有限元骨承载力分析法与壁厚分析法预测骨愈合程度的比较研究

目的建立下肢长骨干有限元分析模型,比较有限元骨承载力分析法与壁厚分析法预测下肢长骨干骨愈合程度的效果。方法收集4例临床诊断为下肢长骨干骨折不愈合患者的CT扫描数据,建立有限元分析模型,分别采用有限元骨承载力分析法和壁厚分析法进行二次模拟仿真计算,共进行8次分析。骨承载力分析法通过有限元分析得出健侧与患侧应力-应变曲线,利用GraphPad计算曲线下总面积进行比值分析。壁厚分析法通过判读骨皮质壁厚薄弱区的情况,通过材料密度与刚度转化关系对最大壁厚分值进行比值分析。结果 4例临床诊断均为骨折不愈合,骨承载力法修正诊断结果为2例骨折愈合,2例骨折延迟愈合,内固定均有效;壁厚分析法修正诊断结果为3例骨折愈合,1例骨折延迟愈合,内固定均有效。ROC曲线分析结果显示,有限元骨承载力分析更加接近骨真实情况并且敏感性更好,有限元壁厚分析对判定骨愈合的特异性更高。结论骨承载力分析法能更好地模拟目标骨段的真实载力环境,但是计算过程中软件切换次数较多,结果飘移度较大。壁厚分析法省略了赋值和载力环境的调试过程,在同一个软件下分析骨愈合过程中骨痂变化情况,能够更有效预测骨愈合程度。     

股骨上段有限元几何模型的建立与分析

目的建立股骨骨结构三维有限元模型并对其进行分析以指导临床工作。方法在Mimics10.1中直接读取符合Dicom 3.0标准的股骨原始CT数据,经阈值设定、区域增长及形态学操作等生成股骨初始3D模型,后期结合有限元软件ANSYS12.1生成最终的三维有限元网格模型,然后在ANSYS12.1中分别对应用Mimics得到的模型进行分析。结果应用Mimics10.1和Ansys12.1软件建立股骨有限元模型,外形逼真、计算精确。结论 Mimics10.1软件能直接与Ansys12.1软件进行对接,并能根据CT值直接赋值使股骨上段三维有限元模型的建立更加快捷、精确。     

人体下颌骨节段性缺失的三维有限元模型的建立

目的：建立人体下颌骨颏部节段性缺失的三维有限元模型,为下颌骨缺损重建的生物力学研究提供一个仿真平台。方法选取1例牙列完整、咬合关系正常的男性志愿者进行下颌骨螺旋CT扫描,运用Mimics10.01软件读取Dicom格式的CT数据,并形成正常人下颌骨的三维几何模型,然后导入HyperMesh软件中,形成下颌骨的实体模型,并利用HyperMesh软件自带的切割工具对下颌骨颏部进行完全离断,离断后的左右下颌骨由模拟牵张器连在一起,生成的实体模型在HyperMesh软件中完成网格划分及对材料属性进行赋值,并最终形成下颌骨颏部节段性缺失的三维有限元模型。结果：建立了完全截骨牵张成骨的人下颌骨节段缺失的三维有限元模型,可模拟弧形牵张成骨,并可观察牵张过程中任意点的应力及位移情况。结论：人体下颌骨颏部节段性缺失的有限元模型的建立,为弧形牵张成骨重建下颌骨颏部节段缺失的生物力学分析奠定基础。     

长管状骨骨巨细胞瘤的影像诊断分析

[目的]分析长管状骨骨巨细胞瘤的影像学表现,探讨其影像学特点与病理之间的关系。[方法]分析31例由手术病理证实的长管状骨骨巨细胞瘤的影像学表现。[结果]由于病理上瘤体组织成分的不同,长管状骨骨巨细胞瘤的影像学表现为偏心性、膨胀性溶骨性骨质破坏,可呈"皂泡状"改变。[结论]大部分长管状骨骨巨细胞瘤具有较典型的影像学表现,X线平片可从宏观上显示病变;CT可从横断面显示病灶的骨质破坏程度、灶周软组织改变、病灶内部的CT值;MRI可以多方位成像,全面显示病灶的范围、灶周软组织的受累情况;三者的影像学表现综合分析对长管状骨骨巨细胞瘤的诊断有重要价值。     

