松质骨微观骨小梁结构的生物力学有限元分析

股骨松质骨具有骨小梁的微观结构,其单元特性影响了股骨的整体力学性能.找到适当的单元形状与骨小梁分布特点可以帮助人们有效地进行松质骨及股骨整体的生物力学特性分析.本文采用不同结构的微观骨小梁单元模型,分析各单元的生物力学特性,并采用有限元方法,对由不同骨小梁单元及不同分布形式构成的股骨模型进行生物力学分析,获得了骨小梁单元密度与单元生物力学特性的关系的综合分析结果,找到了较好的微观骨小梁单元模型及总体布局形式,并应用于股骨松质骨建模.仿松质骨的骨小梁结构可以有效提高整体生物力学性能,所获得的微观单元优化结构可以应用于仿生结构材料的制造.     

植入下颌修复体中的松质骨应力水平研究

下颌骨假体植入人体后,为了增加人体与假体的生物相容性,需在假体上镂孔并在孔中植入松质骨颗粒,松质骨能否与自体骨长合是医工界共同关心的问题.本文基于半侧下颌骨缺损修复体对此问题进行了仿真计算.确定了使松质骨骨细胞能够生长的应力刺激水平的阈值,评价了修复体上各个部位的应力水平.得出了作用在填充孔中的松质骨上的应力刺激水平达到了生长阈值的结论,对临床有积极指导意义.     

全螺纹松质骨螺钉治疗跟骨骨折疗效观察

目的探讨采用克氏针撬拨复位,微创小切口钢板全螺纹松质骨钉内固定治疗跟骨关节内骨折的临床疗效。方法2009年9月开始采用微创钢板螺栓加压内固定系统治疗跟骨关节内骨折,在实践中不断探索改进,于2011年2月开始将部分病例采用全螺纹松质骨螺钉替代加压螺栓固定,取得良好临床效果。此组病人40例;男21例,女19例;年龄21-65岁,平均41岁;左足16例,右足24例;均为闭合性跟骨关节内移位骨折,致伤原因：高处坠落伤29例,车祸伤11例;合并脊柱骨折2例,骨盆骨折1例,同侧股骨骨折2例。骨折按Sanders分型：Ⅱ型12例,Ⅲ型24例,Ⅳ型4例。所有患者术前行X线检查和CT扫描三维重建,以了解跟骨压缩的程度和关节面的完整性。结果所有患者术后均获得3～16月（平均12月）随访。切口均甲级愈合。Boehler角、Gissane角和跟骨宽度分别由术前的6．05°±3．56°、159．27°±10．62°、41．17±2．06mm恢复到术后的31．86°±2．67°、117．24°±8．47°、31．25±1．78mm,3个月后为32．61°±4．56°、119．59°±2．11°、32．12±1．86mm。骨折完全愈合,无一例发生切口皮缘坏死和感染、腓骨长短肌肌腱腱鞘炎,未出现骨折移位或内固定失败等情况。美国骨科足踝外科学会（American Orthopaedic Foot ＆ Ankle Society, AOFAS）评分系统的踝．后足评分为术前20．73±11．92分、术后3天71.38±9．47分、术后3个月72．76±17．62分。结论全螺纹松质骨螺钉替代自断型加压螺栓进行固定,可有效恢复跟骨的宽度,避免了内侧神经血管的损伤,易于取出,并发症少,临床效果满意。     

去抗原异种松质骨复合骨髓基质干细胞修复骨缺损

目的研制理想的能够修复骨缺损的骨材料,为其在骨缺损修复领域中的临床应用提供实验依据。方法体外扩增诱导兔骨髓基质干细胞,将其与去抗原异种松质骨复合培养。造成兔桡骨中段10mm骨缺损模型,分复合细胞组、单纯材料组、空白对照组。通过大体观察、放射学检查、组织学检查观察骨缺损的修复情况。结果去抗原异种松质骨复合骨髓基质干细胞修复兔桡骨缺损,12周时缺损区完全被新骨代替,骨髓腔完全通畅,优于单纯材料组的修复效果,单纯材料组优于空白对照组。结论去抗原异种松质骨具有良好的成骨能力,有可能成为理想的骨支架材料。     

