记忆加压接骨器在肱骨骨折治疗中的生物力学分析

目的 分析接骨器对于肱骨骨折的愈合提供的应力环境，分析接骨器在骨折愈合过程中的应力遮挡效应，同时应用骨重建理论分析接骨器加压支提供的应力环境对于骨折愈合的影响。方法 运用三维有限单元法，对新型记忆加压接骨器以及肱骨分别进行三维有限元计算。结果 肱骨骨折段始终处于三向压应力状态，剪应力不会引起骨内部的剪切破坏，同时接骨器固定后肱骨产生的变形很小。接骨器在环抱支的腕部产生大的弯矩，产生的应力较大。结论 加压支提供的持续压应力使接骨器产生的应力遮挡效应消失，肱骨的压应力刺激在骨折愈合过程中不断得到改善。     

天鹅型记忆接骨器治疗肱骨骨折的生物力学研究

目的阐明天鹅型记忆接骨器(swan-like memory compressive connector,SMC)应用于肱骨骨折治疗的生物力学基础。方法通过轴向拉伸试验、三点弯曲试验、扭转试验三种生物力学测试方法建模,对比分析肱骨中段骨折天鹅型记忆接骨器和8孔钢板治疗的生物力学稳定性。结果轴向拉伸试验得出载荷-应变曲线及拉伸强度,加载1000N时的SMC与钢板固定的强度分别为2.21MPa和2.35MPa,两组之间差异无统计学意义(P>0.05);测定位移与刚度得出载荷-位移曲线及轴向刚度,加载1000N时的SMC与钢板固定的轴向刚度分别为465N/mm和424N/mm,两组之间差异无统计学意义(P>0.05);三点弯曲试验得出弯矩-挠度曲线及弯曲刚度,弯矩在5N·m时SMC固定组与钢板固定组的刚度分别为18.59N·cm/(°)和17.84N·cm/(°),两组之间差异无统计学意义(P>0.05);扭转试验得出扭矩-扭角曲线及扭转刚度,SMC固定组与钢板固定组在最大扭矩下的扭转刚度分别为302.11N·cm/(°)和287.07N·cm/(°),两组之间差异无统计学意义(P>0.05)其固定的稳定性接近钢板组。结论天鹅型记忆接骨器治疗肱骨骨折具有良好的生物力学稳定性。     

天鹅记忆接骨器的动态记忆持骨力值

背景：天鹅记忆接骨器在临床使用中取得了良好的疗效,并出现了“无骨痂、无应力遮挡”新的骨愈合现象。 目的：电测分析天鹅记忆接骨器的临床作用。 方法：通过贴片、标定,得到天鹅记忆接骨器的载荷-应变曲线,然后根据天鹅记忆接骨器固定新鲜人体肱骨的应变值,计算天鹅记忆接骨器的动态记忆持骨力值。 结果与结论：天鹅记忆接骨器的鹅颈加压部、鹅体接骨板部、鹅翼持骨部三部相互协调,记忆持骨,其动态记忆持骨的生物学力值为110.35 N。提示天鹅记忆接骨器产生的动态记忆持骨力保证了早日去除外固定,早期功能锻炼,促进患肢康复。 关键词：天鹅记忆接骨器;电测法;动态记忆生物力学;应力-应变;临床康复 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2012.13.024     