颧骨“L”形截骨降低术的三维有限元模型的建立与分析

目的:建立关于颧骨"L"形截骨降低术的三维有限元模型,探讨该术式在生物力学方面的特点。方法:采集高颧骨畸形患者术前头颅螺旋CT,将数据导入相应医学图像处理软件,对颧骨复合体及手术相关区域进行分体三维重建、手术模拟,应用有限元软件对模型进行网格划分,通过CT扫描灰度值的转换,对各部分材质的弹性模量、泊松比参数进行赋值,再模拟术中对颧骨、颧弓的施力,分析颧骨复合体生物力学情况。结果:建立了颧骨"L"形截骨降低术的三维有限元模型,其几何相似性、力学相似性高。运用三维有限元法生物力学分析,术中按压颧骨复合体,颧弓根部出现一个明显的应力集中,颧骨颧弓产生向内侧的形变。结论:在颧骨"L"形截骨降低术术中按压颧骨复合体,是能够在颧弓根部造成预期的青枝骨折,使颧骨产生内收、降低的形变。     

绳梯样固定器治疗长管状骨粉碎骨折的有限元分析

目的探讨绳梯样固定器治疗长管状骨粉碎骨折的力学特性。方法采用有限元的分析方法,根据人体股骨几何形状、尺寸及材料参数建立股骨模型,模仿骨折后用钢板和绳梯样固定器固定,在不同载荷及边界条件分析工况(工况指实验的力学状态),比较两种内固定方式抗折弯、抗扭转应力及应力遮挡率。结果在轴向载荷或弯曲载荷作用下,对比钢板连接,绳梯样固定器在股骨断面上应力分布均匀,且均为压应力,应力遮挡率低。对于连接器和股骨组成的整个系统来说,绳梯样固定器抗折弯能力和抗扭转力强于钢板固定。结论股骨粉碎骨折后用绳梯样固定器固定比钢板更符合生物力学要求,有利于骨折愈合。     

有限切开附加锁定钢板治疗髓内钉术后非感染性骨不连

目的 分析长管状骨骨干骨折髓内钉术后非感染性骨不连的原因,探讨有限切开植骨附加锁定钢板固定治疗这类骨不连的疗效.方法 对16例长管状骨骨干骨折髓内钉手术后并发非感染性骨不连,采用有限切开附加锁定钢板内固定、断端植骨的方法治疗,并对其疗效进行观察.结果 经11～24个月(平均15个月)的随访,所有患者获得骨性愈合,愈合率100%.无髓内钉下沉、断钉及断板等并发症发生,关节功能良好.结论 有限切开附加钢板内固定结合植骨技术是一种治疗长管状骨骨干骨折髓内钉术后非感染性骨不连的有效方法.     

枢椎有限元模型建立及齿突骨折的有限元分析

目的 建立并验证枢椎三维有限元模型,并应用该模型探讨齿突垂直和水平方向不同角度载荷下的损伤机制和骨折类型.方法 对健康成年男性颈部进行CT扫描,层厚0.6mm,无间隔.将DICOM图像数据导入Mimics软件中,生成网格化的枢椎表面三维图像,再经ANSYS ICEM CFD处理,生成包括皮质骨和松质骨的实体模型.模拟体外生物力学试验验证模型.模型验证后,通过对齿突前部垂直和水平方向上施加不同角度的载荷,分析各种条件下齿突的应力分布并探讨相应的骨折类型.结果 (1)模型验证结果与体外生物力学试验的数据基本一致,后伸载荷下产生Ⅲ型齿突骨折,最大应力为123 Mpa;倾斜45°载荷下产生Ⅱ型齿突骨折,最大应力为121 Mpa,与皮质骨的屈服应力(138 Mpa)分别相差11%和12%.(2)齿突前部垂直和水平方向不同角度外力加载的应力分布图显示,应力集中区域可发生转变,预示骨折类型可能由Ⅲ型转变为Ⅱ型,且最大应力值逐渐增大.皮质骨承受主要应力.结论 我们建立的枢椎有限元模型经过验证可以很好地模拟枢椎的生物力学特性,其中包括皮质骨和松质骨结构.两种力学加载模式的应力分布图显示随着作用力角度的变化,会出现齿突骨折类型的转变,预示外力作用的方向是决定齿突骨折类型的关键因素.     

