腰椎髓核摘除后小关节应力分析

[目的]研究L4、5正常腰椎节段、髓核摘除术后腰椎节段小关节的应力大小和分布情况.[方法]利用有限元软件Ansys,建立L4、5正常节段和髓核摘除术后三维有限元模型.固定模型L5椎体下终板,在L4椎体上终板施加400 N的轴向压缩载荷,并在L4椎体上终板分别向模型施加前屈、后伸和右旋转力,力矩大小均为6 Nm.分析各个状态下腰椎小关节的应力分布情况.[结果]建立了L4、5腰椎节段正常、髓核摘除术后的三维有限元模型.小关节处理为三维接触模型,线性、面接触单元,无摩擦,由上下关节突关节面及韧带结构组成.正常模型两侧小关节在右旋转时均产生较大应力,而以左侧小关节产生应力更大.髓核摘除模型在前屈、后伸、旋转时小关节的应力均增加.[结论]在腰椎不同的运动状态下,两侧小关节面各个部位的接触情况是不同的,应力大小和分布也是变化的.髓核摘除后腰椎前柱的承载功能减弱,小关节等后柱结构分担载荷增大.     

桡骨头的应力传导作用及其临床意义

目的明确桡骨头在肘关节中的应力传导作用。方法利用 SWD－ 10型材料试验机测量桡骨头的应力传导作用和桡骨头切除后经尺骨鹰嘴的应力分布变化。结果经桡骨头传导的应力大小约占所施加应力的 55％,桡骨头切除后,所施加的应力完全由肱尺关节承受,肱尺关节外侧关节面应力增加的幅度明显较内侧关节面大。结论桡骨头在肘关节应力传导和维持肘关节的稳定中起重要作用。     

关节软骨的形态、生理、生化特征及损伤修复

关节软骨为覆盖关节面的一层闪亮的结缔组织,其功能为传导及分布载荷,维持能承受的接触应力.关节软骨面富有弹性,具有良好润滑作用,摩擦系数很小,又能吸收震荡,绝大部分滑膜关节均为透明软骨.     

跟骨骨折后距下后关节面应力改变的实验研究

目的研究载荷条件下跟骨后关节面骨折后,所受应力的改变对距下关节的影响,为临床治疗提供理论依据。方法取6具包括完整足和胫腓骨远端15～20cm的新鲜标本。剔除皮肤、肌肉和跟腱,保留除外距下关节后方的关节囊部分,保持韧带和关节囊的完整。将压敏片插入距下关节的后关节间隙,中立位状态下分别在500N载荷下,对6具标本的距下关节进行加载,完成完整足的测试。然后模拟原始骨折线用微型摆动锯将跟骨后关节面分为前内和后外2块,接着按解剖复位、后外侧骨折块向跖侧移位2、5、10mm等条件重复上述实验,记录距下后关节面所受应力的改变。结果完整的距下后关节面承载的平均应力为(1.83±0.56)MPa。跟骨后外侧骨折块向跖侧移位2mm时,后关节面所承载的应力为(2.41±0.84)MPa,较完整跟骨承载应力显著增加(P<0.01)。结论跟骨距下关节后关节面骨折跖侧移位≥2mm即应手术复位。     

Ⅳ型胫骨平台骨折后外侧塌陷关节面固定方式的生物力学研究

目的评估不同固定方式治疗后外侧关节面塌陷的SchatzkerⅣ型胫骨平台骨折的生物力学效果。方法利用人工骨建立SchatzkerⅣ型胫骨平台骨折伴后外侧关节面塌陷的模型18例,将其均分为3组,分别模拟3种内固定方式固定:A组采用内侧钢板固定;B组采用内侧钢板加后侧支撑钢板固定;C组增加外侧骨窗,采用内外侧双钢板固定。通过力学实验机加载静态负荷,获得塌陷关节面与周围相连皮质断裂时以及垂直位移3 mm时的载荷值。结果塌陷关节面与相连皮质断裂时所加载的负荷为A组(1 715.0±52.1) N、B组(2 631.7±81.8) N、C组(2 763.3±51.6) N,3组间载荷存在差异(F=486.183,P=0.000),3组间两两比较差异均有统计学意义(P均0.05)。塌陷关节面垂直位移3 mm时的载荷为A组(2 360.0±71.0) N,B组(3 125.0±104.4) N,C组(3 418.3±81.3) N,3组间载荷存在差异(F=238.140,P=0.000),3组间两两比较差异均有统计学意义(P均0.05)。结论对于合并后外侧关节面塌陷的SchatzkerⅣ型胫骨平台骨折,增加外侧骨窗、内侧联合外侧钢板固定对于塌陷关节面的固定强度最高,内侧联合后侧钢板固定的强度次之,理论上两者均可承受行走时负荷;单纯内侧钢板固定强度最低,但亦可满足非负重功能锻炼时的负荷要求。     