鹿脱蛋白松质骨的生物相容性

背景：经过脱蛋白去抗原处理的异种松质骨作为骨移植材料,具有天然的多孔结构、可塑性及一定的机械强度。 目的：观察鹿脱蛋白松质骨的生物相容性。 方法：①热源实验与急性毒性实验：将鹿新鲜骨、脱蛋白松质骨及深低温冻干脱蛋白松质骨浸提液分别注入家兔耳缘静脉与小鼠腹腔。②溶血实验：将兔血混悬液分别加入鹿新鲜骨、脱蛋白松质骨、深低温冻干脱蛋白松质骨、碳酸钠(阳性对照)、生理盐水(阴性对照)中。③凝血实验：将鹿新鲜骨、脱蛋白松质骨及深低温冻干脱蛋白松质骨分别加入兔正常混合血浆中。④肌袋实验：在小鼠大腿肌袋处分别植入新鲜鹿骨、鹿脱蛋白松质骨及深低温冻干脱蛋白松质骨。 结果与结论：鹿脱蛋白松质骨及深低温冻干鹿脱蛋白松质骨无热源反应,未引起毒性、溶血及凝血反应,植入小鼠肌肉内后未发生排斥反应。新鲜鹿骨6种实验有轻度异常,但无动物死亡。表明鹿脱蛋白松质骨及深低温冻干鹿脱蛋白松质骨具有良好的生物相容性。     

异种去抗原松质骨成骨效能的实验研究

 目的：研究异种去抗原松质骨与基因重组人骨形成蛋白2 (recombinant human bone morphogenetic protein 2, rhBMP-2)复合后的生物相容性和成骨效能。方法：28只新西兰大白兔28处颌骨缺损完全随机分为3组：异种去抗原松质骨/rhBMP-2组（A组）、异种去抗原松质骨组（B组）和空白对照组（C组）。A组和B组每组12处骨缺损,于4、8和12周分别进行大体观察、X线检查、HE染色和新生骨量测定;C组共4处骨缺损于12周时进行大体观察、X线检查和HE染色。结果：X线显示,随着时间的增长,2组的植入骨逐渐降解吸收,由自体骨替代,A组较B组显著;C组12周时无法完成愈合。骨密度测量显示,随着时间的增长,A和B组的骨密度值增加,2组之间存在显著差异（P<0.05）。HE染色可见A组的新生血管、纤维组织和新生骨均较B组多;植入骨降解速度快于B组;A组新生骨面积大于B组（P<0.05）。结论：异种去抗原松质骨是rhBMP-2的良好载体;异种去抗原松质骨/rhBMP-2复合材料能持续成骨,可加速骨缺损修复的速度,是一种较好的骨修复材料。     

同种异体松质骨修复颌骨囊肿术后骨缺损

目的总结分析同种异体松质骨修复颌骨囊肿术后骨缺损的方法、效果及注意事项。方法从2013年11月至2017年8月,选取在我科住院的30例颌骨囊肿患者。颌骨囊肿刮治术后,对遗留的骨腔进行同种异体松质骨小块植入修复,观察术后伤口及骨腔愈合情况。结果上颌骨囊肿植骨20例,无1例发生感染。下颌骨囊肿10例,3例发生感染,感染率为30%,1例拆线后伤口裂开。结论同种异体松质骨小块植骨修复颌骨囊肿摘除后骨缺损,对于上颌骨囊肿效果良好,建议推广使用。对于下颌骨囊肿,伤口感染风险高,应用需谨慎。     

松质骨支架的制备及结构特征观察

目的研究猪松质骨支架结构特征。方法采用物理化学方法对猪松质骨进行处理得到猪松质骨支架,采用扫描电子显微镜(SEM)观察材料的结构、图像分析测量孔径,液体静力称重法测量材料的孔隙率,DDW-100型万能实验机进行材料抗压测试。结果猪松质骨支架外观呈乳白色、透光、无异味,维持原有形态并有一定的强度;骨块呈蜂窝状多孔结构,表面孔隙与深层孔隙相连通;扫描电镜观察材料表现为三维多孔网状结构,孔隙均匀且孔隙相互连通;孔径为(387.54±21.60)μm,孔隙率为78.26%±2.01%,最大抗压强度和抗压力分别为25MPa和12N。结论猪松质骨支架具有骨组织工程支架材料结构特征。     