基于两种不同建模方式的胫骨有限元对比分析

目的探讨两种不同建模方式对胫骨有限元模型生物力学特性的影响。方法采集1例正常志愿者胫骨CT断层扫描数据,对其胫骨模型进行三维重建,分别重建出单纯胫骨外轮廓模型以及带松质骨和髓腔结构的腔体模型,采用相应的灰度公式赋值法和均一赋值法完成模型材料参数赋值,同时对两组设定相同的载荷和边界条件,模拟站立位状态下胫骨上段受到的轴向压缩和扭转载荷,对比两组模型的胫骨应力和位移分布云图、轴向压缩刚度以及扭转刚度。结果两组不同方式构建的胫骨模型总体位移分布基本一致;灰度赋值组的胫骨有限元模型在两种载荷作用下产生的应力峰值和位移幅值均小于均一赋值组,其轴向压缩刚度和扭转刚度均高于均一赋值组;均一赋值组模型在胫骨中下段位置的应力分布相较于灰度赋值组更为集中,相对符合临床实际情况。结论两种建模方式均可满足胫骨有限元分析需求,均一赋值法建模具有更高的准确性,模型应用的灵活性更高。     

跟骨三维有限元模型的建立与静态分析

目的 建立一个基于健康人体的跟骨三维有限元模型,静态分析双足站立相时跟骨内部的生物力学特性,探讨跟骨骨折疼痛的内外侧应力不均衡因素.方法 选取1名健康男性志愿者,年龄28岁,体重64kg.采用16排螺旋CT对足部沿横断面连续扫描,将符合DICOM 3.0标准的CT断层图像导入MIMICS10.1中,设定阈值为226～3071 Houfield unit,确定方位后经手动编辑、区域增长、形态学操作及空洞处理等,生成足部的三维模型,从整个足部模型中提取跟骨模型.对跟骨进行面网格的优化处理后,导入ANSYS10.0中得到体网格模型.根据CT断层图像的灰度值完成模型材质的添加,生成最终的三维有限元模型.模拟研究对象双足静止站立的状态,距下关节面在整个分析过程中被全约束,自足跟及跟腱附着点处对模型分别施加垂直向上的320 N和160 N载荷,观察跟骨的Vonmises应力分布.结果 MIMICS软件能够迅速建立更为精确的有限元模型,当垂直载荷作用于跟骨后,跟骨内、外侧存在一定的应力不均衡因素.跟骨的外侧结构是明显的薄弱区域,随着跟骨外侧壁的应力增加,导致继发外侧畸形,压迫腓骨长短肌及跟骰关节产生疼痛.结论 创建的跟骨三维有限元模型,经验证是一个较为精确的正常跟骨三维模型,可用于理解跟骨内部的应力分布变化.     

