新型全皮质骨螺纹螺钉在腰椎改良皮质骨轨迹螺钉技术中的生物力学性能

背景:骨质疏松骨小梁结构不足以维持螺钉把持力,常导致脊柱内固定失败,现今主要通过以下4个方面进行解决:①螺钉自身材质;②表面涂层的处理;③钉道固化策略;④螺钉形状。改良皮质骨轨迹置钉技术的钉道已被证实有良好的固定效果,但目前急需研发与之配套的螺钉。目的:通过有限元分析法比较不同脊柱皮质骨螺纹螺钉在腰椎改良皮质骨轨迹置钉中的生物力学性能差异。方法:根据3具成人湿性腰椎标本(2男1女)的CT数据构建L_(4)椎体模型,并进行有限元分析。在改良皮质骨轨迹置钉技术中使用全皮质骨螺纹螺钉(单螺纹螺钉),螺钉全长45 mm,直径为5.5 mm和4.5 mm,分别作为A、B组;与传统椎弓根螺钉技术组(C组,直径6.0 mm、长度45 mm,双螺纹螺钉)和皮质骨轨迹置钉技术螺钉组(D组,直径4.5 mm、长度45 mm,双螺纹螺钉)进行对比。通过测定轴向抗拔出力、螺钉稳定性(上、下、左、右载荷位移比)、螺钉抗旋出扭矩比较各组螺钉的固定强度。结果与结论:①轴向抗拔出力:A组>B组(P=0.003),且A、B组均>C组(P<0.001,P=0.003)和D组(均P<0.001);②螺钉稳定性:在螺钉上、下两个方向施加载荷时,4种螺钉载荷位移比值为A组>B组(P>0.05),且A、B组>C组(均P<0.001)和D组(均P<0.001);③螺钉抗旋出扭矩:A组>B组(P=0.008),且A、B组均>C组(P=0.008,P=0.131);④提示在腰椎改良皮质骨轨迹置钉过程中,新型脊柱全皮质骨螺纹螺钉的力学性能与双螺纹螺钉在临床经典的椎弓根置钉轨迹及皮质骨轨迹中应用相比,具有更好的生物力学性能;且新型脊柱全皮质骨螺纹螺钉(D=5.5 mm、L=45 mm)可作为改良皮质骨轨迹置钉技术钉道最佳的适配。

有限元分析改良皮质骨轨迹置钉在腰椎翻修术中的力学性能

目的 利用有限元分析改良皮质骨轨迹置钉(modified cortical bone trajectory, MCBT)、皮质骨轨迹置钉(cortical bone trajectory, CBT)技术在腰椎翻修手术中的力学性能,并分析MCBT相比CBT在翻修手术中的优势。方法 根据CT扫描数据建立L1~5节椎体、终板、纤维环、髓核三维模型,在椎体模型中按传统轨迹(traditional trajectory, TT)椎弓根置钉技术进行置钉,再将TT螺钉去除,保留TT钉道,并用MCBT、CBT螺钉在该椎体上进行翻修置钉,对腰椎重新固定。利用有限元分析MCBT、CBT在翻修手术中的力学性能。结果 在前屈、后伸、侧弯、轴向旋转工况下,CBT翻修组相比对照组运动范围(range of motion, ROM)分别降低12.07%、19.60%、8.72%、7.66%,L3~4椎体间纤维环应力分别增加11.27%、30.43%、35.52%、25.36%,L4~5椎体间纤维环应力分别降低39.84%、52.64%、23.91%、15.77%;MCBT翻修组相比对照组,ROM分别降低13.18%、20.27%、25.63%、8.59%,L3~4椎体间纤维环应力分别增加10.41%、21.60%、15.83%、18.41%,L4~5椎体间纤维环应力分别降低37.14%、61.94%、39.46%、35.23%;MCBT翻修组相比CBT翻修组ROM分别降低1.26%、0.83%、18.53%、1.00%,L3~4椎体间纤维环应力分别降低0.77%、6.77%、14.53%、5.54%,L4~5椎体应力分别降低2.82%、15.91%、19.79%、8.75%。在前屈工况下,MCBT翻修组L4~5椎体间纤维环应力相比CBT翻修组增加4.49%,在后伸、侧弯、轴向旋转工况下分别降低19.65%、20.44%、23.11%。结论 采用MCBT、CBT进行椎体翻修时均能够提供满足椎体固定要求的力学性能,并且MCBT的固定性能与安全性能不劣于CBT。研究结果为腰椎翻修术提供了更多的入路选择,在临床中具有一定参考意义。

