人工智能技术与3D打印技术在关节领域中应用的研究进展

数字化领域的技术进步正在日益改变关节外科的手术方式,包括3D打印和人工智能(AI)等众多前沿技术。这些技术不断为外科医生赋能,使关节外科手术更加接近个体化、精准化、微创化的目标,成为了当前关节外科重要的发展方向。3D打印技术在术前定制个体三维模型,可以有效提高手术效率,并在术前宣教、人工假体、骨关节损伤修复等方面发挥积极作用。AI技术在辅助临床诊断、提高手术精确度方面展现出了巨大优势,并且在此基础上结合3D打印技术,提高了患者治愈率,减少术后并发症,为患者提供了更加安全有效的选择。本文总结近年AI技术和3D打印技术在关节领域的相关研究,以期为今后这些技术在关节外科手术中的应用提供指导。

腰椎经椎间孔椎体间融合不对称内固定的生物力学稳定性实验研究

目的比较腰椎完整标本和3种L3～4节段的经椎间孔椎体间融合(TLIF)内固定的生物力学稳定性。方法采用成人新鲜腰椎标本7例,分别于L3～4节段完整状态、左侧TLIF同侧椎弓根螺钉(PS)固定、左侧TLIF同侧PS+对侧经关节突椎弓根螺钉(TFPS)固定、左侧TLIF双侧PS固定下,测定10Nm扭矩时前屈/后伸、左/右侧弯及左/右轴向旋转等6种运动下运动范围(ROM)并进行比较。结果在前屈、后伸及左、右侧弯等4种运动状态下,L3～4节段标本完整组ROM明显大于其他3种融合内固定组,均有显著性差异(P<0.05)。左、右轴向旋转时,标本完整状态与TLIF同侧PS固定组角位移无显著性差异,明显大于另外2个内固定组,有显著差异(P<0.05)。前屈、左侧弯和左旋时,TLIF同侧PS固定与PS+对侧TFPS固定组角位移有显著性差异(P<0.05);6种运动状态下TLIF同侧PS固定的ROM明显大于双侧PS固定组,均有显著性差异(P<0.05)。而PS+对侧TFPS固定、双侧PS固定组间ROM均无明显差异。结论TLIF同侧PS+对侧TFPS固定的稳定性与TLIF双侧PS固定相似,该种腰椎融合不对称内固定方式可作为微创手术治疗的优先备选方案。

金属对金属髋关节表面置换后的有限元分析

背景:与全髋关节置换相比,髋关节表面置换术有着诸多优势,如保留股骨头、股骨颈,方便于日后翻修,保存了股骨近端的生理力学分布,已成为年轻或对髋关节活动度要求较高的髋关节骨关节炎终末期患者更具吸引力的手术治疗方式。目的:观察人工髋关节表面置换术后股骨及假体的应力分布。设计、时间及地点:单一样本观察,于2007-09/2008-04在南方医科大学解剖及生物力学实验室完成。对象:选择南方医科大学珠江医院收治的行金属对金属髋关节表面置换术男性患者1例(自愿参与实验),年龄40岁,检查排除健侧髋关节疾患。方法:建立股骨和假体有限元模型,分析在步行峰值关节载荷作用下,表面置换术后股骨颈及假体的应力水平。主要观察指标:股骨侧与假体的应力。结果:①髋关节表面置换术后股骨受力总体模式不变,股骨颈存在应力遮挡。应力峰值存在于股骨颈基底部,与其他区应力值相比,差异具有显著性意义(P<0.001),特别是转子窝附近以及骨-假体界面。②假体应力分布:应力峰值存在于髋臼及股骨假体外上方、髋臼杯沿与股骨假体交界处以及骨-假体界面。结论:髋关节表面置换术后股骨受力总体模式不变,股骨颈存在应力遮挡。峰应力存在于股骨颈基底部及骨-假体界面,为了减少术后股骨颈骨折的发生率,术中应特别加以保护上述区域。