体位复位结合椎体成形治疗胸腰椎创伤性压缩骨折的生物力学研究

目的:探讨体位复位结合椎体成形(PVP)治疗创伤性压缩骨折的生物力学特性及形态学变化.方法:取6具新鲜小牛(6～8周龄)T12～L3脊柱标本,采用MTS机压缩L1椎体制备创伤性压缩骨折模型后,行体位复位结合椎体成形强化.于完整、损伤、成形即刻、3000次疲劳后分别采用MTS机及脊柱=三维运动实验机测试T12～L3的整体刚度、各节段三维运动范围(ROM)及L1椎体应变、疲劳后抗极限压缩强度,疲劳实验后随机选取1具标本行X线摄片并将L1椎体中部横断,观察L1椎体的形态学变化情况.结果:体位复位结合椎体成形可使L1椎体前缘高度恢复至完整状态的98.33%(p>0.05);500N载荷作用下垂直压缩时T12～L3的整体刚度为完整状态的102.26%,4Nm纯力偶矩作用下前屈压缩刚度为完整状态99.97%、后伸100.21%、右弯100.29%、左弯100.59%、右旋100.14%、左旋100.04%,与完整状态相比均无统计学差异(P>0.05);4Nm纯力偶矩作用下T12～L3各节段三维运动范围(ROM)与完整状态一致(P>0.05).3000次疲劳后,成形椎体的高度无明显变化(P>0.05);500N载荷作用下垂直压缩刚度为完整状态的99.79%(p>0.05),4Nm纯力偶矩作用下后伸刚度为完整状态的95.99%(p>0.05),前屈、左/右弯为87.44%、90.13%/90.81%(P<0.05),左/右旋转为94.33%/94.37%,部分维持标本的稳定性;疲劳后在4Nm纯力偶矩作用下邻近节段T12～T13、L2～L3各向ROM和完整状态相比无统计学差异(P>0.05).损伤节段T13～LI、L1～L2后伸、左/右旋转ROM和完整状态一致(P>0.05),T13～L1左/右弯、L1～L2前屈和损伤状态相比无统计学差异(P>0.05).L1椎体在完整、成形、疲劳后的应变无统计学差异(P>0.05),疲劳后成形椎体与完整椎体抗极限压缩强度无统计学差异(P>0.05).成形后标本X线片及成形椎体横断剖面示疲劳后伤椎仍呈解剖复位,未见骨水泥断裂现象发生.结论:体位复位结合椎体成形术可有效稳定创伤性压缩骨折,3000次疲劳载荷循环后脊柱标本的生物力学性能出现了不同程度的下降.     

三种人体数据集的腓骨瓣三维可视化应用研究

目的 研究三种人体数据集的腓骨瓣三维可视化应用. 方法 ①健康自愿者2人,经肘静脉注射造影剂,使用64排多层螺旋CT进行双下肢扫描,观察腓动脉及其分支分布及彼此间的吻合情况,将下肢二维灰度.DICOM格式图像以三维体数据的形式输入计算机,应用Amira4.1软件对腓动脉及腓骨的结构进行三维重建并立体显示.②取新鲜捐献尸体1具,采用改良的明胶-氧化铅灌注术经腹主动脉灌注,灌注后对双下肢行连续螺旋CT扫描,观察腓动脉及其分支的分布情况.利用Amira4.1软件对腓动脉及其分支结构进行三维重建并立体显示.③应用"虚拟中国人"(VCH)男性3号数据集,在薄层断面图像上观察小腿主要解剖结构,应用Amira4.1软件对小腿主要结构进行计算机三维重建并立体显示. 结果 运用Amira4.1图像处理软件,在三维表面重建的图像中可清晰地观察到外科腓骨瓣各解剖结构的形态,特别是腓动脉的分支情况和体表的投影得到很好的显示.利用软件的Movie Maker模板创建电影文件,将其制作为电影,画面清晰流畅,可直观、立体地显示形态特征. 结论 三种数据集重建的图像可以提供正常腓骨瓣三维动态解剖,对腓骨瓣的临床试验、基础研究、临床训练和手术规划具有重要应用价值.     

数字化人体骨骼的初步临床应用

目的: 根据CT数据进行人体骨骼数字化三维重建和快速成型, 并探讨其在骨科临床的应用价值。方法: 采集 10例人体骨骼病变区域的CT断层扫描数据, 利用计算机进行病变区域的数字三维重建和快速成型, 并将其应用于临床。结果: 3例髋关节疾病和 2例胫骨肿瘤进行数字化三维重建显示, 4例骨盆肿瘤和 1例股骨肿瘤根据数字化骨骼三维重建结果进行快速成型, 并根据数字化人体骨骼结果分别进行手术计划、假体定制和病变区域的重建设计。结论: 数字化人体骨骼重建和快速成型能够精确和直观的反映人体骨骼的病变, 可更好的进行术前计划和准备, 以达到更好的治疗结果。     

Cervical soft tissue imaging using a mobile CBCT scanner with a flat panel detector in comparison with corresponding CT and MRI data sets.