经皮导入内固定治疗肱骨近端骨折合并肩关节前脱位的力学分析

目的　通过力学分析研究经皮导入内固定方法治疗肱骨近端骨折合并肩关节前脱位的可行性。方法　实验分二部分进行：一是用尾部加压调角空心螺纹钉按手术操作进行拉脱试验，测定将螺纹钉从肱骨头内拉出所需最小力(P(下标 min))；二是利用生物力学测试机测定志愿者单纯肩关节前脱位麻醉下牵引复位所需的最大力(P(下标 max))。实验按年龄分为A、B两组，A组25~45岁，B组＞45岁。对两组测试数据进行数据分析。结果　当尾部加压调角空心螺纹钉拧入肱骨头20 mm时，螺钉自肱骨头内拉出所需最小拉力P(下标 minA)=284N，P(下标 minB)=198N，牵引复位单纯肩关节前脱位所需最大拉力P(下标 maxA)=206N，P(下标 maxB)=195N，通过比较极值，得出P(下标 min)>P(下标 max)，即牵引复位单纯肩关节前脱位所需最大拉力小于螺钉自肱骨头内拉出的最小拉力。结论　尾部加压调角空心螺纹钉对肱骨头的固定作用可满足经皮导入内固定治疗肱骨近端骨折合并肩关节前脱位过程中的要求。     

天鹅记忆接骨器对长骨干形态结构和力学性能的影响

目的 :探讨天鹅型形状记忆接骨器 (SMC)对长骨干骨形态结构和力学性能的影响。方法 :3 0只新西兰大白兔双侧肱骨干截骨后 ,随机选取一侧用天鹅型形状记忆接骨器固定 (SMC组 ) ,对侧用 4孔加压接骨板 (DCP)固定 (DCP组 ) ,分别在术后 2、4、8、12、16周时取材 ,行CT扫描和三点折弯力学测定 ,观察固定段骨结构和力学性能变化。结果 :术后 8周开始 ,DCP组板下皮质骨出现骨萎缩和骨质疏松 ,随固定时间的延长而加重 (P <0 .0 5或P <0 .0 1) ,而SMC组皮质骨厚度和密度保持正常。术后 4周开始 ,SMC组力学性能优于DCP组 (P <0 .0 5或P <0 .0 1)。结论 :SMC与DCP相比 ,具有材料和几何构型上的优势 ,在本器固定下 ,骨折愈合无骨质疏松和骨萎缩的发生 ,并具有优良的力学性能。     

肋骨环抱接骨器在肋骨骨折治疗中的应用

目的探讨肋骨环抱器在胸外伤肋骨内固定的治疗效果。方法本组113例肋骨骨折患者,在全身麻醉下分离肋骨断端两侧2cm,将接骨器放入冰水内5min使其软化,撑开接骨器环保臂,用湿纱布热敷3min,接骨器快速恢复原来形状并固定肋骨。其中74例行单纯肋骨固定,39例在其他手术过程中同期完成或第二期完成。结果本组113例,死亡2例,均为严重颅脑合并胸腹部联合伤,多器官功能衰竭;8例严重胸壁软化,其中6例出现急性呼吸窘迫综合征（ARDS）,经肋骨内固定后均痊愈。结论肋骨环抱器内固定简单易行,对于减轻伤者胸痛,改善咳嗽排痰效果十分明显,尤其适用于多根多处肋骨骨折者,可以防治ARDS,缩短呼吸机使用时间。     

天鹅记忆接骨器对实验性骨折愈合过程中局部IGF-I含量的影响

目的 研究天鹅记忆接骨器(SMC)内固定对兔肱骨骨折愈合过程中局部IGF-I的含量的影响,探讨SMC对骨折愈合过程的影响.方法 随机选择兔一侧肱骨,截骨后SMC固定,为实验组.对侧肱骨同法截骨后,在相应位置用动力加压接骨板DCP同定,为对照组.术后第2、3、4、6、8、12周分别处死动物,以骨折线两侧0.5cm范围内为取材区.分别测定不同时间各组骨标本中IGF-I含量.结果 实验组骨折局部IGF-I含量在术后2w逐渐增高,6w时达到顶峰,8～12w IGF-I含量逐渐下降;DCP组骨折局部IGF-I含量在术后2w逐渐增高,8w时达到顶峰,12周IGF-I含量下降.两组间相比,术后3、4、6周,SMC组骨折局部IGF-I含量明显高于DCP组,4周时差异最大.结论 SMC较DCP更能促进骨折局部IGF-I的分泌,促进骨折愈合.     