全髋关节表面置换术后股骨侧应力分布的有限元分析

目的:探讨金属对金属髋关节表面置换术后股骨侧应力分布情况,为临床改良金属对金属髋关节表面置换术手术方案提供生物力学依据。方法:采用64排螺旋CT扫描金属对金属髋关节表面置换术后患者数据,重建金属对金属髋关节表面置换术后有限元分析模型,对该模型进行虚拟加载和仿真计算,比较分析金属对金属髋关节表面置换术后股骨侧的应力分布。结果:髋关节表面置换术后股骨侧应力集中于股骨颈内侧部及假体与股骨颈交界部,以股骨颈内侧部尤为明显。股骨假体覆盖区存在明显应力遮挡。结论:金属对金属髋关节表面置换术后,应力主要集中于股骨颈内侧及假体与头颈交界部,并在股骨假体下骨质部存在应力遮挡,髋关节表面置换术后的应力集中及应力遮挡与股骨颈骨折发生存在一定联系。

低强度全身振动与阿仑膦酸钠防治去势大鼠骨质疏松的对比研究

目的:对比分析低强度全身振动与阿仑膦酸钠防治去势大鼠骨质疏松效果。方法:104只SD大鼠随机分为对照组(sham组)、卵巢摘除术+注射生理盐水组(OVX+VEH组)、卵巢摘除术+全身振动组(OVX+WBV组)和卵巢摘除术+阿仑膦酸钠组(OVX+ALE)。OVX+VEH组是单纯卵巢切除后给予生理盐水(1mg/kg,每周灌胃1次);OVX+WBV组是切除卵巢后给予全身振动(振动强度为0.3g,频率为45—55Hz,每次振动20min,每天1次,每周5次,休息间隔不大于2d,共12周);OVX+ALE组是切除卵巢后给予阿仑膦酸钠(1mg/kg,每周灌胃1次);定期收集标本,测定血清中骨钙素(osteocalcin,OC)和Ⅰ型胶原C端交联肽(CTX)水平,micro-CT检查分析和三点弯曲生物力学检测。结果:血清中OC和CTX在卵巢切除后均增加显著(P<0.001),WBV和ALE治疗组对OC影响不大,但ALE能够显著抑制血清CTX的增加。在实验12周时,与WBV治疗组比,ALE治疗组更能够显著提高胫骨近端松质骨的骨微结构参数[BV/TV(+25.3%,P=0.004),TV apparent(+60.3%,P<0.001),BV material(+28.4%,P=0.044),Tb.N(+15.6%,P=0.001),and Tb.Th(+16.9%,P=0.037)]。在实验12周时,与OVX+WBV治疗组对比时,OVX+ALE治疗组能够提高胫骨的最大载荷、骨的刚度参数和骨的吸收能量,但差异无显著性意义。结论:相对于低强度全身振动,阿仑膦酸钠能够更好的防治去势大鼠骨质疏松和改善骨的微结构。

新鲜与防腐股骨近段标本的生物力学差异

背景:由于新鲜标本的缺乏,防腐标本用于实验研究增多。目的:观察新鲜与防腐股骨标本之间的生物力学特性的差异。设计、时间及地点:对比观察试验,于2008-08/09在南方医科大学广东省生物力学重点实验室完成。材料:随机选择地区、种族、性别相同的青壮年新鲜和甲醛浸泡6～12个月的防腐股骨头标本各6个,X射线摄片排除骨折、肿瘤、结核及先天畸形。方法:选择静止站立单腿支撑股骨头受力模型,MTS生物力学测试机测试800N载荷下的股骨近段的载荷-应变关系、垂直位移和刚度,施加在模型上的总载荷为800N,以200N分级增量方式加载;试验机速度控制在1.4mm/min进行加载。主要观察指标:①新鲜与防腐标本的载荷-应变关系。②股骨头的载荷-位移关系。③股骨头的轴向刚度。结果:新鲜和防腐标本在正常生理载荷下的载荷-应变关系都基本呈线性变化;在载荷为800N时,防腐标本的位移明显大于新鲜标本的位移(P<0.001);新鲜标本的轴向刚度大于防腐标本(P<0.001)。结论:由于甲醛对防腐股骨标本骨质的影响,平均应变、垂直位移及刚度均与新鲜标本有明显差异,但仍能有效维持近段股骨的正常力学传递,在新鲜标本的获得日益困难的情况下,防腐股骨标本在一定程度上可以替代新鲜标本进行生物力学研究。