不同载荷下腰1椎体内应力分布规律的有限元分析

目的:观察腰1(L1)椎体在不同载荷作用下椎体内应力分布情况,探讨其应力分布规律及临床意义.方法:选取1例27岁健康男性志愿者,以层厚1 mm进行T12～L2脊柱节段CT扫描,将原始数据存盘.运用3D软件、Auto CAD系统及ANSYS 6.0有限元软件建立正常人体胸腰段(T12～L2)运动节段的三维有限元模型.在T12椎体上表面施加不同等级的压力(400N、600N、800N、1000N、1200N),模拟脊柱的轴向压缩载荷;在T12椎体上表面施加不同等级压力(400N、600N、800N、1000N、1200N)的同时再施30N·m的弯矩,模拟脊柱的屈曲压缩载荷.将连接L1椎体上下终板凹面最低点的连线7等份,在此基础上将T1椎体中的松质骨划分为7个具有统计节点的层面,每个统计层面划分成9个统计区(椎体前部A1、A2和A3区,椎体中部M1、M2和M3区,椎体后部P1、P2和P3区).测量L1椎体松质骨中间3个层面9个统计区的平均应力值,将9个统计区划分成6个组,分别为Ⅰ组A1、A2、A3,Ⅱ组M1、M2、M3,Ⅲ组P1、P2、P3,Ⅳ组A1、M1、P1Ⅴ组A2、M2、P2,Ⅵ组A3、M3、P3.比较同一等级载荷下9个统计区的应力分布情况,并对6个组内的松质骨应力值进行两两配对t检验,分析L1椎体内不同载荷作用下应力分布情况.结果:轴向加载时同一等级载荷下,Ⅲ组内P2松质骨平均应力值与P1、P3比较,Ⅳ组内P1与A1、M1比较,Ⅴ组内P2与A2、M2比较,Ⅵ组内P3与A3、M3比较,差异均有统计学意义(P＜0.05);而Ⅰ组、Ⅱ组内的数据经两两比较均无统计学差异(P＞0.05);椎体后部P区(P1,P2,P3)的应力值与M区、A区比较最大,其中P2区应力最大.屈曲加载时同一等级载荷下,Ⅰ组内A2与A1、A3比较,Ⅱ组内M2与M1、M3比较,Ⅲ组内P2与P1、P3比较,Ⅳ组内A1与M1、P1比较,Ⅴ组内A2与M2、P2比较,Ⅵ组内A3与M3、P3比较,差异均有统计学意义(P＜0.05);Ⅰ组内A1与A3比较,Ⅱ组内M1与M3比较,Ⅲ组内P1与P3比较,Ⅳ组内M1与P1比较,均无统计学差异(P＞0.05);椎体前部A区(A1,A2,A3)的应力值与M区、P区比较最大,A2区应力最大.结论:L1椎体在不同载荷作用下,松质骨内存在着应力分布的集中趋势;轴向加载时应力集中的部位靠近椎体后缘中央,屈曲加载时应力集中的部位靠近椎体前缘中央.     