锥形束CT测量下颌低平牙槽嵴修复前牙槽骨高度、皮质骨厚度及密度与修复效果的相关性分析

目的 观察锥形束CT(CBCT)测量下颌低平牙槽嵴修复前牙槽骨高度、皮质骨厚度及密度与修复效果的相关性。方法选取2022年1月至2023年10月下颌低平牙槽嵴患者146例,均行全口义齿修复,随访6个月,根据义齿固位效果分为修复良好组(121例)与修复不良组(25例)。比较两组基线资料、修复前CBCT测量的牙槽骨高度、皮质骨厚度、皮质骨密度,分析修复前牙槽骨高度、皮质骨厚度、皮质骨密度与牙槽嵴分级的关系及与修复效果的相关性,并评价修复前牙槽骨高度、皮质骨厚度、皮质骨密度对修复效果的预测价值。结果修复不良组牙槽嵴分级Ⅳ级比例高于修复良好组(P<0.05);修复不良组修复前牙槽骨高度、皮质骨厚度、皮质骨密度低于修复良好组(P<0.05);牙槽嵴Ⅳ级患者修复前牙槽骨高度、皮质骨厚度、皮质骨密度低于修复良好组(P<0.05);修复前牙槽骨高度、皮质骨厚度、皮质骨密度与牙槽嵴分级呈负相关(P<0.05);ROC曲线分析显示,修复前牙槽骨高度、皮质骨厚度、皮质骨密度及联合预测下颌低平牙槽嵴修复效果的AUC为0.815、0.769、0.820、0.913;以ROC曲线获取的最佳截断值分为低值与高值,危险度分析,修复前牙槽骨高度、皮质骨厚度、皮质骨密度低值的下颌低平牙槽嵴患者修复不良风险是高值患者的6.884倍、6.160倍、6.585倍(P<0.05)。结论 CBCT测量下颌低平牙槽嵴修复前牙槽骨高度、皮质骨厚度、皮质骨密度与牙槽嵴分级、修复效果显著相关,对修复效果具有较高的预测价值,可协助临床进行早期预测,为制定可靠的修复方案提供客观依据。

单节段后路腰椎椎间融合皮质骨轨迹螺钉固定术后螺钉松动的危险因素分析及预测模型的构建与验证

目的:调查分析应用皮质骨轨迹(CBT)螺钉行单节段后路腰椎间融合术(PLIF)后螺钉松动的危险因素,建立并验证可视化的列线图预测模型。方法:回顾性选择2020年3月~2023年6月我院行单节段PLIF治疗的102例患者为研究对象,应用CBT螺钉共357枚,平均3.5±0.3枚。术后随访时间2.0~35.0个月,中位时间22.5个月。根据腰椎CT扫描结果将螺钉松动定义为CT片上超过1mm的连续透明区,周围存在薄的硬化区。将102例患者分为松动组45例和无松动组57例,应用的357枚螺钉中,117枚出现松动和240枚无松动。比较两组患者的人口学资料(包括性别、年龄、体质量指数、骨密度值)、手术指标[包括时间、出血量、腰椎融合分级、Oswestry功能障碍指数(ODI)]和放射学参数[包括螺钉固定到骶椎第一节椎体S1(FS1)、螺钉小梁Hounsfield单位(HU)、螺钉的矢状角(SA)、冠状角(CA)和皮质骨接触层(CBCL)]。分别采用Lasso回归和多因素Logistic回归分析模型筛选螺钉松动的最佳独立危险因素,采用R软件建立列线图模型,然后分别采用Bootstrap法、受试者工作特征(ROC)曲线、校准曲线及决策曲线分析(DCA)评估模型的预测稳定性[一致性指数(C指数)]、预测区分度(敏感性和特异性)、预测概率的准确性(吻合程度)、临床净获益。结果:松动组患者的骨密度值明显小于无松动组(P<0.05),其他人口学资料和手术指标比较差异无统计学意义(P>0.05)。与无松动组比较,松动组的FS1百分比和CA明显升高,CBCL显著下降(P<0.05)。骨密度值(OR=0.44,95%CI=0.21~0.89,P<0.001)、FS1(OR=3.12,95%CI=2.03~4.54,P<0.001)、CA(OR=1.45,95%CI=1.12~2.03,P<0.001)和CBCL(OR=0.67,95%CI=0.32~0.88,P<0.001)是单节段PLIF后发生螺钉松动的独立危险因素。列线图模型总分140分,Bootstrap法计算C指数为0.856(P=0.125),ROC曲线下面积(AUC)为0.847(95%CI=0.801~0.912,P<0.001),校准曲线和DCA均显示模型的预测结果有较好的一致性和临床净获益比。结论:骨密度值、FS1、CA和CBCL是应用CBT螺钉行单节段PLIF后发生螺钉松动的独立危险风险,据此构建的列线图模型在临床早期筛选螺钉松动高风险群体中有一定的应用价值。