OBJECTIVE: The aim of this study was to evaluate soft tissue image quality of a mobile cone-beam computed tomography (CBCT) scanner with an integrated flat-panel detector. STUDY DESIGN: Eight fresh human cadavers were used in this study. For evaluation of soft tissue visualization, CBCT data sets and corresponding computed tomography (CT) and magnetic resonance imaging (MRI) data sets were acquired. Evaluation was performed with the help of 10 defined cervical anatomical structures. RESULTS: The statistical analysis of the scoring results of 3 examiners revealed the CBCT images to be of inferior quality regarding the visualization of most of the predefined structures. Visualization without a significant difference was found regarding the demarcation of the vertebral bodies and the pyramidal cartilages, the arteriosclerosis of the carotids (compared with CT), and the laryngeal skeleton (compared with MRI). Regarding arteriosclerosis of the carotids compared with MRI, CBCT proved to be superior. CONCLUSIONS: The integration of a flat-panel detector improves soft tissue visualization using a mobile CBCT scanner.     

基于深度学习人工智能辅助系统用于CT检出肋骨新鲜骨折

目的 观察基于深度学习的人工智能(AI)辅助系统用于CT检出肋骨新鲜骨折的效能。方法 由2名高年资影像科医师对1 000例急诊CT所示肋骨新鲜骨折患者进行逐层标注,再由另2名高年资医师进行审核;将图像导入深睿医疗Dr.Wise^®骨折CT影像辅助检测系统(简称Dw_AI)。于1 000例中随机抽取60例(40例肋骨新鲜骨折、20例无骨折)作为数据集2,以其余940例为数据集1(902例肋骨新鲜骨折、38例无骨折)。由1名影像科主任医师(CR)基于数据集1独立评估肋骨新鲜骨折,将其结果与Dw_AI结果进行对比,评估Dw_AI的效能。由2名低年资和2名中等年资医师参与多阅片者多病例(MRMC)临床试验,基于数据集2,分别于病灶、肋骨和患者级别评估Dw_AI辅助不同年资医师诊断的效能。结果 数据集1 全部940例中, 2 946支肋骨存在3 452处新鲜骨折;Dw_AI对各级别肋骨新鲜骨折的敏感度均高于CR(P均＜0.05)。数据集2全部60例中,112支肋骨存在123处新鲜骨折;Dw_AI辅助下,不同年资医师诊断各级别肋骨新鲜骨折的敏感度均有所提高(P均＜0.05)。结论 AI辅助系统用于CT检出肋骨新鲜骨折的效能较佳,且能提高医师、尤其低年资医师的诊断敏感度。     

Surgical treatment for popliteal artery entrapment syndrome

PURPOSE: This study was a retrospective review of 11 limbs of 10 patients with popliteal artery entrapment syndrome (PAES) treated surgically in a 20-yr period. METHODS: The patients were aged 34.7 +/- 17.4 SEM yr. Arteriographic findings varied, showing medial deviation in two limbs, poststenotic dilatation in four limbs and occlusion of the popliteal artery in five limbs. In addition, computed tomographic (CT) scanning showed positive findings of PAES in all the limbs. RESULTS: The surgical procedures consisted of musculotendonous section (MTS) with autogenous saphenous vein (ASV) graft in seven limbs, MTS and ASV patch angioplasty with or without thromboendarterectomy in three limbs, and MTS alone in one limb. All the ASV grafts were found to be patent during the postoperative follow-up period (10.9 +/- 4.0 yr). CONCLUSION: CT scanning was demonstrated to be the most sensitive diagnostic modality for PAES, and MTS with or without ASV grafting method was considered to be the best surgical procedure for PAES.     

