腰椎生物力学（下）

腰椎生物力学（下）岳寿伟４脊髓的生物力学４１脊髓的结构特点脊髓无软脊膜包裹时，其特性犹如半流体性粘聚体，包裹软脊膜的脊髓为一具有特殊力学特性的结构。如除去周围的神经根、齿状韧带等各种组织，将脊髓悬吊起来其长度可因自身重量而延长１０％，此时若想...     

腰椎生物力学（中）（接上期）

腰椎生物力学（中）（接上期）岳寿伟三、腰椎的力学性能及损伤前面内容已提及，通常将运动节段分为前后两部分，前部功能主要是支持躯干和吸收震荡，后部结构控制脊柱的运动形式，两者共同作用，对脊髓提供保护。１腰椎骨的承载及破坏应力椎体主要承受压缩载荷，腰椎...     

骨骼肌生物力学研究现状及其在不同运动状态下的特征

运动生物力学作为生物力学的分支学科，它首先研究人体内部运动系统和外部人体整体运动的力学特性；其次研究人体内部运动系统和外部人体整体运动间的力学关系，从而构成对人体运动行为生物力学规律的本质把握。肌肉功能和力学特性是人体运动的基础，肌肉力学是运动生物力学研究和运动训练的基础。     

腰椎生物力学

腰椎生物力学岳寿伟腰骶椎是脊柱的重要组成部分，由五个腰椎骨及固定的骶尾骨组成。有腰１２、２３、３４、４５和腰５、骶１五个椎间盘，周围有韧带及肌肉组织，主要功能是将颈胸部载荷传递到骨盆；提供腰椎在三维空间中的活动范围；腰椎及其韧带、椎间盘、肌...     

导引对颈椎病的治疗价值

目的：探讨中医传统的导引疗法对颈椎病的干预作用。方法：结合历史文献和现代研究，从生力学的角度探讨导引对颈椎病的治疗价值，对于导引与颈椎病的关系，更重要的是在各种活动下，颈椎椎管直径以及椎管内容积的变化。结果：通过颈椎导引局部的功能锻炼，不仅可以提高颈部肌肉的力量和耐力，而且可以改善颈椎活动度的大小，通过颈椎活动度的加大，改变椎管内结构的关系，减轻或消除病变组织对椎管内容物的挤压，提高椎管内容物对颈椎各项活动功能的耐受阈值。而导引对颈椎的调节作用，首先可以影响和改善颈椎动力系统，主要是对颈部肌肉等组织结构功能的调整；然后通过动力系统再影响静力系统，进一步干预由动静力失衡导致的病理生理改变，从而完成治疗与保健的目的。结论：导引不仅强调局部的改善，更强调整体的凋节，可以起到缓解颈椎病患者疼痛及改善运动功能的作用。     

骨盆及髋臼三维有限元模型单元选择及构建生物力学意义

目的：寻求骨盆及髋臼三维有限元模型构建中三维有限元模型单元的选择以及构建，为骨盆、髋臼生物力学研究及手术仿真模拟提供精确模型。方法：在获得的骨盆及髋臼三维CT图像数据矩阵中移动立方体，骨骼内部采用六面体单元，骨骼表面采用Marching Cube算法，建立四面体代替等值面，构建骨盆及髋臼三维有限元模型单元。结果：综合Marching Cube算法和传统方法构建三维有限元模型，所构建模型表面光滑连续，不仅能够分析骨骼表面应力应变分布，同时保留内部应力应变分布的特点。结论：结合传统三维有限元模型构建方法，在模型表面使用四面体单元，模型内部采用六面体单元，构建表面连续平滑的骨盆和髋臼有限元模型，不仅能够反应内部应力应变分布，而且能够模拟分析骨骼表面应力应变分布。     

