骨折愈合塑形的力学机理I^＊——骨表面再造理论的应用

深入探讨长骨骨折愈合塑形阶段的力学机理,采用骨表面再造理论与有限元结合的方法。我们选取用应变能密度作为力学激励的骨表面再造理论,有限元分析采用三维的空间模型,利用我们编制的长骨表面再造系统“BRSS97”对长骨骨折愈合塑形阶段的三种类型：外骨痂型、骨内缺损型和骨外缺损型的力学机理进行研究。结果表明：骨痂可以完全吸收,骨缺损可以恢复,三种情况下骨均可以恢复到正常状态。由此说明长骨骨折愈合塑形过程就是骨材料对力学激励的适应过程。     

骨折愈合塑形的力学机理Ⅰ--骨表面再造理论的应用

深入探讨长骨骨折愈合塑形阶段的力学机理,采用骨表面再造理论与有限元相结合的方法.我们选取用应变能密度作为力学激励的骨表面再造理论,有限元分析采用三维的空间模型,利用我们编制的长骨表面再造系统 "BRSS97"对长骨骨折愈合塑形阶段的三种类型:外骨痂型、骨内缺损型和骨外缺损型的力学机理进行研究.结果表明:骨痂可以完全吸收,骨缺损可以恢复,三种情况下骨均可以恢复到正常状态.由此说明长骨骨折愈合塑形过程就是骨材料对力学激励的适应过程.     

压力对骨愈合的影响

缩短骨折病人治疗时间,最大限度恢复伤肢功能和减少并发症是骨折治疗中的重要问题。人们早已认识到力学环境对骨骼形态结构、骨痂生长和塑形的影响。恢复和保持骨折部位生理应力状态,有利于建立血液循环,促进骨痂生长,指导骨痂塑形。Key(1932)第一次在膝关节融合术中将压力加于骨端以促进骨愈合。Roger(1934)经皮穿针加压治疗新鲜骨     

改变力学环境后松质骨胞元结构的预测

松质骨是骨的重要组成部分,结构疏松、多孔,由针状、片状骨小梁组成多种胞体,其结构称为胞元结构。正常生理状态下,骨质的形成与吸收呈平衡态,骨结构稳定,当骨所处的力学环境发生变化时,骨的结构形态也随之变化。松质骨细观结构数值模拟变化的力学环境与骨结构的关系目前未见报道,本文是采用带有生理限定应力的自适应生理模型与有限元相结合的方法,在力学环境发生变化后用计算机预测松质骨胞元结构;定量的研究了松质骨胞元结构从一种优化平衡态到另一种平衡态与其力学环境的关系,模拟了松质骨胞元结构的变化与力学环境的适应性。把这种骨结构预测从宏观水平提高到细观水平。     

长骨骨折愈合力学环境的研究现状

骨折愈合过程是一个极其复杂的生物修复重建过程,其受年龄、软组织损伤程度、骨折端血液运行等多方面外在和内在因素的影响,其中力学环境是影响骨折愈合最主要的因素之一。骨折愈合过程的顺利完成需要有一个理想的生物力学环境,且不同愈合阶段需要不同的力学环境,不适宜的应力将会导致骨折愈合延迟或不愈合。文章就力学环境对长骨骨折愈合的影响、机制及研究现状作一综述。     

组合式外固定器治疗股骨干骨折的生物力学研究

骨折治疗的关键是牢稳的固定,固定的目的不仅是保证复位后各断骨间已整复的位置能得以继续维持以避免畸形,而且应提供一个良好的生物力学环境以促进骨折的愈合。一个公认的观点认为骨折愈合乃是一个骨组织的重新塑建过程,而活体骨重建的目标是骨是其结构适应于其载荷环境的变化,所以骨折固定的原则就是为断骨的重建创造一个理想的生物学和力学环境。近年来,大量生物力学试验和临床应用的研究使人们逐渐扬弃了坚强固定的原则,而提倡弹性固定;1997年AO派又提出了生物学固定原则,然而,迄今为止,对生物学固定原则却没有一个较完整而…     