皮质骨通道螺钉技术在腰椎退变性疾病中的应用效果

目的:探讨皮质骨通道螺钉技术在老年腰椎退行性疾病患者中的应用效果。方法:选取2021年7月—2023年7月中国人民解放军联勤保障部队第926医院收治的腰椎退变性疾病患者64例作为研究对象,采用随机数字表法分为对照组以及观察组,各32例。对照组实施椎弓根螺钉内固定术治疗,观察组实施皮质骨通道螺钉技术治疗。比较两组手术相关指标、疼痛情况、腰椎功能。结果:观察组手术时间短于对照组,切口长度小于对照组,术中出血量、术后引流量少于对照组,差异有统计学意义(P<0.001)。治疗前,两组视觉模拟评分法(VAS)、日本骨科协会评估治疗分数(JOA)评分比较,差异无统计学意义(P>0.05)。治疗后6个月,两组VAS评分降低,观察组低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);两组JOA评分升高,差异有统计学意义(P<0.05);两组JOA评分比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论:皮质骨通道螺钉技术在老年腰椎退行性疾病患者中的应用效果显著,可缩短手术时间,减小手术切口,减少术中出血量与术后引流量,减轻疼痛,且不会影响腰椎功能。

皮质骨通道螺钉与椎弓根螺钉固定用于后路腰椎椎体间融合的Meta分析

背景:传统椎弓根螺钉固定技术现广泛用于后路腰椎椎体间融合手术中,由于其广泛的软组织剥离及易侵犯椎间关节等较多并发症,2009年后逐渐将皮质骨通道螺钉固定技术应用于后路腰椎椎体间融合术中以减少并发症,目前尚未有单独的Meta分析对皮质骨通道螺钉固定技术与传统椎弓根螺钉固定技术在后路腰椎椎体间融合术后的临床疗效进行研究。目的:运用Meta分析法对椎弓根皮质骨通道螺钉固定与传统椎弓根螺钉固定在后路腰椎椎体间融合术后的临床疗效进行系统评价。方法:计算机检索PubMed、The Cochrane Library、Embase、Scopus、Web of Science、中国知网(CNKI)、中国生物医学系统(CBM)、万方等数据库中进行检索,以CBT、cortical bone trajectory、cortical screw、PS、Pedicle Screw、皮质骨通道螺钉、椎弓根螺钉等为关键词,检索时间从建库到2018年7月。由2名研究者独立对检索到的文献进行筛选并对纳入文献进行质量评价和数据提取,使用RevMan5.2软件进行Meta分析。结果与结论:(1)共纳入8篇文献,其中英文文献7篇,中文文献1篇;随机对照试验2篇,队列研究6篇;共纳入病例656例,其中皮质骨通道螺钉组319例,椎弓根螺钉组337例;(2)Meta分析结果显示,2组在手术时间、术中出血量、术后住院时间方面差异有显著性意义,皮质骨通道螺钉优于传统椎弓根螺钉组(P <0.05);(3)2组在围术期并发症、术后随访期间总并发症及二次手术率方面差异有显著性意义,皮质骨通道螺钉优于传统椎弓根螺钉组(P <0.05);(4)在远期并发症及椎间融合率方面2组差异无显著性意义(P> 0.05);(5)提示与传统椎弓根螺钉骨钉技术相比,在后路腰椎椎体间融合术中皮质骨通道螺钉在手术时间、术中出血量、术后住院时间、围术期并发症、总并发症及二次手术率等临床效果方面有明显优势,但在椎间融合率及远期并发症方面两者并无明显差异。

