚拟膝关节置换手术仿真系统;将专业医学人员体验系统后实际手术操作训练时间与对照组的作比较,并采用问卷调查的形式对系统作出等级评估。结果表明,仿真系统可实现个性化膝关节置换手术沿规划路径钻孔和截骨操作的组织形变和力触觉反馈的仿真模拟,并且系统仿真的实时性能良好,视触觉刷新频率维持在60~1 000 Hz左右;统计结果显示,两组成员的实际手术操作时间存在显著性统计学差异(P< 0.04),问卷结果皆在平均优良水平(8分)之上(P＜0.05)。仿真系统为个性化膝关节置换手术提供一种安全、可靠、有效的医学培训和术前演练方式。     

基于力反馈的腰椎内固定虚拟手术训练系统构建

目的为实现虚拟手术环境全方位的实时交互,本文针对脊柱腰椎椎弓根螺钉内固定手术构建了虚拟手术训练系统。方法通过脊柱模型的虚拟几何建模和纹理渲染以高真实感地模拟真实虚拟手术环境,同时基于椎体骨的体素模型通过多点碰撞检测算法和钻骨力预测经验模型,实现钻骨操作的碰撞检测及反馈力实时计算,并模拟椎弓根钉植入过程的视觉和触觉感受。结果该虚拟手术训练系统实现了虚拟视觉及虚拟力触觉的实时交互,模拟了椎弓根钉植入操作手感。结论虚拟手术训练系统为椎弓根螺钉内固定手术操作提供了视觉与力触觉模拟,实现了一种精确、安全、灵活的训练方式。     

乙醇对股骨头髓内脂肪细胞的作用

背景：乙醇已成为股骨头缺血性坏死的致病因素,其所致的骨髓内脂质代谢异常可能是股骨头缺血性坏死起病的重要原因,但机制尚未完全明确。 目的：从分子水平观察在乙醇作用下脂肪细胞结构功能的变化,以期分析酒精性股骨头坏死的发病机制。 方法：采用原代脂肪细胞体外培养技术,取大白兔股骨头髓内脂肪组织,分离获取脂肪细胞,以油红O染色行细胞表型鉴定。取传代稳定的髓内脂肪细胞,将盖玻片切割成10 mm×10 mm,种植前置入24 孔培养板孔内,分为乙醇组和对照组,每组24 孔,每孔为1个样本。对照组不加乙醇,乙醇组加入0.15 mol/L乙醇,分别于4,6,8,10 d 更换培养液,换液时不再加入乙醇,均培养至10 d。培养终止后,取出盖玻片行油红O染色,光镜下观察脂肪细胞形态并计数。 结果与结论: 随着时间延长,乙醇组脂肪细胞数量明显多于对照组(P < 0.001),2组小脂滴均逐渐增多、增大,但乙醇组更明显。培养4,6,8,10 d的髓内脂肪细胞数量乙醇组分别为(200.90±24.60),(1 102.30±76.73),(1 160.30±28.37),(1 199.70±44.74)个/cm²;对照组分别为(99.80±10.82),(0.40±94.71),(1 000.20±41.85),(1 059.80±26.79)个/cm²,脂肪细胞数量随乙醇作用的时间延长而增多。提示乙醇能够促进髓内脂肪细胞增殖肥大,这可能是长期酗酒后股骨头骨髓内脂肪组织增多,骨内压增加,血流灌注减少,导致缺血,从而发生股骨头坏死的主要原因。     

腰椎L3-L5三维有限元模型的有效性验证

背景：建立精确的有限元模型是对脊柱进行有限元力学分析的重要基础,精确的腰椎有限元模型报道较少。 目的：采用正常人腰椎CT资料建立L3-L5三维有限元模型,并进行有效性验证。 方法：健康男性志愿者,39岁,身高175 cm,体质量65 kg,采用16排螺旋CT机对L₃-L₅节段进行扫描,得到1.25 mm层厚的 CT图片共101张,Geomagic9.0软件下建立几何实体模型,然后确定单元类型、划分有限元网格,建立有限元模型进行加载计算。 结果与结论：建立了正常人L₃-L₅三维有限元模型,整个模型共有213 736个节点和799 779个单元。该模型L₃-L₄,L₄-L₅节段活动范围与文献尸体标本生物力学测试结果一致,验证了模型的有效性,可用于实验研究。     