接骨板内固定参数对骨愈合过程的影响分析

为比较不同内固定参数对横、斜形骨折两种情况下骨愈合过程的影响,利用Python对Abaqus进行二次开发,对综合力学调控及细胞分化的作用下的骨愈合过程进行模拟;同时采用正交实验的设计方法,对不同内固定参数对骨愈合过程的影响进行研究,利用L₉(3⁴)正交表对不同的内固定参数进行组合,对不同组合下的愈合过程及结果进行分析,优选长效内固定方式。分析结果表明,横形骨折在愈合初期的愈合效果优于斜形骨折的愈合效果;使用接骨板进行固定时,不同参数对愈合形式产生不同的影响,接骨板的工作长度对骨折愈合过程影响较大,较小的工作长度使横、斜形骨折的愈合过程出现较大的差异,横形骨折较斜形骨折更早地愈合至1 000 MPa;增加工作长度,横、斜形骨折愈合形式相近,并且两者16周的愈合结果皆高于1 400 MPa;同时,接骨板及螺钉上的最大等效应力随着工作长度的增加出现降低的趋势;整体来说,骨折近端空出1～2孔,为骨折的愈合提供较好的力学环境;横、斜形骨折的愈合速率与内固定系统参数的选择有很大的相关性,斜形骨折对内固定系统的稳定性要求高于横形骨折,因此斜形骨折下应当适当增加螺钉数量,以保证其对稳定性的要求。     

可塑形跟骨钛钢板的生物力学研究

目的：研究可塑形跟骨钛钢板的生物力学性能及其对跟骨骨折固定的有效性,为临床应用提供理论依据。方法;对钢板各部分及螺钉的生物力学性能进行测定,并运用实验应力分析方法对8具新鲜跟骨骨折模型进行内固定分析。结果：该钢板固定的跟骨骨折其强度与刚度均高于正常足（P＜0.05）,足以能承载足部所受的力学载荷。结论：可塑形跟骨钛钢板在接能力高,柔性大,固定可靠、贴合、稳定性发,是固定跟骨骨折理想的内固定器械。     

软组织床血供对胫骨骨折愈合影响的实验研究

软组织床血供对胫骨骨折愈合影响的实验研究张益民①李汉秀①王文刚②王学华③骨折愈合是指骨折断端间的组织修复反应，这种反应表现为愈合过程，最终结局是恢复骨的正常结构与功能。这是一个复杂的生物学过程，受多种因素的影响，而影响骨折愈合最根本的因素是局部的血液...     

应力环境与骨折愈合

骨组织对应力刺激有良好的适应性，骨折愈合的好坏与其力学环境密切相关。接骨板固定、骨外固定的力学性能不同，构成的力学环境有异，因而对骨折愈合的影响亦不相同。     

浅述应力与骨折愈合的关系

骨组织对应力刺激有良好的适应性,骨折愈合的好坏与其力学密切相关.接骨板固定、骨外固定的力学性能不同,构成的力学环境有异,因而对骨折愈合的影响亦不相同.应力刺激骨折愈合的机制仍不清楚,骨细胞具有感受力学信号的功能.     

粉碎性跟骨骨折的手术治疗

目的评价手术治疗粉碎性跟骨骨折的临床疗效。方法对48例52足粉碎性跟骨骨折以跟骨外侧延长L型切口给予开放直视下并结合术中透视橇拨复位一期植骨，用可塑形跟骨钛板行内固定手术治疗。按Sander分型：其中Ⅲ型32足，Ⅳ型20足。采用Maryland足部评分系统进行术后功能评价。结果48例术后均获随访，时间6～38个月，平均11．8个月。骨折全部愈合。其中优32足，无疼痛及行走正常，恢复原来工作；良16足，行走基本正常，可有轻微行走疼，恢复原来工作；可3足，有较明显行走疼几轻微跛行，体力劳动影响工作；差1足，行走疼，严重影响工作。优良率92．3％。术后并发症：切口延迟愈合2例，无感染及皮肤坏死发生。结论一期植骨，开放复位可塑形跟骨钛板内固定是治疗粉碎性骨折的良好方法。     