皮质骨厚度及颌骨骨密度对种植术中疼痛的影响

目的:探讨种植位点不同皮质骨厚度及颌骨骨密度对种植手术术中疼痛的影响。方法:选择2021年8月—2022年8月南昌大学第四附属医院接受种植体植入手术的患者187例(种植位点数263个),分析种植位点不同皮质骨厚度及颌骨密度HU值对麻醉效果的影响。采用SPSS 26.0软件包对数据进行统计学分析。结果:疼痛位点的皮质骨平均厚度为(3.90±1.36)mm,显著大于非疼痛位点的(2.24±0.66)mm(P<0.05)。下颌前牙、前磨牙、磨牙区皮质骨厚度在疼痛及非疼痛位点的比较中,差异有统计学意义。疼痛位点的骨密度平均HU值为(764.46±239.75),非疼痛位点的平均HU值为(612.23±235.31),差异有统计学意义(P<0.05)。下颌前牙及前磨牙区疼痛位点与非疼痛位点HU值相比,差异无统计学意义(P>0.05),下颌磨牙区疼痛与非疼痛位点的HU值相比较,差异有统计学意义(P<0.05)。结论:皮质骨厚度大的位点,阻挡浸润麻药渗透的作用较大,种植过程中更易发生术中疼痛。在下颌前牙及前磨牙区,种植位点HU值对浸润麻药的渗透作用影响较小,在下颌磨牙区的影响较大,下颌磨牙区HU值高的种植位点更易发生术中疼痛。当计划种植位点的皮质骨厚度大于3.9 mm以及在下颌磨牙区骨密度均值大于665 HU时,若有足够的备洞安全距离,建议在术前施加下颌神经阻滞麻醉联合阿替卡因浸润麻醉,以避免患者发生术中疼痛。

皮质骨微观能量释放率与大鼠月龄关系

目的预测大鼠股骨皮质骨微观能量释放率,探究微观能量释放率随大鼠月龄的变化关系。方法依托前期实验数据,结合皮质骨断裂模拟数值方法,对比仿真与实验测得载荷-位移曲线及断裂模式,反演预测不同月龄大鼠股骨皮质骨的微观能量释放率。结果经预测得到1、3、5、7、9、11、15月龄大鼠股骨皮质骨微观能量释放率分别处于0.08~0.12、0.12~0.14、0.15~0.19、0.25~0.28、0.23~0.25、0.19~0.22、0.13~0.16 N/mm。结论微观能量释放率随月龄增长而下降导致失效载荷降低,说明微观能量释放率是决定骨折发生的主要因素之一,但断裂时刻却未观察到明显下降,说明微观能量释放率与结构断裂时刻未呈线性正比关系。研究结果能够从临床层面协助解释皮质骨的骨折发生机制。