管道铸型标本断层摄影三维重建盆腔动脉

背景：以往的影像诊断中,主要观察二维图像,随着医学科技的发展及诊疗设备的不断更新,在三维空间里研究人体内小血管的分布,已成为今后解剖学研究的必然。 目的：利用聚乙烯醇-氧化铈血管造影对盆腔动脉进行三维重建,为血管介入提供可靠的解剖学依据。 方法：纳入非妇科疾病死亡成人新鲜标本2例,预处理标本,经腹主动脉注入聚乙烯醇-氧化铈对比剂,用美国QE Lights Speed VCT 64 层CT 连续扫描,利用Mimics软件进行三维重建。观察盆腔动脉的各级分支的出现以及管壁清晰度、饱满度。 结果与结论：横断面原始图像及其三维图像重建均达到满意的效果,可清晰显示4级以分支,重建后的模型可以任意三维旋转。说明聚乙烯醇-氧化铈血管造影术是盆腔动脉进行三维重建的一种有效技术方法,对妇产科血管介入技术起指导性作用。     

膝关节单髁置换三维参数化建模

背景：用于外科训练和演练的单髁假体模型因尺寸和特征固定而无法满足个体患者的实际需求。 目的：为膝关节单髁置换的数字化研究提供一种三维参数化建模方法。 方法：运用三维重建技术建立膝关节炎三维模型,然后通过参数化软件Pro/Engineer 5.0设计与骨性模型相匹配的单髁假体,最后模拟膝关节单髁置换并进行三维有限元分析。 结果与结论：三维参数化建模法效率高,实现了膝关节单髁假体设计的自动化和高效化,所建模型形态逼真,精确度高。三维参数化建模法为膝关节单髁置换的生物力学研究提供了模型基础和新的实验思路。     

全膝关节置换中的改良截骨

背景：近年来全膝关节置换在临床应用普遍,置换技术及假体设计理念均获得极大改善和提高,但尚无截骨顺序方面的研究。 目的：探讨改良截骨方法在全膝关节置换过程中应用的临床效果。 方法：对60例患者的60膝行全膝关节置换,原发疾病包括骨关节炎52例,类风湿性关节炎6例,创伤性关节炎2例,均为后稳定型膝关节,应用强生PFC-Sigma PS型假体或LINK Gemini PS型假体。在极度屈膝下,先行股骨截骨,包括股骨远端前方后方斜面截骨(某些类型还包括股骨髁间截骨)。髌骨不常规置换,再行胫骨平台截骨。记录手术时间,置换后引流量,置换前及置换后6,12周膝关节活动度及美国特种外科医院膝关节评分,并进行统计学分析。 结果与结论：60例患者均获得随访,随访时间3-14个月。手术时间平均(51.3±12.5) min,置换后引流量平均(302±39) mL。置换后6,12周患者膝关节活动度及美国特种外科医院膝关节评分均较置换前明显改善(P < 0.01)。2例患者置换后1个月出现低度感染,经抗感染治疗后好转,未出现假体排异反应。提示全膝关节置换过程中先行股骨截骨可以为胫骨的操作获得更大的空间,方便切除半月板,并可安全地进一步松解周围软组织。操作简便,可以缩短手术时间,减少术中失血,具有良好的修复效果。     

单侧腰椎弓根螺钉及经椎板关节突螺钉固定与双侧固定的比较

背景：经椎板关节突关节螺钉固定、椎间植骨融合治疗脊柱疾患是一种独特的固定方法,可用于退变性腰椎的融合。 目的：比较采用微创经腰椎间孔椎体融合联合单侧椎弓根螺钉及经椎板关节突螺钉固定与常规开放后路腰椎体间融合术联合双侧椎弓根螺钉固定治疗下腰痛疾病的临床效果。 方法：纳入2010年6月至2012年6月于武警广东总队医院就诊的腰椎间盘突出伴腰椎轻度不稳患者49例,均采用后路减压椎间融合器植骨内固定治疗。其中24例采用微创经椎间孔椎体融合术联合单侧椎弓根螺钉及经椎板关节突螺钉固定,25例采用常规开放后路腰椎体间融合术联合双侧椎弓根螺钉固定,比较两种固定方法的临床疗效。 结果与结论：两种固定方法术后椎体融合率、日本矫形外科协会评分及疼痛目测类比评分改善率差异均无显著性意义(P > 0.05)。可见对无严重不稳的单节段退变性腰椎疾病患者,两种治疗方法的效果相当,均能有效提高椎间融合率,使小关节稳定,解除临床症状,门诊随访满意。但采用微创经椎间孔椎体融合术联合单侧椎弓根螺钉及经椎板关节突螺钉固定的患者手术切口长度、手术时间、术中出血量、术后切口引流液量明显减少(P < 0.05),说明该方法具有创伤小、操作简单的优势。     