碳酸化磷灰石与骨界面结合强度的生物力学特征研究

目的：探讨碳酸化磷灰石(carbonated hydroxyapatite；CHA)与骨界面的结合强度，为临床使用该材料提供实验依据。方法：成年新西兰兔70只，分别在股骨远端制备分离和拔出动物实验模型，实验组植入碳酸化磷灰石，对照组植入聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methaerylate，PMMA)，术后分批处死动物，进行分离和拔出实验及组织学观察。结果：CHA组与骨界面结合力1周时仅为(56．0&;#177;2．6)N，螺钉拔出力仅为(250．0&;#177;7．4)N，16周时界面结合力达到(281．0&;#177;13．1)N，螺钉拔出力上升至(512．5&;#177;7．8)N，表明CHA-骨界面结合强度随时间推移逐渐升高；PMMA组与骨界面结合力1周达到(288．5&;#177;2．3)N，螺钉拔出力高达(753．0&;#177;26.1)N，16周时界面结合力降为(228．0&;#177;9．2)N，拔出力则降为(603．0&;#177;14．1)N，表明PMMA初始强度高，随时间推移逐渐下降。组织学观察CHA与宿主骨界面在8周出现CHA降解，新骨长入，16周时更加明显；而PMMA组8～16周标本显示骨界面间形成厚薄不一的纤维组织。结论：CHA是生物相容性非常好的生物活性材料，但应用初期与骨界面结合强度较低，因其在骨界面间可以降解，并伴有新骨形成和长入，因此结合强度增加，而PMMA则无此性能。界面分离实验和螺钉拔出实验结果相符，支持CHA-骨界面结合强度在体内稳定增强的趋势。CHA的原位固化性能、固化强度以及界面结合强度对于填充低负重部位的包容性骨缺损具有独特的优点。     

髋臼三维记忆内固定系统全真三维有限元模型快速建立及其对力学仿真的意义

要目的：目前，有限单元法(finite element method，FEM)已成为生物力学研究的有力手段。尽管随着计算机图形学、数字图像处理学的发展，建立可视化三维数字模型的技术已经逐步成熟并走向了应用。但是，由于内固定器种类繁多、形状复杂，建立可以进行生物力学计算分析的有限元模型依然是一件繁琐而复杂的工作，包括髋臼三维记忆内固定系统(aeetabular three—dimensional memory fixation system，ATMFS)复杂形状内固定器全真三维有限元模型快速建立方法。方法：引入材料坐标系和运动变形方法，快速有效建立ATMFS复杂形状内固定器全真三维有限元模型。结果：所构建的ATMFS三维有限元模型能够准确反映内固定器结构特征，能够进行力学分析。结论：此建立全真三维有限元模型方法对ATMFS复杂形状内固定器的建模是快速而有效的。     

踝部骨折治疗效果与距骨生物力学的关系

背景：距小腿(踝)关节的解剖结构并不复杂，但其生物力学关系十分重要。距骨参与组成3个关节，对距小腿关节功能起极其重要作用。因此恢复踝穴的解剖关系，稳定距骨在其中的位置甚为重要。目的：探讨踝部骨折的治疗与距骨生物力学的关系。设计：非随机非对照的研究。地点和对象：1985-01／2000-10中国医科大学附属第一医院收治距小腿关节骨折患者95例。收集患者因恶性肿瘤截肢后小腿标本3只。干预：通过离体小腿标本，对距骨在踝部骨折中生物力学关系做简要观察，并对95例距小腿关节骨折治疗后的临床及X射线加以分析。主要观察指标：①观察不同骨折类型受力情况。②观察距小腿关节恢复的临床疗效与距骨生物力学变化的关系。结果：随访65例，优41例，良12例，尚可7例，差5例。生物力学结果：双踝骨折时，头颈压缩0．48cm．外踝骨折，垂直压力时外踝面受力大于内踝面，腓骨下1／3骨折，内翻位时距骨外踝面受力轻于内踝面。结论：距小腿关节骨折不论手法复位外固定或手术复位内固定．均应注意距骨在踝穴内解剖关系，并注意下胫腓关节间隙距离。恢复踝穴和距骨的生物力学关系是极为重要的治疗标准。     