基于PD的皮质骨孔隙率对裂纹扩展的影响研究

目的骨的微观结构是决定骨强度与骨折风险的重要影响因素。孔隙率是表征皮质骨微观结构的重要参量。皮层内部的骨重建作用主要发生在哈弗式系统表面,其直径可由年轻时50μm增长至年老时80μm,从而导致皮质骨孔隙率的增大。皮质骨在承受日常载荷时,会产生一些微小裂纹。微裂纹的扩展会受到骨微观结构的影响,然而孔隙率的增大对裂纹扩展的影响仍未有明确的解答。方法近场动力学(PD)基于非局部作用思想,通过积分模型描述物质点的力学行为,避免了传统连续介质力学方法中的非连续奇异性问题,成为处理骨材料破坏问题最有效的途径之一。因此,本文采用二维键基常规态近场动力学模型,模拟了两种有预制微裂纹皮质骨平板模型(每个模型假设有3个哈弗式管,管直径分别为50μm与80μm)的破坏过程,在渐进加载过程中观察裂纹扩展路径,以及观察增大的孔洞直径对扩展模式的影响。结果两种模型均是板中心水平方向以及右侧两个哈弗式管水平轴线两端首先出现损伤,形成多条水平裂纹。随着载荷的增加,水平裂纹分叉,并沿着各自方向扩展。直至裂纹贯通,材料完全破坏。孔洞直径增大后,更早产生裂纹分叉,破坏时刻也显著提前。结论基于近场动力学的皮质骨裂纹分析,不需要预设裂纹轨迹,可以模拟裂纹自由扩展的过程。孔洞直径增大后,裂纹分叉、贯通与破坏时刻提前,破坏形态发生显著改变。

皮质骨轨迹置钉在腰椎翻修中的力学分析

背景:目前,临床中对固定失败的椎体进行手术翻修的方式存在不足与风险,为规避常规翻修手术的风险,可应用皮质骨轨迹置钉技术对固定失败的椎体进行翻修手术,但在翻修手术中皮质骨轨迹置钉技术螺钉的力学性能尚不明确。目的:利用有限元分析皮质骨轨迹置钉在腰椎翻修手术中的力学性能,为临床应用皮质骨轨迹置钉技术进行翻修手术提供理论依据。方法:获取骨质疏松症椎体CT扫描数据并建立L4节椎体模型。分别在L4椎体模型中完成皮质骨轨迹置钉(CBT初始组)以及传统椎弓根螺钉的初次置钉(TT初始组),并将其力学数据作为后期评价翻修手术性能的基线标准。再将传统椎弓根螺钉去除,保留其钉道,用皮质骨轨迹置钉的螺钉在该椎体上进行二次置钉(CBT翻修组),实现腰椎的重新固定,并利用有限元分析翻修后螺钉的轴向抗拔出力、稳定性以及腰椎活动度。结果与结论:①CBT翻修组螺钉轴向抗拔出力比TT初始组提高25.6%;②在下、左、右3种工况,CBT翻修组螺钉的载荷位移比,相对于TT初始组分别提升18.5%,41.3%,35.0%;CBT翻修组螺钉的载荷位移比,在上工况比TT初始组略有提升,但差异无显著性意义(P>0.05);③在前屈、后屈工况,CBT翻修组腰椎活动度比TT初始组提升45.5%,36.1%,而在左侧弯、右侧弯、轴向旋转工况差异无显著性意义(P>0.05);④CBT翻修组螺钉轴向抗拔出力、螺钉载荷位移比、腰椎活动度与CBT初始组比较,差异均无显著性意义(P>0.05);⑤力学数据表明,翻修钉道骨质虽有一定破损或丢失,但CBT翻修组在一定程度上仍优于TT初始组的力学性能,且CBT翻修组与CBT初始组比较,力学性能之间无明显差异;此次研究结果可为临床应用皮质骨轨迹置钉技术对传统椎弓根螺钉固定失败的腰椎进行翻修手术提供一定的参考。

不同跑步速度对大鼠股骨皮质骨组织失效应变的影响

目的 预测皮质骨组织失效应变,探究不同跑步速度对大鼠股骨皮质骨力学性能的影响。方法 设定皮质骨材料失效应变阈值,针对大鼠股骨有限元模型进行三点弯曲下的断裂模拟,将每次预测所得载荷-位移曲线与同一样本实验曲线进行比较拟合,以此反演预测组织失效应变。结果 皮质骨组织失效应变在不同跑步速度下存在显著差异,说明不同跑步速度对皮质骨结构微观力学性能产生一定影响。其中组织失效应变在以12 m/min速度跑步中最大,在以20 m/min速度跑步中最小。结论 通过观测组织失效应变变化趋势,并结合皮质骨结构的宏观断裂载荷与纳观组织弹性模量变化趋势,探讨不同跑步速度对皮质骨结构力学性能的综合影响,并找到有利于提升皮质骨力学性能的跑步速度,为通过跑步锻炼提高骨强度提供理论依据。