坐位骶髂关节面应力分布的三维有限元研究

目的 模拟研究成人正常静态坐位骶髂关节面的应力分布。方法 建立骶髂关节与骨盆三维有限元模型,且骶骨上面加载,双侧坐骨结节为支撑点,分析骶髂关节面的应力分布特点。结果 坐位时骶髂关节面骶骨侧与髂骨侧的应力分布规律和应力水平相似,关节面上端与中下部的应力值较高,前缘高于后缘,前后向的“山谷”较平坦。结论 坐位时骶髂关节面的应力分布较均匀,有利于关节的稳定和减少关节周围结构的劳损。     

关节内骨折的治疗进展

关节内骨折是指骨连续性的中断累及关节囊内,可累及或不累及关节软骨面,在诊断和处理上的要求要高于骨干骨折,其解剖连续性的恢复程度对治疗效果的影响较大。重建关节面的平滑完整无疑是评价关节内骨折是否成功的关键因素,治疗不当或关节面的广泛损伤可导致创伤后关节病的结局,其发生的潜在原因有关节面的不平整,载荷通过损伤的软骨面传导,肢体对线不良,关节脱位或半脱位以及重复负荷损伤等。因此,关节内骨折的治疗重点是关节面连续性的重建和恢复。但关节面的广泛粉碎性骨折,其连续性的恢复常难以达到,例如股骨远端,胫骨平台以及胫骨远端、髋臼等处的粉碎性骨折,因此创伤性关节病的发生率较高,这与创伤的严重程度本身相关,主要是由于无法解剖重建关节面的平滑以及关节软骨损伤自身的原因。有报道表明能够引起股骨骨折的冲击力足以导致关节软骨细胞的坏死和软骨裂开,全层软骨的撕裂如小于1cm通常不会引起关节炎。     

四角融合术对桡腕关节内应力的影响

目的 比较四角融合前后桡腕关节内应力值、受力面积和平均压强的变化,研究四角融合术对桡腕关节内应力的影响.方法 8例新鲜正常腕关节标本通过夹具固定于支架上,将150 N负荷按比例加载于经过腕关节的各肌腱上,调节腕关节于不同位置,测量桡舟、桡月关节内的应力大小、受力面积和平均压强,测量结束后对标本行四角融合术,以同样方法进行测量,比较四角融合前后数据,分析四角融合对桡腕关节的影响.结果 正常时,桡舟关节内受力面积占其关节面的3%～43%,桡月关节为6%～30%;四角融合后,桡舟关节为0%～30%,桡月关节为7%～32%.正常时和四角融合后,桡腕关节内的应力值、受力面积和平均压强随腕关节位置的变化而呈现相似的变化趋势,但正常时应力柔和渐变,四角融合后明显剧烈而僵硬.结论 正常桡舟、桡月关节内有各自独立的应力承受区,其面积不等于实际的关节面积,根据腕关节的位置不同而有变化;四角融合后桡腕关节内的应力变化较正常时剧烈、僵硬,长期作用可能使腕关节内软骨发生退行性变化.     

高应力与腰椎小关节方向变化关系的实验研究

目的:观察兔腰椎小关节加载应力后小关节方向的变化,并探讨小关节在应力作用下方向变化的机制.方法:将42只6月龄新西兰白兔随机分为正常对照组(A组)、椎间盘退变组(B组)、小关节加载组(C组)及椎间盘退变联合小关节加载组(D组),A组6只,其他3组各12只.对B组和D组动物采用针刺抽吸髓核法建立L3/4、L5/6椎间盘退变模型,对A组和C组仅剥离椎旁肌.建模6周后分别对C组和D组的L3/4、L5/6小关节加载拉簧造成高应力模型,对A组和B组仅行小关节暴露,分别于小关节术后4个月、8个月获取腰椎,进行MicroCT扫描,观察小关节形态,B、C、D组在横断面上测量L3/4、L5/6小关节角度(关节突关节面与椎体正中矢状面的夹角)并将两个节段数据合并分析,A组测量L3/4 、L4/5、L5/6、L6/7小关节角度并将数据合并分析,小关节角度越小,小关节方向越偏向矢状位.结果:组内比较,各组8个月时小关节方向较4个月时更加矢状化(均P＜0.05);同一时间点,D组的小关节方向较B组更加矢状化,C组的小关节方向较A组更加矢状化,差异均有显著性意义(均P＜0.05),A、B组间及C、D组间比较小关节角度无显著性差异(P＞0.05).小关节加载组(C组和D组)的小关节较小关节未加载组(B组)退变严重,时间越长退变越严重;各时间点A组小关节结构清晰.结论:高应力可引起兔腰椎小关节退变,小关节方向的矢状化改变是由小关节退变和重塑所导致.     