腰椎生物力学研究进展

生物力学是一门涉及多学科的交叉学科，本文综述了腰椎生物力学的研究进展。１　应力与椎间盘营养性变性人体外形及其正常结结构关系的维持依靠骨骼的刚度、强度和肌肉、韧带软组织的弹性回缩力。即使在静息状态下椎间盘和椎体也始终受到应力刺激，二者在承受负荷时其内部压力将明显增加［１］。Ａｒｎｏｄｉ［２］发现Ｘ片显示椎间盘退变的慢性腰痛病人，在负载尤其是过度负载时椎体骨内压也明显升高，骨内压增高必然导致血流减慢，血液淤滞，进而造成血管内皮细胞损伤和血管栓塞，其最终的结果将是终板下血管分布进行性减少和椎间盘营养障…     

骨盆及髋臼三维有限元模型材料属性设定及其生物力学意义

目的：寻求骨盆及髋臼三维有限元模型构建中有限元模型材料属性设定的方法，并探讨相关的生物力学意义。方法：实验于2002—01／2004—04在第二军医大学长海医院骨科实验室和同济大学生命科学与技术学院生物力学实验室完成。通过计算骨盆及髋臼三维CT扫描层面上不同CT值，采用经典理论公式分析骨密度及骨骼弹性模量，最终确定有限元模型材料属性。结果：对于有限元模型材料属性，当-↑Hu≤816时，ρα=1．9&;#215;10^-3 -↑Hu+0．105，当-↑Hu≥816时ρα=7．69&;#215;10^-4 -↑Hu+1．028；而模型弹性模量则由E=3790g^0.06ρ^3骨盆和髋臼三维有限元模型具体数值。结论：通过计算模型密度和弹性模量，进一步确定单元材料属性，对于建立接近实际的骨盆和髋臼三维有限元具有重要的意义。     

桡骨三维模型的建立及其生物力学意义

背景：桡骨骨折常遗留严重的并发症如骨不连等，采用新的生物力学分析手段为肱骨骨折、骨不连的功能预后提供新思路．目的：建立桡骨三维有限元模型，并探讨其相关的生物力学意义。设计：以三维有限元模型分析桡骨生物力学特征。单位：解放军第二军医大学附属长海医院骨科和同济大学生命科学与生物工程学院，材料：实验于2001-01／2003-05在解放军第二军医大学长海医院骨科实验室和同济大学生命科学与生物工程学院实验室完成。选择典型的成年男性湿桡骨标本1根，行CT成像得到桡骨每层横截面图像。方法：采用大型有限元分析软件ANSYS56建立桡骨三维模型，建模步骤为①对齐切片②确定坐标原点③提取轮廓。采用三维十结点四面体实体单元进行网格划分及计算。主要观察指标：①构建的桡骨三维有限元模型的生物力学特性。②三维有限元分析及计算结果：所构建桡骨三维模型，共划分为76089个结点、49111个单元，客观反映桡骨真实解剖形态及生物力学行为，同时与CT切片图相对比以判断其精确性．结论：桡骨三维有限元模型的构建，可以为桡骨正常力学行为以及骨折后内固定的力学基础研究提供精确模型。     

静载荷作用下骨盆三维有限元分析及其生物力学意义

目的：探讨骨盆受到静力载荷作用后的力学行为特征，为临床分析及判断骨盆力学分布、静载荷影响提供力学基础。方法：实验于2002—01／2004—04在第二军医大学长海医院骨科实验室和同济大学牛命科学与技术学院生物力学实验室完成采用计算机仿真模拟方法，将所构建骨盆三维实体模犁导入三维有限元分析软件ANSYS7．0，分别计算单侧髂前上棘和单侧髂骨正后方静载荷作用下骨盆的力学行为表现，静载荷为8000N，分析主直力值，应力分布情况以及主应力方向上骨盆单元的位移。结果：单侧髂前上棘侧方加载下，应力沿着受力点与骶髂关节连线方向传导，没有应力沿着髋臼或者耻骨、坐骨传导；单侧髂骨后方静载荷加载时．应力沿着髂骨纵行方向、髂骨与骶髂关节部位连线方向、同侧耻骨上支传导。结论：分析静载荷作用下骨盆各部位应力分布以及骨盆各个单元在应力作用下的位移变化．有助于临床上进行骨盆损伤内固定力点的选择。     