磨料水射流切削皮质骨断面形貌特征研究

为探索磨料水射流切削过程中对皮质骨材料的切削机理,提高切削断面质量,分别以石榴石、氯化钠为磨料对皮质骨进行切削,对比不同切削方向下断面粗糙度变化规律以及微观划痕特征.实验结果表明,断面粗糙度数值均呈现先减小后增大的特点,依据表面粗糙度数值将断面分为初始区、光滑区、粗糙区3部分.当使用磨料为氯化钠,切削方向垂直于骨单元时,断面粗糙度平均值分别是切削方向平行和横向于骨单元时断面粗糙度平均值的1.74倍和1.70倍.当使用磨料为石榴石,切削方向垂直于骨单元时,断面粗糙度平均值分别是切削方向平行和横向于骨单元时断面粗糙度平均值的1.41倍和1.55倍.切削过程中断面形成大量微米级划痕,对比氯化钠、石榴石2种磨料对断面划痕特征的影响,与石榴石相比,当使用磨料为氯化钠时,皮质骨切削断面划痕尺寸偏大,长度、宽度值跨度相近,划痕深度值跨度较大.

新型变径全皮质骨螺纹螺钉设计以及在腰椎改良皮质骨轨迹的应用

目的 设计一款用于改良皮质骨轨迹(modified cortical bone trajectory,MCBT)置钉技术的新型变径全皮质骨螺纹螺钉,验证新型变径全皮质骨螺纹螺钉在MCBT技术中的力学特性。方法 根据MCBT技术,设计螺钉的螺距为2 mm,全长45 mm,粗杆部分直径恒定5.5 mm,细杆部分直径为4.0~4.5 mm变径,粗杆和细杆连接的变径位置长度为2 mm。从变径位置、螺纹深度、螺纹类型3个方面设置参数,开展三因素三水平L9正交试验,并建立螺钉模型。基于有限元方法对设计的螺钉进行扭转、弯曲和拔出力计算,对结果进行极差分析并确定螺钉模型。建立骨质疏松标本L4椎体三维模型,并按照MCBT技术置钉。比较新型变径全皮质骨螺纹螺钉和常规非变径全皮质骨螺纹螺钉抗拔出力。结果 通过极差分析,得出螺钉6(变径位置距离螺钉头部24 mm,螺纹深度0.7 mm,螺纹类型为45°对称螺纹)为最优螺钉。在抗拔出力方面,第6款变径全皮质骨螺纹螺钉比4.5 mm常规非变径全皮质骨螺纹螺钉提高13.1%,与5.5 mm常规非变径全皮质骨螺纹螺钉相比不具有统计学差异。结论 螺钉变径位置对螺钉拔出力影响最小,螺纹类型对拔出力影响最大,螺纹深度对扭转、弯曲影响最大。与常规非变径全皮质骨螺纹螺钉相比,变径全皮质骨螺纹螺钉前端较细,可避免进钉点发生劈裂;螺钉后端直径较粗,具有较好的抗拔出力性能。研究结果为MCBT技术的临床应用提供新的理论基础。

增龄对皮质骨微观尺度断裂增韧机制的影响研究

目的骨的多层级结构赋予其优异的抗断裂强度和韧性。然而,增龄过程中骨层级结构的变化对其微观尺度性能的影响规律仍不清楚。本研究旨在理解年龄的增加改变骨微观结构和断裂力学性能的规律和机制。方法本研究取幼龄、成年和老龄小鼠股骨皮质骨制备直径5μm的微柱样品,并进行压缩测试;利用扫描电镜、透射电镜等分析骨样品微观结构及压缩破坏机制。结果透射电镜结果显示,微柱内存在有序的胶原纤维排列区(即有序区)和紊乱纤维排布区(即无序区)。不同的纤维排布模式对应不同的破坏模式,主要包括剪切破坏和劈裂破坏。剪切破坏时,幼龄组无序区占比较大,剪切面直接穿过无序区;成年组无序区与有序区具有相间排布规律,裂纹集中在有序/无序区交界处。劈裂破坏时,幼龄组有序区呈现一定程度松散,常表现为多点劈裂失效;成年和老龄组有序区则呈现紧凑连续的纤维结构,裂纹沿纤维面扩展。无论剪切破坏还是劈裂破坏,成年骨微柱屈服后行为均表现出较大应变硬化。结论增龄通过改变骨微观结构特征影响骨的破坏模式及增韧机制;成年组在微观尺度始终表现出优异的压缩性能和增韧过程。