金属对金属全髋关节表面置换术后近期随访

目的评价金属对金属全髋关节表面置换术后近期随访效果,分析影响髋关节表面置换术疗效的相关因素。方法我科自2005～2007期间共完成髋关节表面置换术13例,所有病例均进行术前后Harris评分,并均进行规范随访。结果和结论近期随访结果令人满意,在所有的病例中均无髋关节脱位、周围神经麻木、感染及下肢深静脉栓塞等并发症,所有病例术后疼痛均完全或大部分消失。术前Harris评分:36.69,术后评分升至89.63;术后拐杖使用最多为4周,所有病例均在4周后可完全负重行走。

骨形态发生蛋白6对体外培养组织工程软骨的影响

背景：研究表明，骨形态发生蛋白复合物可促进软骨细胞的分化与基质的分泌，并影响软骨细胞的成熟与分化．其中以骨形态发生蛋白6作用明显。目的：拟观察骨形态发生蛋白6对体外培养组织工程软骨的影响。设计、时间及地点：以细胞为观察对象的体外实验，于2006-01/2007--06在南方医科大学珠江医院中心实验室完成。材料：3周龄新西兰幼兔，体质量2．5kg）用于采集软骨细胞。方法：以软骨细胞为种子细胞种植于改良纤维蛋白胶支架上，构建细胞改良支架复合物，体外培养，各培养孔内分别随机加入含2．5g/L骨形态发生蛋白6的F12完全培养液或空白F12完全培养液2．0～3．0mL。细胞支架复合物培养的第1-7天，每日骨形态发生蛋白6组和空白组中均随机取3孔标本，锥虫蓝染色，计活细胞数，绘制生长曲线。取1g氨基己糖盐酸盐加蒸馏水至100mL。随机选取挚分组织工程软骨块，精确称取每份标本湿重各0．05g，冷却后读取吸光度（A530）值。主要观察指标：苏木精伊红染色、Alcianblue染色，光学显微镜下观察细胞生长、分化及支架降解情况。每组于培养的第7天和第14天．分别取12块标本，测细胞支架复合物质量。利用标准曲线计算出每份样品中的氨基己糖含量。结果：荔木精-伊红染色可见软骨细胞在纤维蛋白胶的空泡内贴壁样生长，部分细胞聚集成团。两组切片Alcianblue染色可见胞外基质蓝染，提示有酸性粘多糖的分泌。两组细胞生长速度无明显差异，空白组细胞倍增时间为5．0d．骨形态发生蛋白6组为4．7d。细胞支架复合物质量测量结果显示骨形态发生蛋白6组为（135．13±0．64）mg．空白组为（117．87±0．37）mg。说明骨形态发生蛋白6组支架降解速度显著慢于空白组（P〈0．05）。骨形态发生蛋白6组氨基已糖含量为（72。06±1．11）mg/g，与空白组（67．12±1．83）mg幢相比，差异具有显著性意义（P〈0．01）。提示骨形态发生蛋白6组细胞外基质分泌较空白组多。结论：骨形态发生蛋白6可以促进体外培养在纤维蛋白胶软骨模块中的关节细胞分泌细胞外基质．从而有利于组织工程软骨的体外构建。