肱骨髁上骨折张力带内固定的生物力学评价

目的：为了解决肱骨髁上骨折治疗方法多样性和繁杂性，进行的生物力学测试及临床随访结果分析，寻找一种最佳治疗方案。方法：采用经防腐处理的儿童离体上肢10具，制成肱骨髁上骨折模型，钢针张力带，交叉钢针，牵引固定，夹板固定，石膏固定，经纵向及偏轴加载后测出各种固定时骨折的稳定性及内固定物的抗弯及抗旋转强度；同时，总结1984／2003应用保守及手术治疗的肱骨髁上骨折患者648例，分析治疗效果及并发症的发生率。结果：张力带钢针最稳定，承载最大，其次是交叉钢针、牵引、石膏夹板固定最差。在纵向加载(抗弯)能力中，钢针张力带内固定位移最小交叉钢针次之，经统计学检验，P&;lt;0．001，在偏轴加载(抗旋转)能力中，交叉钢针优于张力带钢针单明显优于其他固定P&;lt;0．001临床随访病例中张力带钢针优良率最高，达94．3％，其次是交叉钢针，牵引，石膏，夹板，此与力学结果相符。结论：对于手术的患者，应首选钢针张力带内固定，因其结构稳固。具有加压作用，功能恢复和骨折愈合同步进行。闭式贯穿钢针内固定功能恢复时间较长，亦是首选的治疗方法，牵引，石膏夹板稳定性差，骨折易再移位，选择应慎重。     

成人股骨头缺血性坏死的生物力学研究进展

股骨头缺血性坏死(INFH)过程中，生物学因素的作用已得到重视并进行了大量的研究，但生物力学因素的影响研究较少，逐渐成为研究的焦点。本文将对近20年来INFH的生物力学研究进行综述。     

实验性肌肉拉伤的生物学和生物力学研究

目的：探讨骨骼肌牵拉伤的生物学与生物力学特性。方法：采用生物力学方法，建立肌肉拉伤的实验模型，70只兔的左胫前肌为实验肌，右胫前肌作为对照，分别在拉伤后0，1，2，3d和7d，进行组织学、酶组织化学与生物力学研究，生物力学指标包括量大肌力、断裂载荷、断裂时伸长、能量吸收与肌肉硬度。结果：以相当于128％动物体重的载荷牵拉兔胫前肌，可建立肌肉拉伤的实验模型；部分肌纤维断裂和肌肉完全断裂均发生于靠近缺肉－肌腱连接处；最大肌力在拉伤后0d下降，1d时最低，7d时恢复正常；极限断裂载荷在拉伤后0d下降，2d时最低，7d时仍没有恢复正常。结论：肌肉的被动强度比肌力恢复缓慢，提示拉伤肌肉易于再伤；损伤部位肌内膜纤维化和瘢痕组织形成，是肌肉拉伤后频繁复发的重要原因。     

骨骺与移植骨不同固定方法的生物力学特征

目的：探讨适合骨骺与大段移植骨固定方法的理论基础。方法：实验于20H04-03／08在第四军医大学西京医院骨科研究所完成。采用新鲜猪股骨15根，随机均分为松质骨螺钉垂直固定组，松质骨螺钉交叉固定组，钢丝环扎固定组。所有标本固定后，制成股骨一环氧树脂复合体的试件。对所有标本进行压缩刚度，拉伸刚度，扭矩刚度，弯曲刚度等生物力学实验，观察不同固定方法的稳定性。结果：螺钉交叉固定组的拉伸刚度最大，钢丝环扎固定组最差。螺钉垂直固定组的扭矩刚度最大，钢丝环扎固定组最差。在前后弯曲及左右弯曲刚度实验中，螺钉垂直固定组和交叉固定组均大于钢丝环扎固定。结论；在保留骨骺的保肢术中，骨骺与大段移植骨的固定，采用螺钉垂直固定或交叉固定，能提供两者之间更好的早期稳定性。     