不同数值方法模拟皮质骨结构弯曲断裂的准确性

背景:当前针对皮质骨结构的断裂模拟主要有基于单元瞬时失效、连续损伤力学以及扩展有限元理论3种方法。虽然断裂模拟文献众多,但却鲜有研究比较3种断裂方法的模拟精度。目的:探究3种数值方法模拟皮质骨结构弯曲断裂的准确性与适用性。方法:首先针对大鼠股骨样本进行三点弯曲实验,然后依据样本微观扫描影像建立大鼠股骨有限元模型,分别采用3种数值方法模拟皮质骨结构在三点弯曲载荷下的断裂,通过将预测断裂载荷及断裂模式与实验结果进行对比,以判定各方法模拟皮质骨结构弯曲断裂的准确性。结果与结论:①由于单元失效策略不同,3种数值方法针对同一股骨有限元模型预测所得断裂进程存在明显差异;②结果显示基于连续损伤力学理论的断裂模拟与实验结果一致性更好;③通过与实验对比可以找到更适合模拟皮质骨结构弯曲断裂的数值方法,通过观测不同数值方法预测断裂参数差异并解析差异存在的原因,能够为各数值方法确定断裂模拟的适用范围,以提高仿真精度。

拟种植区垂直黏膜厚度的数字化测量及其与皮质骨厚度的相关性分析

目的:本研究旨在评估拟种植区垂直黏膜厚度的数字化测量方法的准确性,并探讨垂直黏膜厚度与相应皮质骨厚度之间的相关性。方法:本研究选取了2020年1月至2023年6月接受数字化牙支持式导板种植手术的48例患者,所有患者完成锥形束CT(cone beam computed tomography,CBCT)数据及3Shape口扫数据的采集,在3Shape Implant Studio软件完成拟合后测量拟种植区垂直黏膜厚度及相应皮质骨厚度(记为数字化技术测量法)。手术中采用改良的牙周探针嵌合于数字化导板导环内测量垂直黏膜厚度(记为改良牙龈穿刺法)。通过配对t检验和Bland-Altman分析评估两种方法测量拟种植区垂直黏膜厚度的差异性和一致性,采用Pearson相关系数分析垂直黏膜厚度与皮质骨厚度的相关性。结果:数字化技术和改良牙龈穿刺法在测量拟种植区垂直黏膜厚度方面无明显差异(P>0.05),且显示出良好的一致性。垂直黏膜厚度与皮质骨厚度无明显相关性(P>0.05)。结论:数字化技术是测量拟种植区垂直黏膜厚度的一种准确方法,垂直黏膜厚度与相应皮质骨厚度无明显相关性。

3D导板与机器人辅助腰椎皮质骨轨迹置钉技术研究进展

随着全球人口老龄化加剧,脊柱退行性疾病患者合并骨质疏松症的发病率逐年增高。腰椎皮质骨轨迹置钉技术是解决骨质疏松患者螺钉松动有效方式之一,皮质骨轨迹螺钉比传统的椎弓根螺钉具有更好的生物力学性能。然而由于皮质骨轨迹置钉点偏内和置钉方向外展头倾角度更大缺乏明确解剖置顶点会增加腰椎皮质骨轨迹置钉手术难度。近年来,3D打印技术与骨科机器人辅助置钉技术的应用在提高骨质疏松患者皮质骨轨迹置钉精准度、增加皮质骨接触层数及减少小关节突关节侵犯率等方面发挥重要作用。本研究回顾国内外文献,对两种辅助置钉技术对腰椎皮质骨轨迹置钉的研究进行综述,同时对两种技术有新的认识和思考。