新型双叶型肱骨近端锁定钢板的研制与生物力学研究

目的研制新型双叶型肱骨近端锁定钢板以解决复杂肱骨近端骨折大、小结节的固定问题,并通过生物力学实验评估其固定肱骨大、小结节的稳定性。方法取12具新鲜冰冻带肩袖肌的肱骨标本,编号后随机分成A、B两组,建立相同的肱骨大、小结节骨折模型。其中,A组用新型双叶型肱骨近端锁定钢板固定;B组用肱骨近端锁定钢板系统(proximal humeral internal locking system,PHILOS)、缝线缝合固定,小结节同时加用1枚3.5 mm空心螺钉固定。分别对两组标本进行肩胛下肌、冈下肌及小圆肌、冈上肌牵拉实验及大、小结节抗拉实验测试。结果肩胛下肌牵拉实验:A组在180 N拉力以及疲劳实验后位移均明显小于B组(P0.05)。冈下肌及小圆肌牵拉实验:两组在150 N拉力以及疲劳实验后位移比较差异均无统计学意义(P0.05)。冈上肌牵拉实验:两组在90 N拉力以及疲劳实验后位移比较差异均无统计学意义(P0.05)。小结节抗拉实验:A组失效载荷明显大于B组,且A组失效位移明显小于B组(P0.05)。大结节抗拉实验:两组在失效载荷、失效位移比较差异均无统计学意义(P0.05)。结论该新型双叶型肱骨近端锁定钢板对肱骨小结节的固定效果较缝线+空心钉螺钉固定更坚强,具有能同时固定大、小结节的优势。研究结果为临床治疗复杂肱骨近端骨折提供新的选择。     

注入骨水泥治疗胸腰椎骨质疏松性骨折：成熟技术中的常见问题

背景：注入骨水泥是胸腰椎骨质疏松性骨折常用的固定方法之一。 目的：评估注入骨水泥内固定胸腰椎骨质疏松性骨折的生物力学性能以及固定效果。 方法：选取骨质疏松胸腰椎标本,测定骨密度以及最大压力载荷、位移、刚度等力学性能指标,建立骨折模型,注入骨水泥固定后,再次测定最大压力载荷、位移、刚度指标,比较注入骨水泥固定前后生物性能的变化,同时与椎弓根螺钉固定胸腰椎骨质疏松性骨折的生物学性能进行比较。对注入骨水泥固定胸腰椎骨质疏松性骨折的患者进行随访观察,通过评估患者缓解疼痛程度、胸腰椎体高度恢复程度以及骨水泥注入量和骨水泥外渗等情况,明确注入骨水泥固定治疗的效果。 结果与结论：生物力学实验测定注入骨水泥固定胸腰椎骨质疏松性骨折后的最大载荷为2 285 N,比骨折前承受的最大载荷1 954 N强度增加了近16.9%,注入骨水泥固定胸腰椎骨质疏松性骨折后的刚度为427 N,比骨折前刚度349 N增加了近22.1%,显示出良好的生物性能。对应用注入骨水泥固定胸腰椎骨质疏松性骨折的患者以及应用闭合复位注入骨水泥固定胸腰椎骨质疏松性骨折的患者进行随访观察,结果发现2种方法均可以使患者的疼痛得到明显的缓解,而闭合复位注入骨水泥固定胸腰椎骨质疏松性骨折时骨水泥注入量、局部后凸角以及椎体高度恢复情况均更好,表明闭合复位辅助下注入骨水泥固定是胸腰椎骨质疏松性骨折安全有效的治疗方法。     