Muir-Torre综合征的研究进展

目的探讨近年来Muir-Torre综合征的研究进展，提高对Muir-Torre综合征的认识。方法采用文献回顾的方法，对近年来Muir-Torre综合征的临床和基因研究进展加以综述。结果Mull-Torre综合征是一种罕见的显性遗传性疾病，其特点是患者易患皮脂腺肿瘤(或多发角化棘皮瘤)和内脏恶性肿瘤。后者以胃肠道恶性肿瘤最常见(61％)，次为泌尿生殖肿瘤(22％)。大多数患者(56％)皮脂腺肿瘤在内脏恶性肿瘤之后出现。此病与遗传性非息肉病性大肠癌(HNPCC)都起因于DNA错配修复基因的种系突变，其中hMSH2基因突变多于hMLH1基因突变。Muir-Torre综合征的内脏肿瘤和皮肤肿瘤中都具有高度微卫星不稳定性(MSD的特点。结论对存在皮脂腺肿瘤(或多发角化棘皮瘤)的患者应注意寻找有无内脏恶性肿瘤，并进行定期随访，同时对患者和其家系成员应进行基因检测。当病史、临床特点、实验室检查提示Muil-Torre综合征时，首先应选择hMSH2基因测序。     

Cancellous bone support for patellar resurfacing

The purpose of this study was to determine the compressive resistance of the cancellous bone in nine fresh specimens of human patellae. Standardized radiographic assessment and subsequent osteotomies were performed on each specimen. Grid patterns based on patellar anatomy enabled topographic compression on a material test system (MTS) Model 835 Bionix Universal Testing Machine (MTS Corporation, Minneapolis, MN) using a 4-mm diameter indentor. It was demonstrated that sacrifice of the patellar subchondral bone removes with it the strong cancellous bone support and topographic strength patterns of the cancellous bone on the surface of a patellar osteotomy does not have a consistent pattern in relation to the intracondylar eminence. Consequently, placement of fixation pegs is not critical with respect to strength of bony support.     

Determination of intramedullary extension of osteosarcomas using CT with special reference to the epiphyseal groove

In a study of 21 patients with osteogenic sarcoma of the apendicular skeleton proven by biopsy, the diagnostic value of computed tomography (CT) for the assessment of intramedullary tumor growth, epiphyseal and joint involvement was determined. CT findings were correlated with histopathologic findings. 10 of the 21 tumors were located far from the epiphysis, in 11 cases the epiphysis was infiltrated. Tumorous involvement of the articular cartilage occurred in 3 patients, in one case the tumor extended beyond the joint. In 85% of the cases the CT report concerning tumor location in regard to the epiphysis was verified histologically. In 3 cases CT overestimated tumor extension.     

Comparison of histomorphometry and computerized tomography of the spine in quantitating trabecular bone in renal osteodystrophy

Computerized tomography (CT) has the advantage of allowing the isolation of trabecular bone of the axial skeleton, which is the more sensitive to metabolic changes. By means of single-energy X-ray CT we have devised a method for assessing trabecular bone mass (TBM) at L-4 vertebral body, which has an acceptable reproducibility (CV = 2.76%). Normal values where obtained after studying 29 normal individuals from both sexes and different ages. In order to know if the method is accurate, TBM was assessed in 17 patients (6 with creatinine clearance less than 6 ml/min and 11 on chronic hemodialysis), and in all of them the results were compared with the histomorphometry of the iliac crest bone biopsy. TBM assessed by CT correlated with trabecular bone volume (TBV; mineralized bone + osteoid) (r = 0.82; p less than 0.001) and this correlation was not improved after adding the volume of marrow fibrosis to TBV. TBM assessed by CT also correlated with mineralized bone volume but at a lower level of significance (r = 0.72; p = 0.001), and no correlation was found with relative osteoid volume alone. These findings suggest that final CT value is an integral of mineralized bone and osteoid but with a higher influence of mineralized bone. Osteomalacia and osteitis fibrosa were seen in situations of normal, decreased, or increased TBM assessed by CT, although the 2 patients with severe osteosclerosis suffered osteomalacia. We conclude that the assessment of TBM by CT at the axial skeleton of uremic patients has an acceptable reproducibility and accuracy.(ABSTRACT TRUNCATED AT 250 WORDS)