金属对金属全髋关节表面置换术后解剖学重建的相关研究

目的分析髋关节表面置换术后生物力学重建情况及其对髋关节表面置换术后的功能影响。方法2005年1月～2008年1月对30例30髋患者行全髋关节表面置换,所有患者均行术前后HARRIS评分、X线检查及解剖学重建评估。结果术后髋关节表面置换术后患者下肢平均短缩2.4mm,股骨偏心距短缩约5.45mm,与健侧相比无显著性差异。患者术后无一例发生髋关节脱位,术前和术后髋关节HARRIS评分分别为36.69±7.16.和89.63±3.36(P<0.01)。结论髋关节表面置换术后可达到良好的生物力学重建,同时其大假体设计可有效保证关节置换术后的稳定性及良好的关节功能重建。

疝环充填式无张力疝修补术与传统腹股沟斜疝修补术疗效比较

目的 比较疝环充填式无张力疝修补术与传统斜疝修补术治疗腹股沟斜疝的临床疗效。方法 随机选择腹股沟斜疝患者 79例 ,分为 2组 ,Ⅰ组 39例 ,采用疝环充填物及网状补片对患者行无张力修补术 ,Ⅱ组 4 0例 ,行传统修补术。结果 Ⅰ组患者与Ⅱ组比较手术时间短 ,有显著性差异 (P <0 .0 1) ,术中损伤小 ,术后疼痛轻 ,并发症少 ,恢复快。结论 疝环充填式无张力疝修补术较传统修补术效果优越 ,是治疗腹股沟疝的好方法 ,值得在临床推广应用。

手术治疗踝关节骨折合并下胫腓联合韧带损伤的效果分析

目的:探讨踝关节骨折合并下胫腓联合韧带损伤患者行内固定手术的治疗及效果。方法:回顾90例2016年2月-2017年2月踝关节骨折合并下胫腓联合韧带损伤患者资料,并根据治疗方法分组。非手术治疗组进行非手术方法治疗,手术治疗组行内固定手术治疗。比较两组踝关节骨折合并下胫腓联合韧带损伤治疗效果;踝关节骨折愈合时间、下胫腓联合韧带损伤修复时间;手术前后患者踝关节功能状况、生存质量水平;骨不连等并发症发生率、二次手术发生率。结果:手术治疗组治疗效果优于非手术治疗组,差异有统计学意义(P<0.05);手术治疗组踝关节骨折愈合时间、下胫腓联合韧带损伤修复时间均优于非手术治疗组,差异均有统计学意义(P<0.05);治疗前两组踝关节功能状况、生存质量水平比较差异无统计学意义(P>0.05),治疗后手术治疗组踝关节功能状况、生存质量水平均优于非手术治疗组,差异均有统计学意义(P<0.05)。手术治疗组骨不连等并发症发生率、二次手术发生率均低于非手术治疗组,差异均有统计学意义(P<0.05)。结论:踝关节骨折合并下胫腓联合韧带损伤患者行内固定手术的治疗及效果确切,可加速骨折愈合和韧带损伤恢复,降低并发症和二次手术率,改善踝关节功能和生活质量。

3D打印截骨模块辅助下全膝关节置换术中与术前虚拟截骨的精确度比较

目的通过3D打印截骨模块辅助下全膝关节置换(TKA)中计算的截骨厚度和术前虚拟的截骨厚度的比较,评价3D打印截骨模块辅助下膝关节置换截骨的精确度。方法选择行初次单侧人工TKA患者20例,采用3D打印截骨模块辅助下行后稳定型人工TKA手术,术中将从股骨远端和胫骨近端所截下的骨质用游标卡尺测量与术前计算机计算的数值分析比较。结果20例患者全部获得随访,平均4.8个月。美国特种外科医院(HSS)评分由术前(48.8±2.1)分,术后3个月增至(88.6±2.8)分,差异显著(t=-22.36,P=0.00)。3D打印截骨模块辅助下TKA术后3个月机械胫骨角(MFT)为(2.2±1.3)°,与术前下肢MFT(8.4±2.6)°对比,同样具有显著性差异(t=7.56,P=0.00)。股骨远端截骨厚度术前计算值为(9.28±0.52)mm,术中测量值为(9.15±0.62)mm;胫骨平台最高点截骨厚度术前计算值为(10.18±0.49)mm,术中测量值为(10.25±0.45)mm;胫骨平台最低点截骨厚度术前计算值为(3.48±0.07)mm,术中测量值为(3.22±0.09)mm,三组术中与术前虚拟截骨厚度测量均无统计学差异(t=1.32,P=0.53;t=-0.78,P=0.49;t=1.68,P=0.68)。结论 3D打印截骨模块能够较精确指导中截骨,其术后膝关节活动功能好。