三步接骨法治疗SandersⅡ型跟骨骨折的有限元研究

目的 量化评估三步接骨法治疗SandersⅡ型跟骨骨折效能指标,阐明其科学机制。方法利用健康成年男性踝关节CT数据,构建正常足踝模型与SandersⅡ型跟骨骨折模型,在骨折模型上进行三步接骨法的力学加载,模拟拔伸牵引、提按顶复、端挤捏骨等手法,评估跟骨复位情况并求解不同手法作用下力学的变化。结果 建立正常足部模型与SandersⅡA/B/C型跟骨骨折模型;三步接骨法加载复位后跟骨长、高、宽、Gissane’s角及Bohler’s角得到明显纠正;求解不同手法的力学趋势,发现拔伸牵引法能有效纠正重叠位移,提按顶复法侧重纠正前后侧移位,端挤捏骨法致力纠正内外侧移位。结论 三步接骨法通过依次纠正骨折位移,能恢复跟骨解剖结构,有效治疗跟骨SandersⅡ型损伤,具有有效性及科学性。     

拉力螺钉辅助交锁髓内钉治疗股骨干复杂骨折对骨痂含量的影响*

背景：生物力学研究及临床病例观察发现,用交锁髓内钉治疗股骨干复杂骨折,使用拉力螺钉辅助固定粉碎骨折块,能优化骨折的力学传导,促进骨折愈合。 目的：观察交锁髓内钉内固定治疗股骨干复杂骨折中,用拉力螺钉固定粉碎性骨折块对骨折愈合的意义。 方法：交锁髓内钉内固定治疗的股骨干病例60例,分为拉力钉组、旷置组;随机选取两组患者内固定后第1周、第12周的数字X射线摄正位片,测定骨痂区、正常骨区及正常软组织区的灰度密度,骨痂区自身对照灰度率,进行组内、组间对比分析。 结果与结论：正常骨区及正常软组织区的灰度密度比较,差异无显著性意义。骨痂区域灰度密度值,两组内固定后第12周显著高于第1周(P < 0.01);内固定后第12周组拉力钉组显著高于旷置组(P < 0.01)。拉力钉组自身对照灰度率显著高于旷置组(P < 0.01)。提示用拉力螺钉辅助固定粉碎性骨折块后,有助于骨痂形成,骨痂含量大于旷置骨折块者。     

股骨干骨折加压钢板固定术后钢板断裂的原因分析

本文对4例外伤致股骨干骨折切开复位加压铜板固定,术后4月～9月发生钢板断裂。从断裂前后X线表现及再手术探查所见,均存在一定程度的骨延迟愈合和不愈合表现。断裂原因是多方面的复杂的,骨折愈合的主要条件是良好的解剖复位,严格的AO操作,相对稳定的可靠的内固定,正常生理应力刺激形式的功能锻炼,特别在骨折愈合的中后期,由于固定不牢固,加之不正确的活动,使骨折断端仍存在剪力、张力及旋转力等有害的力学环境,造成骨折延迟愈合或不愈合,这种有害的力集中于钢板,反复出现从而造成钢板断裂。     

