计算机辅助设计的3D打印导板在全膝关节置换中的应用

<正>随着人口老龄化的加剧,退行性膝关节炎的发病率越来越高,绝对数越来越多。目前全膝关节置换术(total knee arthroplasty,TKA)是治疗终末期退行性膝关节炎最安全有效的方法。为提高手术质量,不少术者尝试将计算机辅助设计的3D打印导板技术运用于TKA,因其自动、快速、直接、个性化的特点而取得了良好的效果。笔者综述其方法原理、优势、不足及发展近况如下。     

重离子放射治疗技术及临床应用

重离子的细胞杀伤作用大,有倒转剂量分布优势,而且具有拓展布拉格峰、高传能线密度、高相对生物效应等特点。将其应用于癌症治疗,可使深部区域肿瘤细胞因高剂量辐射而被有效杀灭,而对周围组织因低剂量分布、相对危害较小,能实现精确靶向治疗,这也被认为是最有前景的肿瘤放疗技术。本文简要介绍了重离子放射治疗的物理和生物学特征,回顾了重离子放射治疗的发展历程及现状;重点阐述了重离子放射治疗技术在临床的应用现状及优势,以期为重离子辐射生物学的研究人员提供一定的数据参考和未来方向参考,更好地促进重离子放射治疗在临床治癌中的良好应用。     

二巯基丁二酸修饰的Fe3O4纳米颗粒对人血管内皮细胞的作用研究

目的研究二巯基丁二酸修饰的Fe3O4纳米颗粒(dimercaptosuccinic acid-magnetite nanoparticles,DMSA-Fe3O4)对人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells,HUVECs)功能的影响。方法利用动态光散射法表征DMSA-Fe3O4的粒径及表面电荷;采用普鲁士蓝染色、邻二氮菲铁定量和透射电镜观察方法研究HUVECs对DMSA-Fe3O4的摄取规律;利用细胞计数试剂盒(Cell Counting Kit-8,CCK-8)检测DMSA-Fe3O4对内皮细胞活性的影响;通过酶联免疫吸附试剂盒测定DMSA-Fe3O4对内皮细胞血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)分泌量的影响。结果HUVECs能够大量吞噬DMSA-Fe3O4,其吞噬量具有孵育时间和剂量依赖性;短时间内所测剂量范围DMSA-Fe3O4对细胞活性无显著影响,但长时间高剂量条件使细胞活性明显降低。此外,在高剂量DMSA-Fe3O4暴露下(200μg/mL),内皮细胞分泌VEGF的量约为对照组的3倍。结论DMSA-Fe3O4易于被HUVECs吞噬;高浓度DMSA-Fe3O4与HUVECs长时间培养使细胞活性降低,并刺激内皮细胞分泌VEGF。     

全瓷冠粘接界面缺陷对修复体应力的影响

目的探究当单层全瓷冠修复体与胶层之间存在由于口腔水环境下造成的脱粘以及粘结缺陷时对修复体内部应力分布的影响。方法以二硅酸锂CAD/CAM单层冠为研究对象,进行三维有限元实体建模。利用有限元软件ABAQUS定义瓷冠内表面与胶层上表面的7个脱粘状态(状态1～7),以及2种界面缺陷的情形(情况I、II)。对所建9个模型底部进行完全约束,并在咬合面分别用直径5 mm半球形解析刚体施加600 N竖向载荷以对其进行应力计算。结果在竖向咬合力作用下,瓷冠内部和胶层上表面应力集中主要出现在脱胶边界处以及缺陷的周边。瓷冠内部的第1主应力没有超过其极限抗拉强度,但胶层中的最大拉应力超过粘结剂的极限抗拉强度,即胶层会发生内聚破坏。结论瓷冠内壁的粘结完整在维持瓷冠内部整体应力处于较低水平方面有重要作用,粘结界面处缺陷的存在对瓷冠承载力的影响比单纯脱粘面积的增加对瓷冠承载力造成的影响更加显著。为保障全瓷冠修复体的承载能力,在口腔修复临床实践中更应该注意避免引入粘结缺陷。     

侧方入路腰椎内固定的生物力学研究进展

极外侧椎体融合术（extreme lateral interbody fusion, XLIF）可用于治疗腰椎间盘突出、椎体滑脱、椎管狭窄等腰椎疾病。此术式从侧方腹膜后建立手术通道,与其他手术方式相比,术中出血少,创伤小,康复时间短,并发症少,既可避免前方大血管损伤的风险,也可减少后方肌肉、关节突等组织的破坏,因而受到越来越多的关注和应用。但此术式在临床治疗效果、并发症发生率等方面是否优于其他入路尚无定论。从生物力学角度总结XLIF重建腰椎稳定的效果,并比较XLIF与相关经典术式在生物力学上的特点。     