经尿道等离子体双极电切术加小切口切开治疗前列腺增生并膀胱结石

目的 探讨良性前列腺增生症 (BPH)合并膀胱结石有效治疗方法。方法 采用经尿道等离子体双极电切术 (PKRP)加膀胱小切口切开治疗BPH合并膀胱结石 12例。结果 等离子体双极电切术中出血少 ,无水中毒和闭孔神经反射发生 ,手术时间缩短 ,住院时间缩短 ,手术创伤较传统的耻骨上切开取石、前列腺切除术明显减轻。结论 等离子体双极电切手术疗效好 ,小切口切开膀胱创伤不大 ,术中出血及液体吸收量少 ,手术时间及住院时间缩短 ,并发症少。

“三讲”教育必须用好批评与自我批评的武器

一 目前,“三讲”教育正在各级党组织深入、扎实地开展。今年“三”讲教育的一个显著特点,就是教育要求更高、更严,要用整风精神开展教育。

谈制定《教育法》的必要性

改革、开放为教育发展创造了良好的社会环境,也为教育改革提出了新的要求。教育立法是教育事业发展的必然要求。《教育法》的颁布,为教育的健康有序发展,确保教育的优先发展战略提供了法律保障。

个性化3D打印术前模拟与传统截骨在高位胫骨截骨中的应用与比较

背景:高位胫骨截骨是治疗早期单纯内侧间室膝关节骨关节炎的经典术式,3D打印可用于制作个性化手术工具,课题组已应用3D打印技术辅助高位胫骨截骨治疗膝关节骨关节炎。目的:对比传统截骨方法,探讨个性化3D打印截骨辅助下外侧闭合楔形高位胫骨截骨联合膝关节清理治疗合并内翻畸形膝关节骨关节炎的优势与不足。方法:行外侧闭合楔形高位胫骨截骨联合膝关节清理的病例47例,采用随机数字法分成2组:3D打印截骨组21例术中采用个性化3D打印截骨,传统截骨组26例予传统截骨。对比两组的手术时间、术中C形臂透视次数及出血量、术后1个月患侧下肢力线,以及术后1,3,6,12,24个月评估患侧膝关节美国特种外科医院(hospital of special surgery,HSS)评分。研究方案经莆田市第一医院伦理委员会审查批准,参与试验的患病个体对治疗过程完全知情同意。结果与结论:①术中3D打印截骨模块均与术前模拟卡位相一致;②3D打印截骨组手术时间较传统截骨组明显缩短[(69.71±3.17),(92.92±5.91)min,t=-17.21,P<0.01];3D打印截骨组术中C形臂透视次数明显少于传统截骨组[(5.71±1.62),(18.15±3.00)次,t=-18.12,P<0.01];3D打印截骨组出血量显著少于传统截骨组[(275.24±53.82),(507.69±45.19)mL,t=-16.10,P<0.01];③两组术后1个月患侧下肢力线及术后24个月患侧膝关节HSS评分差异无显著性意义(均P>0.05);④结果说明,对比传统截骨,在外侧闭合楔形高位胫骨截骨中应用个性化3D打印截骨可明显缩短手术时间,减少术中透视和出血,但二者术后2年随访患者膝关节功能恢复无明显差异。