模拟肩峰下前外侧扩展入路肱骨近端骨折复位内固定的解剖学特点

背景：临床用于肱骨近端骨折的常用入路主要有两种：前内侧入路、肩峰下前外侧入路,然而现有的手术入路存在一定局限性。 目的：分析臂部前外侧腋神经与肱骨上段及三角肌前、中亚部的解剖关系,为复位内固定治疗肱骨近端骨折寻找新入路提供解剖学依据。 方法：解剖12具成人(男7例,女5例)防腐上肢标本20侧,了解腋神经前支在三角肌前、外亚部中的走行,比较经过两亚部时跨越肌缝的神经分支形态。完成初步数据收集后,进行尸体上模拟复位内固定实验。 结果与结论：腋神经前支横向行走于三角肌肌腹深面中上1/3水平,距离肩峰外下缘(6.0±1.3) cm,前亚部仅有1支一级神经支支配,两亚部间为一连续的乏血管横越的肌缝,肌缝位于肩峰前角向下的延长线处,肉眼观为一白色结缔组织条带,腋神经通过肌缝时无分支,游离后跨缝段长度均大于1 cm,放置钢板后腋神经张力不高。通过肩峰下三角肌前、中亚部肌缝入路,显露腋神经支配前亚部的一级神经支并进行分离保护后,可以向下延伸切口,能够安全地暴露上段肱骨,在直视下进行骨折复位和金属植入物内固定等操作。     

Patello-femoral contact area and compressive force after anteromedial displacement of tibial tuberosity in amputated knees

Contact force and contact area in the patello-femoral joint was biomechanically analyzed using seven amputated legs. The knees were fixed firmly to the experimental apparatus and 300 N of tension was applied to the quadriceps tendon. Total contact force was measured using pressure-sensitive film, and the ratio of the contact area to the patellar joint surface (%) was measured using hydrophilic vinyl polysiloxane impression material. At a Q-angle of 0° with no advancement, 10 mm and 20 mm advancement of the tibial tuberosity, the total contact force on the patello-femoral joint at a knee flexion of 45° was 266±55 N, 191±58 N and 146±58 N, respectively. The total contact force became smaller as the advancement of the tibial tuberosity changed to 5, 10, 15 and 20 mm. Especially, the total contact force with Q-angle of 0° and anterior advancement of 15 and 20 mm was significantly smaller than that with no advancement. With a Q-angle of 0°, the contact area of the patello-femoral joint at 10 mm advancement was the greatest, occupying 30.1±9.9% of the whole patellar joint surface. The mean contact pressure with Q-angle of 0° and anterior advancement of 10 mm was smaller than that with all other positions, but there was no significant difference. In this experiment, combined anterior and medial displacement of the tibial tuberosity reduced the contact force in the patello-femoral joint of the amputated legs, and an advancement of 10 mm achieved optimal reduction of force and the greatest contact area.     

Forces developed beneath hydrogel contact lenses due to squeeze pressure

The hydrodynamic squeeze pressure in the fluid thin film beneath hydrogel contact lenses fitted onto an axisymmetric model eye were measured. These pressures were due to the contact lens relaxing after deformation by an applied force of similar magnitude to the human eyelid force. The distribution of pressure for contact lenses typically fitted to human eyes was negative with respect to atmospheric pressure at the corneal apex and became less negative at the corneo-scleral limbus. The force that the contact lens applied to the cornea was determined by integrating the pressure distribution from the corneal apex to the limbus. This force varied from 6.0 X 10(-4) N to -7.8 X 10(-1) N depending on the thickness, elastic modulus and bearing relationship of the contact lens. An expression was derived to determine the pressure developed beneath the annulus of the hydrogel contact lens overlapping the cornea, in terms of the measured force over the cornea beneath the contact lens and the chord diameters of the contact lens and cornea. It was found that the deformation of hydrogel contact lenses on the model eye did not follow a linear elastic shell theory.     

