髌股关节排列异常的生物力学特性变化的实验研究

目的：采用电测实验应力分析和压敏片测量技术相结合的方法,对髌股关节的运动肌群应力的变化特点、髌股关节接触面积和应力分布进行了一系列实验测试。材料与方法：采用8具人膝关节标本,保留关节囊及股四头肌机腱,髌股关节间隙内安放压敏片,肌腱上安放应力传感器,进行不同条件下的加载试验。结果：（1）股四头肌肌力对髌骨的稳定起重要作用。股内、外侧肌力不平衡（即股内侧肌肌力较弱）可使骸股关节接触压力和分布状态发生变化,使外侧髌股关节面接触压力升高。（2）在模拟髌股关节排列异常（髌骨外侧倾斜）的标本上,外侧髌股关节面接触压力及范围均明显增高,但髌骨固定在相对较小范围,使局部应力集中。（3）模拟外侧支持带松解的标本上,外侧关节接触压力和面积均有所下降,髌骨活动度增大,缓解了局部高接触压状态,但股四头肌肌力的不平衡仍影响髌骨的稳定。结论：股四头肌肌力不平衡对髌股关节接触应力和分布状态以及髌骨的位移范围均有较大影响,提示临床治疗中不应忽视对股四头肌肌力的恢复。     

人工膝关节置换术中髌骨截骨厚度对髌股关节压力及髌骨应变影响的研究进展

目的 总结髌股关节力学特点及人工膝关节置换术(TKA)中髌骨截骨厚度变化对髌股关节压力及髌骨应变影响的研究进展。方法 在PubMed、Springer Link、FMJS、万方等数据库以“髌骨厚度、髌股关节应力、髌骨应变”为关键词,检索1985年1月—2015年1月国内外有关髌骨厚度变化与髌股关节力学关系的相关文献资料,并进行汇总分析。结果 TKA术中无论是否进行髌骨置换,髌骨厚度的变化均会导致髌股关节力学特点的变化,可能会加剧髌股关节假体间的磨损或增加髌骨内压力,从而导致假体磨损、松动或膝前痛的发生。髌骨厚度增加2～4 mm可能会增加髌股关节压力及手术失败的风险。截骨过多时,髌骨应变比截骨较少的髌骨要大,从而有更高的骨折风险,或导致髌股关节痛。结论 TKA术后髌骨应尽量保持术前厚度,以保持髌股关节力学特点的稳定,减少髌股关节压力和假体磨损。髌骨截骨厚度减少可以降低术后髌骨应变,从而降低了髌骨骨折及膝前痛的发生率。     

胫骨结节抬高术对髌股关节生物力学的影响

为客观评价胫骨结节抬高术的生物力学有效性。采用富士压敏片法和染色法测试８具新鲜离休膝关节在行胫骨结节抬高术前后的髌股关节接触部位、面积和应力分布。发现胫骨结节抬高术后,髌骨的习惯性接触区位置向近端移行,这种现象有助于避开对软骨病灶区的挤压和应力集中,对缓解和消除髌股疼痛症状可能有利。因此,提出了“应力集中软骨损伤区导致髌股疼痛”的设想。胫骨结节抬高术后,小屈膝角度（３０°～６０°）有一定的髌股减压作用;但随屈膝角度增加,髌股接触面积减小并出现压力分布不均或局部高压现象。胫骨结节抬高术后,“腱股接触”现象提早（６０°）出现,对髌股关节生物力学行为可能造成影响。     