关于半月板损伤后关节镜下探查清理术后的护理探讨

膝关节是人体下肢的主要关节,其结构和功能是人体最复杂的,而半月板则是位于股骨与胫骨关节面之间的两块纤维软骨板,分别称内侧半月板与外侧半月板。在正常情况下,半月板在膝关节活动时起着传导、载荷及减轻震荡的作用;其次是对维持膝关节在屈身活动时起稳定和润滑作用,     

BAK置入前后椎间关节内的应力变化

目的　了解椎间盘摘除后与BAK置入后椎间关节内的应力变化 ,为临床开展BAK置入术防止关节突增生提供实验依据。方法　使用自身对照法 ,用 6具健康成年人腰1～腰5椎体标本 ,12个直径 14mm、长 2 5mm的BAK ,在腰4～ 5椎间盘摘除术前后及置入BAK后 ,用微型传感器测试椎间关节内应力变化。结果　椎间盘摘除后 ,2 0 0 0N轴向载荷下椎间关节内应力较椎间盘摘除前显著上升 ;而BAK置入后 ,同样载荷下椎间关节内应力则与椎间盘摘除前无显著差别。后伸力矩作用下 ,椎间盘摘除后椎间关节内的应力比术前显著上升 ;而BAK置入后 ,则显著减小。侧弯力矩作用下 ,椎间盘摘除后 ,椎间关节内应力却下降 ,并随着力矩的增加 ,椎间关节内应力变化率逐渐减小。而BAK置入后 ,应力则明显减小。结论　椎间盘摘除术后 ,椎间关节内应力显著增加 ,可能是关节突增生的主要原因 ;而BAK的置入可明显减小椎间关节内的压应力 ,因而可预防关节的增生。     

BAK置入前后椎间关节内的应力变化

目的：了解椎间盘摘除后与BAK置入后椎间关节内的应力变化,为临床开展BAK置入术防止关节突增生提供实验依据。方法：使用自身对照法,用6具健康成年人腰1－腰5椎体标本,12个直径14nm,长25nm的BAK,在腰4－5椎间盘摘除术前后及置入BAK后,用微型传感器测试椎间关节内应力变化。结果：椎间盘摘除后,2000N轴向载荷下椎间关节内应力较椎间盘摘除前显著上升;而BAK置入后,同样载荷下椎间关节内应力则与椎间盘摘除前无显著差别,后伸力矩作用下,椎间盘摘除后椎间关节内的应力比术前显著上升,而BAK置入后,则显著减少,侧弯力矩作用下,椎间盘摘除后,椎间关节内应力却下降,并随着力矩的增加,椎间关节内应力变化率逐渐减少,而BAK置入后,应力则明显减少,结论：椎间盘摘除术后,椎间关节内应力显著增加,可能是关节突增生的主要原因,而BAK的置入可明显减少椎间关节的压应力,因而可预防关节的增生。     

腰椎屈曲压缩骨折椎体松质骨内应力分布的特点

目的研究腰椎在屈曲压缩载荷作用下松质骨内应力分布特点。方法运用三维ANSYS 6.0软件建立正常人体胸腰段(T_(12)~L_2)运动节段的数字力学分析模型。将L_1椎体中间3个层面的松质骨划分成6个力学统计区,分别测量6个统计区内的平均应力值。在同一等级载荷下对中间3个层面内6个统计区的平均应力值进行比较,分析腰椎椎体松质骨内屈曲载荷作用下应力分布情况。结果在不同等级屈曲载荷作用下,每一等级载荷均出现:A(M)区松质骨应力值与其余5区[A(L)、A(R)、P(L)、P(M)、P(R)]的松质骨应力值比较差异均有统计学意义(P0.05)。结论腰椎体内松质骨在屈曲压缩载荷作用下,松质骨内应力分布存在着集中趋势,应力集中的部位在松质骨前缘中间区域。     