Wnt/β－catenin信号通路对实验小鼠骨痂塑形和生物力学性能的影响

目的 评价Wnt/β－catenin信号通路对骨折愈合后期骨痂塑形及其力学性能的影响。 方法：选择利用以II型胶原（Col2a1）为启动子表达ICAT (β-Catenin和TCF的抑制剂)转基因的8周龄Col2al-ICAT转基因小鼠和同窝出生野生型小鼠作为实验动物,右下肢胫骨中段截断造成实验性骨折,克氏针固定。于术后第5周进行放射学检查、常规HE染色观察以及四点弯曲生物力学测试。结果 X线片显示,骨折后第5周,WT小鼠已达完全愈合;而Col2al-ICAT转基因小鼠骨折线仍模糊可见,骨折愈合不完全。组织学切片显示,骨折后第5周,WT小鼠骨折处的皮质骨连续性已基本恢复,骨皮质较厚;而Col2al-ICAT转基因小鼠骨折处皮质骨的连续性仍不完整,皮质较薄,周围可见较多编织骨存在。四点弯曲生物力学测试显示,野生型小鼠胫骨最大弯曲载荷明显优于Col2al-ICAT转基因小鼠,差异有统计学意义。结论Wnt/β-catenin信号受抑制可延缓骨痂改建的速度,从而影响骨折后生物力学性能的恢复。     

军训中下肢应力骨折的机理与防治──附生物力学分析

作者自１９９１年４月至１９９５年２月共治疗股骨干应力骨折８例，胫骨干应力骨折９６例。经临床观察研究，并从解剖和生物力学角度探讨了骨折发生的机理。认为下肢应力骨折是由于骨本身的结构不能适应训练时应力的变化所致。当骨结构的破坏超过了骨的塑形能力时，便导致应力骨折。由于解剖上的因素，股骨中下段和胫骨内侧中段在运动时是受力的薄弱点，是骨折的好发部位。预防的办法是安排训练计划时，应考虑到骨的塑形能力，而不是仅考虑肌肉的适应程度。以８周一个层次进行，跑步训练初期以慢跑为主，可减少股骨的倾斜度，减轻股骨中下段弯矩和剪应力的影响。     

多载荷下带有生理限定应力的松质骨细观结构模拟

松质是骨的重要组成部分，属多胞体结构，由于构成松质骨的小梁骨尺寸较小，形状多变，因此给松质骨的研究增加了困难。本文把负反馈调节的生理特征引入骨再造模拟中，提出带有生理限定应力的骨再造自适应模型。模型具有骨再造局部适应的正反馈调节与整体控制的负反馈调节的生理调整过程，使骨结构内的应力控制在生理限定应力以下，维持骨力学环境的稳定。使用此模型在几种不同的力学环境下模拟了松质骨结构，定量地预测了松质骨细观结构与其力学环境的对应关系，同时表明了松质骨细观结构与力学环境的适应性。模拟结果与真实松质骨细观结构的典型部分相一致。     

骨折愈合中组织分化的力学调节模型

骨折愈合对力学环境非常敏感,建立骨折愈合过程中组织分化与力学环境关系的模型,对骨科理论、手术、器械和治疗等有很大的意义.几种力学调节组织分化的模型分别在骨折组织的力学本构关系、调节分化的主要力学分量和组织分化的量化计算等方面各有侧重.通过比较分析得出,所有模型都能够模拟出骨折愈合的重要方面;在单变量调节组织分化模型中,偏应变能够正确地模拟骨折的愈合过程,而体积分量(如孔隙压力和间隙流体速度)则不能,由此推出偏分量可能是引导组织分化较显著的力学参数.     

骨的应力集中效应

骨的最主要的功能是给身体提供支撑框架并协助机体的运动。其重要特点是具有应力适应性 ,当其受到扭曲、拉伸、压缩等力作用时 ,它可改变自身的结构和质量以适应功能性应变。由于生命体时刻处于力学环境中 ,因而应力对骨的生长、重建和成形起着重要的调节作用。然而骨也有一个最适应的应力范围 ,应力过低或过高都会使骨逐渐萎缩 ,甚至破坏。骨处于应力区内会增加其密度和硬度 ,而处于没有力学刺激的区域则会弱化密度乃至失去钙化特征。在含有几何不连续区的弹性体中 ,应力集中点的应力状态是力学研究的一个课题。在应力集中点及其邻近区域上…