A new approach to characterize grip force applied to a cylindrical handle

The grip force applied to a cylindrical handle is a function of the measurement reference axis. So far, however, no attempt has been made to fully describe the exact form of this function. The objectives of this study were to examine some fundamental characteristics of grip forces and to explore the basic pattern of the grip force function. Twenty subjects (10 males and 10 females) participated in the experiment. The subjects alternately used their left and right hands to apply maximum grip forces and medium grip forces (about 40% of maximum) to a 30 mm handle. A flexible pressure sensor mat was used to measure the grip pressure. The pressure was integrated with respect to different measurement axes; this resulted in the grip force function. This study found that every gripping action produces maximum and minimum force axes; these axes are separated by about 90 degrees . The maximum force is correlated with the minimum force, but the former is generally about 1.42 times the latter. The principal grip direction is about 78 degrees from the z(h)-axis of the hand biodynamic coordinate system defined in ISO 8727 [ISO 8727. Mechanical vibration and shock - human exposure - biodynamic coordinate systems. Geneva, Switzerland: International Organization for Standardization; 1997]. More interestingly, each of the 160 sets of experimental data reasonably fit this study's proposed elliptical model. The implications of the findings are discussed.     

不同规格膝关节假体的接触状态研究

目的对设计相同但规格尺寸不同的同型号产品进行接触状态分析,为磨损试验的规格选择提供理论依据。方法基于合理性假设,利用ABAQUS模拟膝关节系统在站立位时的受力情况,并通过采用富士感压纸(MW)对不同规格产品进行接触面积试验,用于对比分析研究。结果通过模拟分析,该型号产品随着规格增大,股胫接触面积增大,范围为128～220 mm~2,形状逐渐加宽,接触应力减小,范围为20.73～32.70 MPa。结论对比接触应力和接触面积的综合变化率,以及各个规格的市场占有率,确定选择#4或#5规格进行膝关节磨损试验更为合理。     

基于剪切波频散超声振动的黏弹性检测系统开发

目的 为实现离体组织黏弹性检测,建立一套超声黏弹性检测系统。方法 该系统基于剪切波频散超声振动方法,利用超声辐射力激励组织产生谐波运动,然后检测振动产生的剪切波传播特性,从而估算组织的黏弹性值。采用该系统进行标准仿体实验和大鼠肝脏实验,并完成对系统的初步评估。结果 标准仿体的检测结果与仿体标定的弹性系数值接近,大鼠肝脏的黏性系数和弹性系数值分别为(1.12±0.41) Pa?s、（0.81±0.40）kPa。结论 通过标准仿体实验和大鼠肝脏的实验,证明采用该系统进行离体动物实验的可行性,为实现人体肝纤维化检测作初步探索。     

人头部力锤冲击试验的生物力学研究

目的：探讨人头部受主动冲击的钝力作用时的力响应特点,同时测试头部各部位承受最大冲击力的限度,从冲击动力学角度去探讨颅脑损伤的生物力学机理。方法：使用配备大量程力传感器的力锤对人尸体头部各部位进行冲击试验,记录接触力响应曲线,并手工记录锤头的质地、质量、初速度、冲击面大小,以及被冲击的头部是否有破坏性反应(头皮挫裂及颅骨骨折)。结果：人头部对主动冲击的钝物的接触力响应曲线为类似正弦波的脉冲波形,其波形宽度及峰值因冲击物的质地、有无头皮等发生变化;人头部在小面积钝物的冲击作用下,造成头皮挫裂的冲击力最大值平均为5100N;使颞部、顶部、额部、枕部骨折的冲击力最大值的平均值分别为6200、8100、8300、11000N;利用试验得到的数据,验证了作用于头部的钝物与头部组成的系统相当于带有强阻尼的弹簧振子。结论：头部在受到主动冲击时,典型的接触力一时间曲线为类似正弦波的脉冲波形;大面积的钝器作用于头部造成的颅骨骨折,更多发生延伸至远处的线形骨折;本试验还得出了人头部能耐受的冲击力大小等参数,这些对于建立有限元模型进行分析和验证是必须的。     

