重建髋臼前后柱完整性的生物力学研究

目的：运用平面有限元及光弹实验原理，研究髋臼负重区前后柱骨折后的应力分布，阐明髋关节骨性关节炎产生病理基础和力学机制。方法：建立骶髂关节和髋关节平面有限元模型，模拟单腿站立负重状态，分析髋臼负重区及近负重区在不同骨折类型和位移下的应力分布。结果：髋臼负重区的裂缝型和台阶型骨折局部应力增大；负重区内位移一致的台阶型较裂缝型骨折局部出现应力集中。近负重区较负重区内的骨折所产生的应力小。结论：髋臼负重区骨折应尽可能达到解剖复位，尤以台阶型为著。恢复髋臼前后柱的完整性，可减少负重区的应力集中，减小髋臼病损、延缓关节退变的发生。早期的髋臼重建对后期因髋关节骨性关节炎行人工髋关节置换术提供可靠骨性结构，使手术有更多的选择空间。     

股骨颈骨折三针固定法的生物力学实验研究

股骨颈骨折是中老年人的多发病,近年在临床中采用三针固定的方法,取得较好的治疗效果。本文采用先进的光弹性实验和电阻应变仪方法分别研究股骨<包括股骨头,股骨颈,股骨干>的应力分布规律并应用鱼鳞钉进行四种类型三针固定法<等腰,等边,倒三角,扇形>在中立位,内收位,外展位的电测法实验研究,研究成果显示股骨颈和各根针的力学性质及固定效果。     

以三维有限元分析多孔钽块植入治疗股骨头缺血性坏死的生物力学改变

目的对比研究3种治疗成人股骨头缺血性坏死方法的生物力学行为;总结最合适的钽块大小、植入位置和植入试验股骨头模型后防止塌陷的效果。方法选择健康成人右侧股骨为研究对象,经层厚2.0mm的螺旋CT扫描得各断面图象,输入计算机识别和提取股骨轮廓并行三维重建。按生理状态下股骨力载荷的三维空间分布,施加髋关节接触力1620N,外展肌合力1061N,髂胫束力1720N。对股骨头三维有限元模型进行计算,求出股骨头受力模型在3种不同处理方法下,不同直径和形状钽金属植入股骨头模型后股骨头负重区表面的塌陷值。结果髓芯减压+植骨+钽块植入组防止股骨头塌陷效果较髓芯减压+植骨组、髓芯减压+植骨+钽棒植入组有明显改善,而髓芯减压+植骨组与髓芯减压+植骨+钽棒植入组随坏死角度增大后无明显差异。结论植入钽金属块后尽可能靠近负重区关节面对股骨头予以支撑,能有效阻止和限制坏死继续进展;植骨加钽棒植入在小范围坏死时尚有一定的支撑作用,当坏死范围增大后不能增加股骨头的机械支撑力;钽金属块植入组治疗股头缺血性坏死明显优于钽金属棒植入组;钽块的最佳植入位置在股骨头负重区正下方软骨板下0～3mm。     

不同时段超低温保存对兔肌腱力学性能的影响

目的 :探讨不同时段超低温保存对兔肌腱组织生物力学性能的影响。方法 :以 15 %DMSO(二甲基亚砜 )为低温保护剂 ,采用两步冷冻保存步骤 ,对青紫兰兔肌腱进行维持温度 - 5 0℃的冷冻预处理 ,- 196℃液氮保存 18d、180d ,测试前用 4 0℃水浴复温 ,每组肌腱 8段 ,与新鲜肌腱对照进行拉伸实验。结果 :肌腱的破坏荷载在对照组、18d组、180d组分别为 (6 6 .0± 19.4 9)N、(6 5 .0± 7.0 7)N和 (5 4 .0± 11.4 )N ,各组肌腱的延伸率 (% )依次为 6 3.5± 17.3、38.6± 0 .98和 30 .6± 0 .4 7。结论 :经不同时段超低温冷冻保存的兔肌腱 ,拉伸实验的生物力学指标无明显差异 (P>0 .0 5 )。     

股骨颈骨折三维模型生物力学实验研究

本文采用先进的三维光弹模型进行生物力学测试，分别研究股骨（股骨头、股骨颈、股骨干）的应力分布规律；并对不同体位（中立位、内收、外展）与不同固定位置（等腰、等边、倒三角、扇形）的三针内固定法进行电测实验研究，结果显示股骨颈和三针的力学性质及固定效果。     