超临界二氧化碳萃取的猪松质骨

背景:近年来国外使用超临界流体进行生物材料处理的研究较多,但是超临界流体应用于骨组织清洗的研究少见,国内相关报道更少。目的:评估超临界二氧化碳萃取技术处理猪股骨松质骨的有效性及对骨生物学性能的影响。方法:分别制备超临界二氧化碳萃取前(对照组)及萃取后猪股骨骨块(实验组),检测两组骨密度、微观结构、最大抗压强度、弹性模量、骨组织组成成分、胶原含量与组织学分析。将骨髓间充质干细胞分别接种于两组骨块上,培养1 d后,扫描电镜观察材料骨小梁微孔结构及骨材料-细胞复合物中细胞黏附及生长情况。将两组骨块分别植入SD大鼠皮下,术后1,2,4周组织学观察皮下包埋炎症反应。动物实验方案已经解放军总医院伦理委员会批准。结果与结论:①两组材料孔径大小、骨密度、最大抗压强度、弹性模量、胶原含量比较差异均无显著性意义(P>0.05);②扫描电镜显示,对照组材料孔隙连通欠佳,有软组织残留;实验组材料孔隙相互连通、结构完整;③傅里叶红外光谱及X射线衍射分析显示,两组骨组织材料具有相似的吸收峰及衍射峰,热重分析显示超临界二氧化碳萃取可减少骨组织水分含量;④苏木精-伊红染色显示实验组骨无软组织残留,骨陷凹内细胞残留明显减少,对照组有软组织及细胞残留;天狼星红及改良Masson染色显示实验组骨胶原结构完整,胞质成分减少,对照组胞质成分残留明显;⑤扫描电镜显示,对照组骨无明显细胞黏附,实验组骨可见明显细胞黏附生长;⑥实验组骨组织植入皮下的血管周围炎症反应明显轻于对照组骨组织;⑦结果表明,超临界二氧化碳萃取技术是一种有效、环保的骨组织处理技术,在不影响其胶原结构及含量、力学性能的基础上,能够有效去除猪股骨松质骨细胞及软组织,保留骨孔隙结构完整,增加细胞黏附及生长,有效减低炎性排斥反应。     

异种松质骨支架体内移植免疫的实验研究

观察异种松质骨支架植入后宿主动态免疫应答,为进一步改进材料和临床应用提供实验依据。采用物理化学方法对异种(猪)松质骨进行处理得到猪松质骨支架,对猪松质骨进行蛋白提取,考马斯亮蓝法测定蛋白浓度,用提取的蛋白作抗原包被ELISA条板备用。将异种(猪)松质骨支架植入兔背部近头侧皮下,分别于移植后1周、2周、4周、8周、12周五个时间点作支架周围组织的组织学检查(HE)及外周血清抗体检测(ELISA)。结果:异种(猪)松质骨及松质骨支架的蛋白质浓度分别为(1.242±0.26)mg/ml和(0.024±0.004)mg/ml。异种(猪)松质骨蛋白抗原液经聚丙烯酰胺凝胶(SDS-PAGE)电泳分离后可清楚显示十条不同相对分子质量大小的蛋白条带(从15000到180000),异种(猪)松质骨支架蛋白抗原液经SDS-PAGE电泳分离后10000 Mr以上的蛋白条带消失,说明松质骨支架不含有效激发免疫反应的抗原蛋白成分。外周血中特异抗体水平在移植术后1周达最高,与处理前有明显差异(P<0.05),2~4周时逐渐降低,8~12周时维持在较低水平,与移植前无显著差异(P>0.05)。植术后1周,植入物周围组织光学显微镜下可见大量炎症细胞浸润,以淋巴细胞和单核细胞为主,2周以后炎症细胞浸润逐渐减轻,4周时未见明显炎性细胞浸润,术后12周,组织内炎性细胞罕见。异种(猪)松质骨支架不含有效激发免疫反应的抗原蛋白成分,植入后表现为一过性轻度的炎性细胞反应。     

Anatomical consideration of vascularized bone graft transfer from the medial calcaneus to the talus

To investigate the possibility of use of the calcaneal branches of the posterior tibial artery as the pedicle for the vascularized bone graft to the talus, a detailed anatomical study was carried out on 30 fresh cadaver feet. Although there are several branches from the posterior tibial artery to the calcaneus, the largest posterior branch was defined as the main calcaneal branch. We recognized frequently a large branch nourishing the superior part of the calcaneus and named it the superior calcaneal branch. Twenty feet had the superior calcaneal branches. Pedicled bone grafts using the superior calcaneal branch to the postero-medial portion of the talar body were possible in 18 of 20 feet. Pedicled bone grafts using the main calcaneal branches were possible in 9 of 12 feet in which the superior calcaneal branches were not available. Finally, vascularized bone grafts were judged to be feasible in 27 feet (90%).     