骰骨跨关节接骨板的设计与生物力学研究

目的通过测量及收集骰骨前后关节面的解剖学数据,设计用于复杂骰骨骨折的跨关节接骨板螺钉系统。采用生物力学试验对设计的骰骨跨关节接骨板进行力学分析。方法根据在100例成人足部内斜位X线片上及30具成人足部标本上测得的骰骨-第5跖骨关节面与第5跖骨干纵轴夹角α及骰骨-第5跖骨关节面与跟骰关节面延长线夹角β,结合已有文献数据,设计用于成人骰骨骨折的跨关节内固定接骨板,α、β角分别设计为70°和30°。取6具成人足部标本,距踝关节近端15 cm处截骨后,在跟、骰及第4、5跖骨处放置a~e 5枚电阻应变片,加载至600 N后测量各个点的应变值;然后制作骰骨骨折模型,同上法测量各个点的应变值并与骨折前比较;将标本随机分为两组(n=3),A组采用设计的骰骨跨关节接骨板及9枚螺钉固定骨折,B组采用掌指骨接骨板及8枚螺钉跨关节固定,再次对标本加载600 N压力后记录各个点的应变值及骨折块垂直位移。结果骰骨骨折前后比较,a、d、e点的应变值差异无统计学意义(P0.05),而b、c点骰骨骨折后应变值明显大于骨折前(P0.05)。骨折固定后,A、B组加载压力600 N时的各个点应变值比较差异均无统计学意义(P0.05)。观察实验数据可以得出,相同载荷下,应变值变化主要集中在骨折线处,因此将骨折固定后的b、c两点应变值与骨折前比较,差异均无统计学意义(P0.05)。骨折固定后A、B组加载压力600 N时的骨折线内侧骨块Y1垂直位移分别为(0.804±0.011)、(1.126±0.083)mm,骨折线外侧骨块Y2垂直位移分别为(0.672±0.036)、(1.007±1.103)mm,A组均显著小于B组,差异有统计学意义(t=—6.711,P=0.003;t=—5.307,P=0.006)。结论设计的新型骰骨跨关节接骨板对骰骨骨折具有更稳定的固定效果。     

胫骨pilon骨折受伤机制的有限元分析

目的 探讨胫骨pilon骨折发生过程中胫腓骨及远端关节面的应力分布规律。方法 选择1名健康男性志愿者建立胫腓骨及距骨的三维有限元模型,根据骨折发生特点设定工况,在中立位、背伸、跖屈、内翻、外翻5种不同工况下从距骨远端向近端进行静力加载,并将模型与地面进行碰撞。结果 在静载荷下,中立位应力主要分布于踝间线以前的内踝、胫骨踝穴顶前缘及外踝,背仲位应力主要分布于外踝及胫骨踝穴顶前部,跖屈位应力分布于胫骨踝穴顶后部,内翻位应力主要分布于外踝关节面及胫骨踝穴顶外侧部,外翻位应力主要分布于外踝关节面。在碰撞情况下,中立位应力分布与静载荷下一致,背伸立应力主要分布于踝间线以前,跖屈位应力主要分布于胫骨踝穴顶之踝间线后部及外踝关节面,内翻立应力主要分布于胫骨踝穴顶外部及外踝,外翻位应力主要分布于内踝、外踝及踝间线前部。腓骨关节面存静载荷作用下均处于高应力分布状态,在碰撞过程中亦最早接受应力分布。结论 腓骨是胫骨pilon骨折发生中最早受累且受累较重的部位。胫腓骨远端关节面在骨折发生中存在4个主要应力分布区,此4个应力区向近端延伸为内、外、前、后4个柱。     

载荷对老年关节软骨组织凋亡基因Caspase-3 mRNA表达的影响

目的 对体外培养的老年关节软骨组织块进行不同性质压应力载荷干预,观察不同的载荷条件对关节软骨细胞凋亡过程的调控。方法 在体外对加工成一定几何形状,未纤维化的老年关节软骨组织块予以不同频率（001、0.1、1HZ与静止力）,载荷量（1.5、1.0与05MPA）的压应力,并通过反转录-聚合酶链反应法来观察不同应力条件下凋亡基因Caspase-3 mRNA的表达情况。 结果 各应力组均有Caspase-3 mRNA的表达,其中对照组表达水平较低,中频各组表达与对照组无明显统计学差异：在静止应力组,以及高、低频组则有较强的表达。就表达强度而言,各载荷值无组间差异 结论 老年人关节软骨细胞的凋亡对于外界应力敏感,中频应力组对细胞的凋亡表现为抑制作用,其余各组则起到促进作用     