3D打印辅助股骨远端闭合截骨与股骨远端闭合截骨治疗膝外翻骨关节炎的比较

背景:股骨远端闭合截骨治疗膝外翻型骨关节炎具有较好的疗效,但术中无法直接测量截骨角度,需要通过反复透视、调整截骨量来矫正力线,操作不当可能造成医源性旋转畸形。目的:比较应用3D打印技术辅助股骨远端闭合截骨与常规股骨远端闭合截骨治疗膝关节骨关节炎的疗效。方法:选择2014年1月至2018年2月莆田市第一医院收治的膝关节外翻所致骨关节炎患者28例(共37膝),年龄28-60岁,随机分2组治疗:对照组11例(16膝)采用常规股骨远端闭合截骨结合锁定加压钢板植入治疗,试验组17例(21膝)采用3D打印模块辅助股骨远端闭合截骨结合锁定加压钢板植入治疗,记录手术时间与透视次数。比较两组治疗前后的KOOS评分、股胫角、股骨远端外侧角与骨折愈合时间。试验经莆田市第一医院伦理委员会批准。结果与结论:①试验组手术时间与透视次数少于对照组(P<0.001);②在KOOS评分中,两组术后疼痛、症状、日常生活、体育娱乐及生活质量方面的评分均较术前明显改善(P<0.01);术后两组间疼痛、症状、日常生活、体育娱乐及生活质量方面的评分比较差异无显著性意义(P>0.05);③两组术后的股胫角、股骨远端外侧角均较术前增大(P<0.01),术后两组间股胫角、股骨远端外侧角比较差异无显著性意义(P>0.05);④两组骨折愈合时间比较差异无显著性意义(P>0.05);⑤结果表明,股骨远端闭合截骨术治疗膝关节外翻骨关节炎可获得良好疗效,应用3D打印技术可简化截骨操作、减少手术时间及透视次数。

核因子κB受体活化因子配体诱导形成的成熟破骨细胞

背景:破骨细胞作为一种终末细胞,获取困难,而且没有成熟破骨细胞株等因素限制了其应用。先前国内外对破骨细胞的获取一般采用基质细胞诱导培养或共培养,或运用核因子κB受体活化因子配体和巨噬细胞集落刺激因子共同作用诱导形成成熟的破骨细胞。目的:观察小鼠单核巨噬细胞RAW264.7的一般生物学特征,分析其在核因子κB受体活化因子配体诱导下形成成熟破骨细胞的可行性。方法:培养RAW264.7后,用核因子κB受体活化因子配体诱导RAW264.7细胞7d后观察抗酒石酸酸性磷酸酶染色结果,以抗酒石酸酸性磷酸酶染色阳性,细胞核≥3个为破骨细胞。以鬼笔环肽荧光染色观察纤维性肌动蛋白环,甲苯胺蓝染色观察牛骨片表面的吸收陷窝情况。结果与结论:核因子κB受体活化因子配体可诱导RAW264.7细胞形成抗酒石酸酸性磷酸酶染色阳性的多核细胞,形成纤维性肌动蛋白环,电镜下可见骨片上圆形或椭圆形的吸收陷窝。提示RAW264.7是一种较好的破骨前体细胞模型,可用于破骨细胞分化研究。单用核因子κB受体活化因子配体诱导RAW264.7细胞分化成熟,减少了巨噬细胞集落刺激因子的应用,使培养体系更加简单,易于操作,诱导出的细胞纯度高,适合于破骨细胞的生物学和生化研究。

高中生物教学中存在的问题及对策分析

随着教育改革的不断深入，面对新课标改革，课堂教学对学生提出了新的要求。作为动手能力要求比较高的一门重要课程，依赖于实验操作的高中生物，在实际教学中还存在一些问题亟待解决。本文通过阐述高中生物教学中存在的问题，在此基础上提高了应对这些问题的一些策略建议，希望对高中生物教学有借鉴作用。