微创手术机器人机械臂结构设计与工作空间分析

目的现有双平行四边形机构设计的机械臂需要串联一个伸缩自由度机构,导致机械臂体积增大,运动灵活性降低,持镜臂与持器械臂发生干涉。针对这一问题,提出一种新型机械臂结构,增强运动灵活性、减小机械臂的体积。方法采用5连杆机构、滑块与滑轨的低副机构和丝传动机构设计机械臂,实现末端执行器的伸缩运动,建立机械臂的运动学模型,以MATLAB为仿真工具验证零位关节角D-H参数的正确性,求解出机械臂的运动方程;同时运用蒙特卡洛算法,得到末端执行器的三维工作空间范围,并对3条机械臂作术前动物实验规划;最后,在猪体内进行胆囊切除等操作,验证机械臂的双5连杆2自由度设计的合理性和可操作性。结果蒙特卡洛算法在MATLAB环境下得到的工作空间范围为:-650.4 mmx649 mm,163.8 mmy1 202 mm,-254.6 mmz829.8 mm,并成功完成16例猪的胆囊切除实验,平均操作时间为51 min。结论新型设计的双5连杆2自由度机械臂在猪体内成功完成胆囊切除等操作,且猪术后无其他不良症状,机械臂之间的运动无干涉,充分验证了所提出的微创手术机器人机械臂设计方案的可行性。     

腹主动脉瘤计算机仿真研究进展

腹主动脉瘤(abdominal aortic aneurysm,AAA)是腹主动脉较常见的疾病,破裂之后致死率极高,因此,及时发现和评估AAA破裂的风险就具有重要意义。近年来随着医学影像、计算机及血流动力学等理论和技术的快速发展,利用计算机模拟技术对AAA进行仿真研究已成为研究的热点,其模拟的结果趋于人体真实的动脉瘤,并在揭示AAA的发生及演变的机制方面发挥了重要作用。本文介绍了AAA仿真研究的原理及模型分类,详细地阐述了瘤体形态、瘤壁的结构及属性、血液及血流的属性、腔内血栓等相关因素在仿真研究中的作用,并对其目前的进展及局限性予以综述。     

外侧半月板后根部损伤不同缝合位置对膝关节生物力学的影响

目的对损伤的外侧半月板后根部进行不同位置的修复固定,比较不同缝合方式时膝胫股关节的生物力学结果,探讨外侧半月板后根部损伤最佳缝合术式。方法使用8例人体尸体膝关节,胫腓骨固定装置维持膝关节在0°位,在1 k N压缩载荷下,采用Tek-scan压力感测片收集膝关节外侧半月板后根部完整、外侧半月板后根部断裂、将外侧半月板后根部分别缝合至中心点、中心点偏后5 mm、中心点偏前5 mm、中心点偏外5 mm位置下的平均接触压力、峰值压力以及接触面积。结果在外侧间室,与完整状态相比半月板后根部损伤断裂后会导致平均接触压力和峰值压力明显增加(P0. 01),接触面积减少(P0. 05)。4种缝合固定方法均可减少平均压力和峰值接触压力,接触面积较根部断裂时均有增加。在半月板后根部中心点偏外5 mm缝合时,生物力学结果更接近完整膝关节(P0. 05)。比较缝合位点在根部中心点和中心点偏后5 mm时,平均接触压力影响差别微小,峰值接触压力、接触面积均无统计学差异(P0. 05)。在内侧间室,生物力学指标各组间均无统计学差异(P0. 05)。结论外侧半月板后根部发生撕裂后会导致膝关节外侧间室的平均接触压力、峰值压力以及接触面积相比正常膝关节发生显著改变;半月板缝合位置在原根部中心点偏外5 mm时,其生物力学功能更接近完整膝关节。     

北京地区不同职业男性糖化血红蛋白结果分析

目的探讨糖化血红蛋白在不同职业男性健康体检人群中的分布情况。方法对出租车司机、环卫工人、警察3种不同职业男性人群糖化血红蛋白检测结果进行统计分析。结果3种不同职业人群HbA1c水平之间的差异具有统计意义(P<0.05),年龄在40~60岁时,出租车司机的HbA1c水平显著高于其他两种职业(P<0.05)。结论HbA1c筛查为不同职业人群糖尿病的早发现、早治疗及减少并发症的发生提供依据。     

数字病理扫描在颈动脉粥样硬化斑块组织学研究中的应用

目的颈动脉粥样硬化斑块的形成是脑血管病变的独立危险因素之一。对颈动脉内膜剥脱术(carotid endarterectomy,CEA)斑块进行充分的组织学判读和研究,将有助于全面把握CEA斑块的组织学表现,进而推进临床辅助诊断。方法本文我们将运用数字病理扫描仪对CEA斑块的切片经H&E染色后进行扫描,介绍数字病理扫描在CEA斑块组织学研究中的应用。结果经数字病理扫描所得的图片,有助于全面掌握和保存CEA斑块组织切片的全层面信息;在软件的帮助下有助于非常方便地测量斑块内各成分的大小;有助于精确评估斑块的狭窄程度。结论综上,数字病理成像应用于CEA斑块,结合MRI,有助于高效且准确地判读斑块组成和预测斑块稳定性,亦有助于人工智能的训练。