髌股关节形态学与髌骨软化症之间相关性研究

目的　通过MRI进行髌股关节形态学参数测量,分析髌股关节形态与髌骨软化症之间的关联性。 方法　371例接受膝关节MRI检查的成人患者,诊断为髌骨软化症（chondromalacia patellae,CP）者纳入CP组（n=124）,排除CP者纳入对照组（n=247）,按性别分组计算CP患病率。通过MRI轴位片测量两组患者的外侧髌股角、滑车沟角、滑车沟深和外侧滑车倾斜角,根据软骨损伤的程度进一步将CP组分为CP（轻型）及CP（重型）两组。运用t检验对比CP组与对照组以及CP（轻型）组与CP（重型）组的各个参数组间差异。进一步运用χ2检验分析髌骨倾斜及滑车发育不良与CP的相关性。 结果　CP的患病率为33.42%（124/371）,女性为49.35%（76/154）,男性为22.12%（48/217）,女性高于男性（P <0.01）;CP组与对照组在外侧髌股角（P =0.00）,滑车沟角（P =0.00）,滑车沟深（P =0.00）及外侧滑车倾斜角（P =0.02）上均有显著性差异。CP（轻型）组与CP（重型）组在外侧髌股角、滑车沟角、滑车沟深、外侧滑车倾斜角上均未见统计学差异（均P >0.25）。无论是否考虑性别因素,髌骨倾斜与滑车发育不良均与CP存在显著相关性（P =0.00）。 结论　髌骨倾斜及滑车发育不良与CP显著相关,但与CP的严重程度无关。     

髌股关节紊乱行关节镜手术治疗对髌股关节生物力学改变的三维有限元分析

目的采用三维有限元方法分析关节镜下行外侧髌骨支持带松解、内侧髌骨支持带紧缩手术前后髌股关节应力分布的改变情况。方法建立髌股关节紊乱患者关节镜手术前后髌股关节三维模型,并计算分析在加载200 N载荷下模型在不同屈膝角度(30°、60°、90°、120°)时的髌股关节最大应力和应力分布。结果关节镜术后模型不同屈膝角度的髌股关节最大应力较术前明显减小;术前髌股关节应力集中在髌股外侧关节面,而术后髌股关节应力得到重新分配。结论关节镜下外侧髌骨支持带松解、内侧髌骨支持带紧缩手术后,髌股关节不同屈膝角度的应力得到改善,为关节镜手术方法可以有效恢复髌股关节内外侧关节面压力平衡提供客观理论依据。对于临床上存在力线异常的早期髌股关节紊乱患者,建议应尽早手术干预。     

髌骨矢状面截骨术对髌骨倾斜病理应力分布的生物力学影响

目的：研究髌骨矢状面截骨术对髌骨倾斜病理应力分布的影响。方法：采用手术方法将七具新鲜人尸体膝关节标本的髌骨外侧支持带紧缩，造成髌骨过度外侧倾斜，然后进行四个不同截骨角的髌骨矢状面截骨术。股四头肌腱加载200N。分别于正常状态、髌骨倾斜、截骨5°、10°、15°、20°六种工况下，应用压敏片测量髌股关节接触压力与面积。摄屈膝45°Merchant髌骨轴位片，测量髌骨倾斜角，了解髌骨倾斜程度。结果与结论：髌骨倾斜后，髌骨内侧接触面积与压力均减少，外例接触面积与压力均增加，屈膝30°时最显著。截骨10°以上，明显改善了髌骨倾斜的应力分布，其中截骨15°改善较为理想。本实验结果为临床上髌骨矢状面截骨术中截骨角的选择提供了可靠依据。     

内侧髌胫韧带的应用解剖、生物力学及重建的研究进展

目的 总结内侧髌胫韧带（MPTL）的应用解剖及生物力学、重建技术及其临床疗效研究进展。方法 在中国知网、PubMed、Web of Science数据库中,检索2022年5月之前公开发表的关于MPTL解剖、生物力学及重建技术研究文献47篇;通过对上述文章的参考文献进行筛选,补充检索21篇。按照本研究纳入和排除标准,最终纳入47篇文献（中文文献5篇、英文文献42篇）进行分析和总结。结果 MPTL位于膝关节内侧支持带第二层,起自髌骨内侧下端。沿内下方走行,止于胫骨前内侧近端。MPTL内侧总约束力约为5%,并且主要在膝关节屈曲30°~90°的倾斜和旋转中发挥作用。此外,初次髌骨脱位常伴有内侧髌股韧带（MPFL）和MPTL的联合损伤。MPTL参与的重建方式主要分为单纯MPTL重建和MPFL联合MPTL重建,前者临床研究疗效良好,但单纯重建MPTL无法恢复内侧支持带原有的生物力学结构,故不推荐在临床中应用。在多项MPFL联合MPTL重建临床研究中,患者术后功能Lysholm评分、Kujala评分和国际膝关节文献委员会（IKDC）评分,以及髌骨高度、胫骨结节-滑车沟、髌骨外移度等影像学指标均得到有效改善,但MPFL联合MPTL重建手术适应证仍未达成共识。结论 对MPTL的应用解剖和生物力学研究进一步证实了MPTL在维持髌股关节稳定性中的重要作用,因此,MPFL与MPTL联合重建能恢复内侧支持带的解剖和生物力学。为了满足临床需要,尚需要进一步研究以论证该手术的适应证。     