不同体位加载下肱骨外侧髁的应力分析研究

目的 从生物力学角度研究肱骨外侧髁在不同体位加载下的应力分布规律,探讨其骨折发生机制。方法 分别制造儿童肱骨外侧髁三维有限元及光学弹性模型,模拟伸屈肘及前臂旋前、中立、旋后和内外翻等多种体位加载,计算分析和观察相应部位的应力分布状况。结果 半屈肘位时肱骨外侧髁区平均应力值最大,而伸肘时的伸肌腱作用节点应力值大于外侧髁区。内翻位伸肌腱作用下,肱骨外侧髁上部为拉应力条纹,内侧髁上部为压应力条纹。结论 半屈肘位时易发生以尺桡骨撞击力与重力的上下剪切作用为主的肱骨外侧髁骨折;伸肘内翻位时,以伸肌腱牵拉为主的弯力偶矩可拉脱外侧髁形成骨折。肱骨外侧髁骨折的复位可利用伸肌腱的牵拉作用,而固定则尽量避免伸肌腱的牵拉。     

肱骨外髁的电测实验应力分析

采用电测实验方法探讨肱骨外髁翻转骨折的发生机制和合理的固定方法。取一具6岁儿童新鲜尸体的肘关节,处理后粘贴电阻应变片,模拟肘关节伸直和屈曲45°状态下前臂旋前、中立、旋后6种体位,和屈曲90°时前臂旋前、中立、旋后3种体位的应力测定,结果显示肱骨外髁前后部竖直方向的应变无论伸肘还是屈肘均为压应变,屈肘45°位为拉应变。肱骨外髁在屈肘90°前臂旋后位时,水平方向的压应变最大,中立位次之,旋前位时其前方呈拉应变。提示肱骨外髁骨折的好发部位是肘关节半屈曲位,骨折后最佳的固定体位是屈肘90°前臂旋后位。     

摇椅弓角度和弧形深度对牙齿垂直向受力的影响

目的:分析摇椅弓角度和弧形深度的变化对前后牙垂直向力的影响。方法:采用ANSYS有限元软件建立下颌牙列、牙周支持组织以及不同角度、不同弧形深度的0.46mm×0.64mm不锈钢下颌标准弓形摇椅弓的三维有限元模型,将摇椅弓变形前后的位移差作为荷载施加于有限元模型,通过多次迭代使其满足变形协调条件,计算出牙齿垂直方向的受力情况。结果:获得较理想的三维有限元模型。摇椅弓对牙齿产生的作用力在尖牙、第二前磨牙和磨牙处较大,在切牙处较小。当摇椅弓角度不变时,随着摇椅弓弧形深度的增加,切牙和磨牙压低力增加,尖牙经历一个由升高到压低的过程,前磨牙经历一个由压低到升高的过程。当摇椅弓弧形深度不变时,随着摇椅弓角度增加,切牙和磨牙压低力增加,尖牙经历由压低到升高的过程。结论:摇椅弓角度和弧形深度的变化对施于牙齿的垂直向力产生显著影响。     

颈椎椎体次全切除，钛网植骨钢板固定三维有限元模型的建立

目的 探讨利用螺旋 CT建立颈椎椎体次全切除减压植骨固定的三维有限元模型的高度数字化方法,为研究颈椎减压手术的生物力学实验提供标准模型。方法 对健康成年男性志愿者进行CT 扫描,获得C4～C7节段的断层图片,将数据保存为Dicom格式,导入Mimics 9.1 软件进行三维几何模型重建,形成三维图像,利用Freeform 软件进行模型修改和表面划分,以IGES格式转入有限元软件Ansys 9.0完成颈椎骨性模型的建立。利用有限元软件Ansys 9.0,在颈椎骨性模型的基础上,补建终板、补充建立终板、 椎间盘、 髓核、 前纵韧带、 后纵韧带、 黄韧带、 棘间韧带、 棘上韧带等结构。然后模拟颈椎椎体次全切除,将C5椎体、前纵韧带、上下椎间盘切除,将建立的钛网、钢板实体模型添加到减压区。采用合适的材料性质和实体单元类型对模型进行有限元网格划分。结果 颈椎脊柱三维模型有限元网格划分结果：利用三维重建软件Mimics 和有限元软件Ansys 9.0 , 成功进行椎体次全切除减压钛网植骨钢板固定三维模型有限元网格划分。整个模型共有138995个节点和94039个单元,建成后的三维有限元模型与实体组织具有良好的几何相似性。结论 建立的椎体次全切除植骨固定手术三维有限元模型接近真实的生物力学标本,可以进行临床和实验研究。