人体下肢长骨负重关节软骨下松质骨显微硬度分布特征的研究

目的:探讨人体下肢长骨负重关节软骨下松质骨显微硬度的分布特征。方法:选取3具年龄大于40岁的新鲜冰冻尸体标本,取出所有标本的右侧股骨和胫骨,分别于股骨头、股骨内髁、股骨外髁、胫骨内髁、胫骨外髁、胫骨远端距负重区关节软骨面1 cm处,垂直于下肢机械轴切下3 mm厚松质骨样本。使用维氏显微硬度测量系统测量骨组织显微硬度。比...     

Comparative Three‐Dimensional Structure of the Trabecular Bone in the Talus of Primates and Its Relationship to Ankle Joint Loads Generated During Locomotion

The trabecular structure of the ankle bone in small to medium‐bodied (60–5000 g) primates of distinct locomotor types was analyzed using high‐resolution X‐ray computed tomography. There are large inter‐, intraspecific, and regional (medial vs. lateral) variations in the trabecular architecture of the talar body. Body mass has no effect on the bone volume fraction or on the fabric anisotropy. However, both the number and thickness of trabeculae seem to be body mass‐dependent. All taxa show anisotropic trabecular bone, but the degree of anisotropy and elongation values vary, notably across the locomotion categories. The fabric orientation in the talar body indicates that, practically, all taxa studied display a generally consistent pattern of orientation restricted primarily to a dorsoplantar direction. We have observed a mediolateral difference in the bone volume fraction in most primates who are proficient or frequent climbers. This could reflect a specific reinforcement of the trabecular structure in response to the loads engendered in habitually sustained foot inversion. In contrast, tali of primates who are proficient or frequent leapers rather exhibit a different three‐dimensional distribution of the material, which consists of a more anisotropic trabecular structure. This could reflect stronger unidirectional and stereotypical‐loading conditions generated at the ankle joints during a leap. Finally, it appears that the talar trabecular bone structure has a good potential for predicting locomotion in extinct species. We have analyzed the trabecular bone structure of the talus of some Eocene European primates (Adapis, Leptadapis, and Necrolemur) and compared the functional signal of the external versus internal talar anatomy in these fossils. Anat Rec, 2012. © 2012 Wiley Periodicals, Inc.     

松质骨移植材料孔隙率的显微CT和组织切片测试方法比较

目的采用显微 CT法和组织切片法对松质骨移植材料的孔隙率进行对比研究,为骨组织工程支架材料的研制和开发提供理论依据.方法首先取新鲜尸体的股骨和新鲜猪股骨,进行去除多余组织、灭菌、低温冷冻保存等处理后,制备成松质骨移植材料,使用显微 CT分别扫描同种异体骨和动物源性猪骨移植材料获取显微 CT图像.然后对同种异体松质骨组织进行染色和切片等处理,制备成同种异体骨组织切片材料,显微镜下观察骨组织切片并获取其图像,各取10幅图像用于实验.设计matlab程序对所有图像进行灰度化、图像增强、二值化、移除干扰等处理,计算孔隙率的数值.结果显微CT和组织切片测试得到的同种异体松质骨孔隙率与动物源性猪松质骨孔隙率结果无显著性差异(P>0.05).结论显微 CT标本的制备较组织切片大为简化,可以无损地获取数据,并省去灰度化、图像增强、移除干扰等处理过程,比组织切片法测量松质骨孔隙率更加简便.     