绝经后骨质疏松症皮质骨孔率、矿化及形态的MRI定量研究

目的探讨绝经后骨质疏松症(osteoporosis,OP)患者皮质骨孔率、形态结构、矿化和类骨质密度MRI指标是否受到影响,并探讨MRI指标与绝经后妇女骨密度(BMD)的关系。方法回顾性分析本院于2021年6月到2023年6月期间收治的30名OP患者和38名非OP患者的临床资料。在1.5T时,对皮质骨孔率(孔隙水和总水)、类骨质密度(结合水[BW])、形态结构(皮质骨厚度)和矿化(磷[P]密度[31P]和31P/BW浓度比)进行量化,比较OP组和非OP组之间的MRI测量结果,并评估其与BMD的相关性。结果OP组的骨质疏松症患者骨密度明显高于非OP组(11.6mol/L vs 9.5mol/L;P=0.007;P=0.007),总水密度(21.2mol/L vs 19.7mol/L;P=0.03),骨皮质厚度(4.8mm vs 5.6 mm;P<0.001)和31P密度(6.4mol/L vs 7.5mol/L;P=0.01)明显低于非OP组。孔隙密度和总水密度与DXA和外周定量CT骨密度呈负相关(P<0.001),而皮质骨厚度和31P密度与DXA和外周定量CT BMD呈正相关(P=0.01)。BW、31P密度、31P/BW浓度比与DXA呈正相关(P<0.05),与外周定量CT无关。结论:皮质骨的固态MRI能够帮助检测绝经后骨质疏松症中反映孔洞、形态结构和矿化的参数的潜在损害。

脊柱内固定之新式皮质骨穿透轨迹的探索和有限元研究

目的腰椎脊柱内固定需要螺钉把持,皮质骨轨迹和穿透终板轨迹仍有提升空间。继续继承皮质骨轨迹和穿透终板轨迹的思想增加螺钉和皮质骨的支点很有必要。提出一种新式的皮质骨穿透轨迹,探究解剖路径存在性和拔出力。方法皮质骨穿透轨迹在皮质骨轨迹的基础上向上倾斜穿透腰椎上终板。取5例男性椎间盘突出样本的L5椎体,在Mimics和Geomagic软件提取腰椎模型。在Solid Works软件建立4种螺钉模型,生成皮质骨穿透轨迹、皮质骨轨迹、穿透终板轨迹和传统轨迹模型。在ANSYS软件进行拔出力的计算。对4种术式的拔出力进行配对t检验。结果认为皮质骨穿透轨迹存在。皮质骨穿透轨迹的拔出力相对于皮质骨轨迹有29.9%的显著提升(P=0.03),相对于传统轨迹有40.6%的显著提升(P=0.0236),相对于穿透终板轨迹有34.7%的相对显著提升(P=0.1)。结论皮质骨穿透轨迹相对于现行轨迹拔出力均有显著提升,表明即刻稳定性更高,可能有更高的安全性。为后续针对此轨迹进行的生物力学和临床实验奠定了基础。

不同失效模式下皮质骨结构临界能量释放率预测

背景:临界能量释放率是结构在破坏过程中可测得的一个全局断裂力学参数,即使针对同一结构,在不同失效模式下其数值也可能存在差异。目的:提出一种方法预测皮质骨结构在不同失效模式下的临界能量释放率。方法:针对大鼠股骨皮质骨结构进行三点弯曲与轴向压缩实验以及相应断裂仿真。通过对有限元模型赋予不同临界能量释放率进行断裂模拟,并将每次模拟所得载荷-位移曲线与实验数据进行比较,当仿真与实验所得断裂参数差异小于5%时,即代表拟合成功,以此反演预测皮质骨结构在不同失效模式下的临界能量释放率。结果与结论:①结果显示大鼠股骨皮质骨结构在三点弯曲载荷下主要发生拉伸破坏,该失效模式下所预测临界能量释放率为0.16N/mm;②在轴向压缩载荷下主要发生剪切破坏,所预测临界能量释放率为0.12N/mm,这说明同一皮质骨结构在不同失效模式下的临界能量释放率存在差异;③此文通过对结构力学性能与损伤机制进行综合分析,揭示了不同失效模式下皮质骨结构临界能量释放率存在差异的原因,为能量释放率测量以及准确的皮质骨断裂模拟提供理论依据。