用髌骨重建胫骨平台关节面缺损的生物力学研究

目的研究用髌骨重建胫骨平台关节面缺损的生物力学特征,为临床手术提供理论依据。方法建立髌骨重建胫骨内侧髁或外侧髁上关节面缺损的实验装置,用实验应力分析方法测量重建后股胫关节的生物力学特征,并与理论相比较。结果实验组载荷-应变曲线、载荷-位移曲线和应力等与对照组无显著性差异(P＞0.05)。结论重建后的股胫关节能恢复正常生物力学特性。     

髌骨脱位治疗的研究进展

随着人们参与体育活动的增加,发生髌骨脱位的患者日益增多,且主要发生于儿童和青少年。一旦发病会给患者带来严重的心理和经济负担,并可能会导致骨关节炎的发生或造成慢性残疾。急性髌骨脱位经保守治疗后脱位复发率高。发生再脱位的主要危险因素包括：股骨滑车发育不良,髌骨高位,胫骨结节股骨滑车沟间距增大以及髌骨外倾等。治疗复发性髌骨脱位的手术方式有股骨滑车成形术、胫骨结节内移术,髌骨内侧支持带紧缩、外侧支持带松解术和目前临床广泛应用的内侧髌股韧带重建术等。针对不同损伤或病理特点的髌骨脱位患者,需制定个体化治疗方案。     

膝关节固定后髌骨腱的生物力学改变

背景：骨关节固定常作为防止受伤组织被再次损伤的方法。 目的：膝关节固定对兔髌骨腱力学特性及超微形态的影响。 方法：将20只成年兔等分为固定组和对照组。固定组兔左后肢通过石膏和2个可调铝夹板,保持膝伸直,踝关节屈曲90°,固定6周后,取髌骨腱-骨复合物,观察两组髌骨腱的生物力学性能和超微结构变化。 结果与结论：膝关节固定6周拉伸强度和切线模量分别下降至对照组的64.44%和53.08%(P < 0.01),但两组伸长率和最大负荷差异没有显著性意义。两组材料常数及应力应变关系曲线完全不同。固定组髌骨腱的横截面积明显大于对照组(P < 0.01),小胶原纤维占有优势。说明固定不仅会导致髌骨腱生物力学的变化,而且对髌骨腱自身也产生影响。     

晚期糖基化终末产物对骨组织生物力学影响的研究进展

晚期糖基化终末产物（advanced glycation end-products,AGEs）是大分子物质的游离氨基与还原糖之间发生的非酶促反应产物。AGEs在骨组织中积聚会通过与骨组织细胞表面受体的结合改变骨组织细胞活性及功能,引起骨重建过程异常。AGEs积聚还会改变骨胶原原有结构及矿物质沉积,影响骨组织的微观力学性能,造成骨强度及韧性的降低,增加骨折风险,导致骨疾病的发生,危害人体健康。概述AGEs的产生原因及检测方法,并从微观和宏观层面综述AGEs在生物体骨组织内积聚对骨生物力学影响的研究进展,为临床上对骨疾病的早期诊断与治疗提供参考。     

髌骨治疗髌骨骨折

对46例髌骨骨折患者选择髌骨环作为内固定物治疗的疗效进行回顾分析,认为髌骨环治疗髌骨骨折具有固定牢靠、操作简易、利于术后功能训练等优点,是治疗髌骨骨折特别是粉碎性髌骨骨折的一个不错选择。     

Biomechanics

This review covers research achievements in the field of biomechanics that have been obtained in the past few years and provides information to researchers in other fields of study. This article is a translation of an article that appeared in The Japanese Journal of Artificial Organs 2007;36:204–206     