松质骨的细观力学模型

本文假设骨小梁为各向同性体,采用纤维张量描述骨小梁的结构,给出了松质骨的弹性系数与纤维张量和骨小梁弹性系数之间的关系,从而为进一步研究松质骨的力学行为奠定了理论基础。     

骨髓间充质干细胞复合异体骨修复松质骨缺损

背景：有研究表明骨髓间充质干细胞及异体骨可促进骨缺损的修复,但骨髓间充质干细胞复合异体骨对于松质骨缺损的修复效果至今少有报道。 目的：观察骨髓间充质干细胞复合异体骨修复兔松质骨缺损效果。 方法：在新西兰大白兔双侧股骨外侧髁造成0.6 cm×1.2 cm 的松质骨缺损,一侧设为模型组,骨缺损处植入复合骨髓间充质干细胞的异体骨,另一侧设为对照组,单纯植入异体骨。 结果与结论：植入后4,8,12周,大体观察、X射线检查和苏木精-伊红染色观察结果显示,模型组在新骨成长方面,缺损区修复方面均优于对照组。植入后12周,模型组骨缺损区可见大量骨小梁形成及成熟的板层骨组织,骨缺损基本修复。对照组骨缺损区仅可见大量编织骨形成,骨缺损尚未得到有效修复。模型组Lane-Sandhu法X射线结合组织学观察评分高于对照组(P < 0.05)。生物力学检测结果显示,植入后12周,模型组股骨髁最大压力载荷、载荷/应变比值均高于对照组(P < 0.05),最大应变位移较对照组低(P < 0.05)。结果证实,骨髓间充质干细胞复合异体骨可有效修复兔股骨髁松质骨缺损,且修复效果明显优于单纯异体骨移植。     

The effects of cracks on the quantification of the cancellous bone fabric tensor in fossil and archaeological specimens: a simulation study

Cancellous bone is very sensitive to its prevailing mechanical environment, and study of its architecture has previously aided interpretations of locomotor biomechanics in extinct animals or archaeological populations. However, quantification of architectural features may be compromised by poor preservation in fossil and archaeological specimens, such as post mortem cracking or fracturing. In this study, the effects of post mortem cracks on the quantification of cancellous bone fabric were investigated through the simulation of cracks in otherwise undamaged modern bone samples. The effect on both scalar (degree of fabric anisotropy, fabric elongation index) and vector (principal fabric directions) variables was assessed through comparing the results of architectural analyses of cracked vs. non‐cracked samples. Error was found to decrease as the relative size of the crack decreased, and as the orientation of the crack approached the orientation of the primary fabric direction. However, even in the best‐case scenario simulated, error remained substantial, with at least 18% of simulations showing a > 10% error when scalar variables were considered, and at least 6.7% of simulations showing a > 10° error when vector variables were considered. As a 10% (scalar) or 10° (vector) difference is probably too large for reliable interpretation of a fossil or archaeological specimen, these results suggest that cracks should be avoided if possible when analysing cancellous bone architecture in such specimens.     

股骨头坏死中松质骨微观力学特性的演变规律

目的采用结合显微CT和显微有限元分析方法,即基于显微CT图像建立三维有限元模型并进行数值模拟仿真分析,无创研究不同分期的坏死股骨头松质骨的微结构和微观力学性能,以期了解在股骨头坏死的发展过程中,松质骨微结构和微观力学特性的变化规律,为临床预测股骨头坏死提供理论基础。方法采集10例股骨头坏死患者的股骨头标本的显微CT图像,按照国际骨循环研究学会分期标准分为Ⅱ期样本3例,Ⅲ期3例,Ⅳ期4例。将图像中骨组织进行阈值分割,分区域建立坏死区、侧向区、硬化区和远端区的松质骨块三维有限元模型(边长8 mm),并根据CT值赋予非均匀材料属性。利用ImageJ软件中的BoneJ插件通过识别显微CT组图像,计算测量各区域松质骨的微结构参数,包括骨体积分数、骨小梁厚度、骨小梁间隙、结构模型指数。对松质骨块施加表观应变为1%的压缩载荷,计算骨组织应力和松质骨表观刚度等参数,对比分析各分期、各分区结果。结果在松质骨微结构方面,Ⅳ期较Ⅱ期的股骨头内部硬化区和坏死区的变化最为明显,硬化区的骨体积分数不断上升,骨小梁间隙下降,结构模型指数减小,而坏死区域与之相反;在骨组织微观受力方面,Ⅱ期到Ⅲ期坏死区域的应力并没有明显变化,而硬化区域随着分期增加应力不断上升,侧向区的应力不断下降。表观刚度变化与应力变化一致。结论随着股骨头坏死程度的加剧,硬化区的松质骨微结构和力学性能变化最大,应作为临床早期诊断中重点关注的区域。此外,微结构参数并不能准确体现松质骨的力学行为,而股骨头塌陷最终取决于其力学特性,因此结合有限元分析方法可更加全面了解股骨头坏死的微观力学演变规律。