跟骨骨折对距下关节接触特征影响的实验研究

[目的]研究载荷条件下跟骨骨折后距下关节接触特征的改变,为临床治疗提供依据。[方法]取6具包括完整足和胫腓骨远端15~20 cm的新鲜标本。剔除皮肤、肌肉和跟腱,保留除外距下关节后方及前中关节面外侧的关节囊部分,保持韧带和关节囊的完整。将压敏片插入距下关节的前中和后关节面,中立位状态下分别在500 N载荷下,对6具标本的距下关节进行加载,完成完整足的测试。然后模拟原始骨折线用微型摆动锯将跟骨后关节面分为前内和后外2块,接着按解剖复位、后外侧骨折块向跖侧移位2、5、10 mm等条件重复上述实验,记录距下关节接触特征的改变。[结果]完整距下后关节面平均受压面积为(275.67±46.02)mm2,所承载的平均应力为(1.83±0.56)MPa。跟骨后外侧骨折块向跖侧移位2 mm时,后关节面平均受压面积为(167.67±25.09)mm2,较完整跟骨受压面积显著下降(P<0.01)。后关节面所承载的应力在骨折移位2 mm时为(2.41±0.84)MPa,较完整跟骨承载应力显著增加(P<0.01)。而前中关节面的受压面积无明显改变(P>0.05)。前中关节面所受的应力仅在骨折移位10 mm时显著增加(P<0.05)。[结论]跟骨距下关节后关节面骨折移位≥2 mm即应手术复位。     

胫骨远端内外翻畸形对胫距关节接触的影响

目的通过生物力学方法研究胫骨远端不同程度内外翻畸形对胫距关节接触情况的影响,以及腓骨截骨在其中的作用。方法选取8具新鲜下肢标本,通过踝上截骨建立胫骨远端内外翻模型,包括9种工况:正常中立位(A组),保留腓骨的10°内翻模型(B组)、5°内翻模型(C组)、5°外翻模型(D组)、10°外翻模型(E组),及截断腓骨后的10°内翻模型(F组)、5°内翻模型(G组)、5°外翻模型(H组)、10°外翻模型(I组)。通过Tek Scan踝关节压敏片法测试不同工况下胫距关节的接触面积、接触压强及峰值压强,观察胫距关节受力中心的位置变化。结果 B~E组接触面积、接触压强及峰值压强与A组比较差异均无统计学意义(P0.05)。截断腓骨时,F、I组接触面积显著小于A组(P0.05),F、H、I组接触压强及F、I组峰值压强均显著大于A组(P0.05)。胫距关节在正常中立位载荷时,有前外侧和前内侧两个主要受力区域;关节整体的受力中心位于前外侧象限,接近关节中心区域。保留腓骨时,随着内翻角度的增大,受力中心向前外侧转移;随着外翻角度的增大,受力中心则向后内侧转移。截断腓骨时,受力中心的移位正好相反,内翻时向后内侧转移,外翻时则向前外侧转移。结论腓骨的完整性对胫骨远端内外翻畸形的胫距关节接触情况有显著影响;临床中针对不同的畸形特征,应选择合适的截骨方式。     

胫骨内侧平台骨折两种入钉方式的生物力学研究

目的 研究采用平行胫骨平台和垂直骨折线两种方法固定胫骨内侧平台骨折的生物力学稳定性.方法 取6对新鲜成年猪胫骨标本,制作内侧胫骨平台斜行劈裂的骨折模型,用3枚6.5mm松质骨螺钉分为平行关节而和垂直骨折线两组进行固定,即刻检测内侧平台抗压缩的最大载荷、达到最大载荷时的功耗、关节面下陷2 mm时的载荷与功耗.结果 两组标本内侧平台抗压缩的最大载荷、达到最大载荷时的功耗、关节面下陷2 mm时的载荷与功耗之间差异均无统计学意义.结论 对于斜行劈裂的胫骨内侧平台骨折,垂直骨折线固定的生物力学稳定性并不优于平行关节面固定组.