骨矿密度监测与骨愈合进程的无创评估

目的：骨量和骨密度变化广泛应用于预测骨折的发生及判断骨愈合进程。阐述骨矿监测在无创评估骨愈合进程中的研究状况，有助于进一步了解其相互关系。资料来源：应用计算机检索Medlinel987-01／200l-12相关骨量、骨密度和骨质疏松症的章，检索词“bone mineral density，bone mineral content，bone density，bone mass，fracture heahng”并限定章语言种类为English。同时计算机检索《中国临床康复》2002-01／2003-12期间的上述相关章，检索词“骨矿密度，骨矿量，骨密度，骨量．骨折愈合。”资料选择：对资料进行初审，纳入标准：基础研究和临床研究均为RCT研究原。排除标准：重复的同一研究。资料提炼：共收集到35篇关于骨矿监测与无创评估骨愈合进程的献，28篇献符合纳入标准，排出7篇重复的同一研究。资料综合：按骨密度与骨力学特性间的关系，骨痂骨密度与力学特性间的关系，骨密度在骨折愈合过程中的变化以及骨折愈合过程中的骨密度测定方法将资料进行分类，并加以分析。结论：骨密度测定作为一种有效可行的量化评估骨矿量增加的方法，与生物力学特性间有很好的相关性，进一步研究可以成为一种简便实用的无创评估骨愈合进程的方法。     

股骨干骨折并内侧皮质缺损重建的生物力学特征

背景：对于存在内侧皮质缺损的股骨干骨折，在临床应用内固定后，由于压力侧皮质的缺损，使应力集中于内固定物上，常导致内固定物弯曲、断裂而失败。目前临床尚无可靠的方法解决这一难题。目的：采用同种异体骨板重建股骨内侧结构，应用生物力学的方法评价其稳定性。设计：随机对照实验研究。单位：解放军第一七五医院骨科，解放军第一军医大学生物力学实验室。对象：实验在第一军医大学全军医用生物力学实验室内进行，应用MTS858min Biomix生物材料实验机。3例成人股骨标本(家属自愿捐献)，均为男性，年龄23，24，28岁。干预：模拟临床骨折类型在股骨内侧造成皮质缺损，然后比较钢板、钢板加异体骨板固定、钢板加骨板加内侧骨块复位3种情况下与正常股骨稳定性的差异。主要观察指标：各组在500N下的垂直压缩，10N下的三点弯曲及300N下扭转时的位移。结果：对照组和实验3组间的垂直压缩、三点弯曲间差异无显著性意义(P&;gt;0．05)，与实验1，2组间差异有显著性意义(P&;lt;0．05)，旋转角度间差异均有显著性意义(P&;lt;0．05)。压力侧骨缺损单纯用钢板内固定效果最差，而用异体骨板加钢板固定强度明显优于单纯钢板固定，骨块复位加骨板、钢板固定优于单纯骨板及钢板固定。结论：应用异体骨板重建股骨干内侧皮质缺损，可较好的恢复股骨干内侧皮质的完整性，增加钢板内固定的成功率。     

胸椎间盘突出症患者病变节段分布及其生物力学变化：57例临床资料及10年国内文献数据比较

目的：了解胸椎间盘突出症(thoracic disc herniations，TDH)的病变节段分布特点以及生物力学变化特征，探讨与TDH相关的可能发病因素。方法：①分析一组57例TDH患的病变脊柱节段分布特点。临床资料的时间范围为：1994-01／2002-12。②将本组临床资料与近10年在国内期刊上发表的有关TDH的中献资料和一组90例无症状受试MRI检查资料进行分析比较。结果：57例TDH中，上中胸段16例，占28％，下胸段41例，占72％。献资料189例TDH中，上中胸段55个，占29．1％，下胸段134个，占70．9％。献资料中的TDH节段分布与本组临床资料中的TDH节段分布差异无显性意义。一组90例无症状志愿MRI检查在57个节段有椎间盘突出，其中B以上的上胸段15个，B以下的中下胸段42个。本组57例TDH患在80个节段有椎间盘突出，其中T5以上6个，T5以下74个。经皮尔逊X^2检验P＜O．01，差异有显性意义。即与无症状性TDH比较，有症状的TDH更常见于下胸段。