数字散斑法测量股骨干骨折内固定下的位移****◆

背景：既往研究多采用传感器来研究钢板内固定治疗股骨干骨折的生物力学特点,存在直接接触、精度低等缺点,将数字散斑技术应用到骨折生物力学领域中,能更精确地分析螺钉断裂的力学过程。 目的：利用数字散斑法测量成人股骨加压钢板内固定后骨折端在不同拉力条件下地位移。 方法：取6 根成人股骨标本,制造肱骨中段骨折模型,骨折标本两端各使用5枚螺钉固定,进而使用电子万能机在200 N和300 N负荷下进行拉力实验,数字散斑法测量10种状态下骨折断端近侧螺钉的位移。结果与结论：300 N拉力下的位移明显大于200 N拉力(P < 0.01),除螺钉1和10,2和9,3和8,4和7,5和6外,其余组两两比较差异有显著性意义(P < 0.05),提示螺钉位移随拉力增加而增大,且骨折线附近螺钉的位移随拉力改变较大。     

单手操作手机时常见拇指动作关节角度与接触力测量和分析

目的 研究单手操作手机时拇指的关节角度与接触力,分析拇指关节的关节角度与接触力的生物力学特征以及影响因素,为拇指狭窄性腱鞘炎的预防、康复以及治疗提供生物力学依据。方法 使用Vicon光学运动捕捉系统和电阻式薄膜力传感器采集大学生志愿者单手操作手机时拇指关节角度和指尖接触力,并对人体参数、关节角度和接触力进行统计学多因素相关性分析。结果 通过仪器测量得到单手手机操作时上滑、顺时针转、右点、左点、左滑等动作的关节角度与接触力;统计分析表明,手长、拇指总长对各关节角度均值和最大接触力有显著影响(P<0.05),且手长与掌指关节角度均值、最大接触力基本呈负相关。结论 减小拇指运动幅度避免拇指过伸或过屈,或减少使用手机的频率,或减少操作手机的作用力,可以一定程度上减少拇指屈肌腱和腱鞘与骨纤维管道的摩擦力以及相互之间的挤压力,从而可以减少拇指狭窄性腱鞘炎的形成。     

老年男性和年轻男性行走时足底动力学特征差异

目的 比较老年男性和年轻男性在行走时足底动力学特征的差异,探讨增龄对足底动力学的影响.方法 应用鞋垫式压力测试系统比较13名老年男性和14名年轻男性在串联行走时左脚的受压时长、受压支撑百分比、开始受压支撑百分比、结束受压支撑百分比、最大压强、最大压强支撑百分比、平均最大压强、时间压强积分、最大压力、最大压力支撑百分比、...     

Prediction of elbow joint contact mechanics in the multibody framework

Computational multibody musculoskeletal models of the elbow joint that are capable of simultaneous and accurate predictions of muscle and ligament forces, along with cartilage contact mechanics can be immensely useful in clinical practice. As a step towards producing a musculoskeletal model that includes the interaction between cartilage and muscle loading, the goal of this study was to develop subject-specific multibody models of the elbow joint with discretized humerus cartilage representation interacting with the radius and ulna cartilages through deformable contacts. The contact parameters for the compliant contact law were derived using simplified elastic foundation contact theory. The models were then validated by placing the model in a virtual mechanical tester for flexion-extension motion similar to a cadaver experiment, and the resulting kinematics were compared. Two cadaveric upper limbs were used in this study. The humeral heads were subjected to axial motion in a mechanical tester and the resulting kinematics from three bones were recorded for model validation. The maximum RMS error between the predicted and measured kinematics during the complete testing cycle was 2.7 mm medial-lateral translation and 9.7° varus–valgus rotation of radius relative to humerus (for elbow 2). After model validation, a lateral ulnar collateral ligament (LUCL) deficient condition was simulated and, contact pressures and kinematics were compared to the intact elbow model. A noticeable difference in kinematics, contact area, and contact pressure were observed for LUCL deficient condition. LUCL deficiency induced higher internal rotations for both the radius and ulna during flexion and an associated medial shift of the articular contact area.