人工腰椎间盘置换的临床应用：现状与未来

背景：人工腰椎间盘置换的基本理念是在稳定病变节段的前提下,力求最小影响相邻节段的生物力学状态,防止以及减少相邻节段退变的发生率。 目的：分别对人工腰椎间盘置换的适应证和禁忌证、围置换期经济学考量、远期并发症以及人工腰椎间盘置换与融合术的混合使用效果进行了探讨。 方法：计算机检索PubMed数据库、中国期刊全文数据库、中国生物医学文献数据库近十年的相关文献。纳入腰椎间盘置换术的回顾性和前瞻性临床实验报告,排除观点重复的文章,最后对34篇文献进行归纳与分析。 结果与结论：1982年人工腰椎间盘假体首次临床应用以来,已有许多关于腰椎间盘置换的临床报道,然而对临床实验中遇到的许多问题始终没有统一答案。人工腰椎间盘置换的适应证和禁忌证应考虑到置换节段数对临床结果的影响、小关节退变对临床结果的影响、既往有腰椎间盘手术史患者的选择、患者年龄、椎间盘置换前休息时间等因素。评价腰椎间盘置换是否优于传统的腰椎融合,可以从椎间盘置换中出血量、手术时间、置换后住院时间等方面进行考量。腰椎间盘置换后较常见的并发症有异位骨化、植入物机械故障、相邻节段和小关节退变。将人工腰椎间盘置换与融合术的混合使用治疗多节段腰椎间盘病变,使两种手术干预方法互补不足,得到优于单独使用的手术疗效。     

脊柱腰段正常及骨质疏松三维有限元数字模型的建立

背景：建立逼真的有限元模型是对脊柱进行有限元力学分析的重要基础,关于骨质疏松有限元模型的报道尚少。 目的：建立脊柱腰段各主要结构及骨质疏松腰椎的有限元数字模型,为正常脊柱腰段及骨质疏松患者腰椎的有限元力学分析打下基础。 方法：对1名健康男性志愿者行脊柱腰段的螺旋CT扫描,将所得图像先在Mimics中进行分隔和重建,在Geomagic中进行优化,在Ansys中赋材质及网格划分,建立三维有限元数字模型。 结果与结论：建立了包括全部腰椎、椎间盘及主要韧带的正常腰椎及骨质疏松腰椎三维有限元数字模型。该模型外形逼真,几何相似性好,可以随意旋转,方便从多角度观察、采集三维信息,各主要结构材料属性接近实际,适合进行生物力学研究。提示利用CT数据及mimics、geomagic、Ansys软件可以建立脊柱腰段正常及骨质疏松有限元数字模型。     

三维重建腰椎椎弓根螺钉置入的精确性

背景：三维重建技术已经广泛应用于椎弓根螺钉置入前规划,但是就其预测参数的准确性目前尚未见直接的分析与报道。 目的：基于CT三维重建技术应用于临床,对腰椎椎弓根螺钉置入前指导作用的精确性作初步分析。 方法：在Mimics软件下,随机对30例行腰椎椎弓根螺钉内固定的患者共136个椎弓根行内固定前CT三维重建,并通过内固定前模拟模块预测钉长、直径、水平面角及矢状面角度并与内固定后实际数据进行统计学比较。 结果与结论：内固定前通过Mimics软件对腰椎行三维重建,设计最佳钉道并模拟置钉,预测椎弓根螺钉长、直径、水平面角及矢状面角度与通过C型臂及内固定中导航系统等方式置钉后实际数据的差异无显著性意义(P > 0.05),并且内固定后行CT扫描见置钉位置及长度均良好。说明通过Mimics软件对腰椎进行三维重建模拟置钉并制定置钉参数,能比较精确的指导内固定中实际置钉,提高椎弓根螺钉的置钉安全。