小切口经皮抓髌器治疗髌骨骨折

目的：总结抓髌骨器治疗髌骨骨折的体会。方法：髌骨内侧小切口，清理关节内瘀血，手指探入，协助整复，引导爪钩，固定骨折，早期进行功能锻炼。结果：共治疗各类型骨折43例；骨折全部于手术后6-8周愈合，优良率97.7％。结论：抓髌器治疗髌骨骨折具有创伤小、愈合快、功能恢复好，不需再次手术等优点，是治疗髌骨骨折首选方法。     

航空生物力学

飞行员在飞行中会面临各种复杂载荷,这些复杂载荷会给飞行员肌骨、血液循环等系统产生复杂生理影响,从而导致飞行员损伤。生物力学主要研究生物医学中的力学问题及力的生物学效应。航空生物力学是研究人体在航空动力环境中生理变化规律及其防护措施的学科,其主要研究内容包括:冲击载荷对人体的损伤及其防护;持续性载荷对人体的生理影响及其防护或对抗;振动与噪声对人体的生理影响及其防护等。     

法医生物力学研究进展

法医生物力学 (Forensic biom echanics)主要是应用生物力学的理论和技术 ,研究并解决司法鉴定实践中涉及数理力学问题的证据科学 ,属于生物学与法医学结合的一门新兴边缘交叉学科。从生物力学角度 ,可视为现代生物力学的重要分支之一 ;从法医学角度 ,则为法医学的重要分支 ,可谓法医损伤学极具发展潜力的内容之一。本文对法医生物力学专家举证的任务 ,法医生物力学专家鉴定的程序 ,法医生物力学的研究方法和研究内容四个方面进行了综述     

康复工程中的生物力学问题

做好康复工作不仅能提高残疾人及老年人的生活素质,同时也可减轻家庭及社会的负担。我国经济的不断发展和人们生活质量的提高,将康复工作推向一个新的水准。生物力学是康复辅具设计与安装的重要基础。肢体康复的主要目的是最大限度地恢复失去的肢体支撑及运动功能,故了解力在体内及身体与支撑之间的传递非常重要。通过生物力学的研究,可以设计出优化的康复辅具及训练方案。本文综述了康复工程中生物力学研究的主要热点,包括人机界面生物力学和肌骨系统的运动动力学,以及其他的研究,如寻找适合的控制信号和先进的材料研发,为康复辅具的开发提供理论基础。     

主动健康中的生物力学

在主动健康中,生物力学发挥着不可替代的作用。运动通过肌肉和关节活动对人体组织和器官形成力学刺激,促进健康,也可能导致损伤或病变。另外,在辅具设计与评价、康复临床诊疗中都涉及生物力学。主动健康生物力学的发展需要体育和医学的融合,考虑更多动力学、疲劳和力学耦合问题。在将来的研究中,一方面需要借鉴其他生物力学方向的经验,另一方面结合科技发展前沿开拓生物力学新方向。     

口腔正畸生物力学的研究进展

口腔生物力学是口腔正畸学的重要基础学科之一。在传统正畸力学系统稳定运行的基础上,矫治理念仍在不断更新发展,随着各类新型矫治器不断研发、矫治技术不断提出,对不同矫治体系的生物力学效应探索是正畸领域的关注重点。口腔生物力学技术的不断优化、突破与创新也为更加真实模拟和理解矫治中的生物力学效应提供了重要途径。本文主要对近年来固定矫治、隐形矫治、矫形治疗3个矫治体系相关的生物力学研究进行综述,包括正畸新理念和正畸新技术的生物力学分析、生物力学新技术在正畸中的应用等。     

Biomechanics in augmentation rhinoplasty

During the past 6 years, we have treated 406 patients with classical silicone augmentation rhinoplasty. The types and incidence of complications after subcutaneous or subfascial implantation were examined. We have proposed that most complications are related to the depth of the implant and the character of the tissues. In order to improve our operation and prove our hypothesis, we performed subperiosteal augmentation rhinoplasty in 22 cases with satisfactory results. In order to determine scientifically which layer the silicone implant should be inserted into, we investigated the biomechanics of human nasal periosteum and fascia, including tensile strength, stress-strain relationship and stress relaxation characters under uniaxial tension. Although having less failure strain, the periosteum has more tensile strength than the fascia. So, in the view of biomechanics, the periosteum is thicker, tougher and stiffer than the fascia, thus is more suitable for covering silicone implants.