股骨柄髓外设计对髋关节接触力影响的骨肌多体动力学研究

目的 探讨全髋关节置换(total hip arthroplasty,THA)假体股骨柄颈干角、偏心距和前倾角等设计参数对髋关节接触力的影响。方法 基于AnyBody软件建立THA骨肌多体动力学模型,参数研究股骨柄颈干角在±10°、偏心距在±20 mm和前倾角在±10°内变化时单因素或多因素对髋关节接触力的影响规律。结果 偏心距减小20 mm,最大髋关节接触力增加26.08%。颈干角增加10°,最大髋关节接触力增加5.99%。前倾角增加10°,会减小步态周期0%~24%时髋关节接触力,峰值减小19.16%;但会显著增加步态周期38%~70%时髋关节接触力,峰值增加67.78%。结论 在进行股骨柄髓外个性化设计时,在重建患者解剖参数的基础上,可以适当增加股骨柄的偏置距离,减小颈干角和前倾角,以避免增加髋关节受力。

双动人工半膝关节假体的设计及应用

建立一种双动人工半膝关节假体的设计方法,用于年轻病人因恶性骨肿瘤造成的股骨远端大段骨缺损的保肢手术治疗。借助于有限元分析与快速成形技术,研究并快速而有效地解决假体结构设计优化、生物力学分析、稳定性评估等技术难点,形成一种以定制化仿生大范围股骨髁部、滑动轴套系统、韧带附丽孔道为特点的附丽型定制化双动半膝关节假体。临床应用证明置换术后假体与周围组织匹配性良好,患者在完成深屈曲运动时可观察到假体的双滑动过程。该假体的研究为单侧膝关节损伤患者,特别是青少年患者术后骨生长的生物学重建及后期关节功能的良好恢复提供了有效的治疗方法。该研究也从功能化设计、性能分析与临床功能评估等方面为人工关节的研制与发展提出新的思路与方法。

超声引导下经皮穿刺无水乙醇硬化治疗甲状腺囊性病变

目的探讨超声引导下经皮穿刺无水乙醇硬化治疗甲状腺囊性病变的临床价值。方法对108例甲状腺囊性病变患者共126个病灶,包括56个甲状腺单纯性囊肿(单纯性囊性病变)及70个甲状腺结节或腺瘤出血或液化所形成的继发性囊性病变(复杂性囊性病变),于彩色高频超声引导下徒手经皮穿刺进行囊液抽吸及囊内注射无水乙醇硬化治疗;术后超声随访1年,评价其疗效。结果总有效率97.62%(123/126),治愈率96.03%(121/126);术后3个月,单纯性囊性病变与复杂性囊性病变的有效率及治愈率差异均无统计学意义(P均>0.05)。未出现明显并发症。结论超声引导下经皮穿刺无水乙醇硬化治疗甲状腺囊性病变疗效确切,安全可靠,且操作简便,不良反应少,可作为治疗良性甲状腺囊性病变的首选方法。

超声引导下经皮穿刺置管引流术治疗腹腔脓肿

目的:探讨超声引导下经皮穿刺置管引流术(PCD)治疗各种腹腔脓肿的临床价值。方法:117例腹腔脓肿的患者,经超声引导下对脓腔进行PCD治疗,治疗后采用超声观察随访疗效。结果:117例采用超声引导下PCD治疗腹腔脓肿的患者,均一次性穿刺置管引流成功,一次置管成功率达100%。成功置管的117例患者均于引流后72h内症状及体征得到不同程度的缓解,其中51例于24h内明显缓解,39例于48h内明显缓解,疗效十分显著,所有病例术后均未出现明显并发症。结论:超声引导下PCD治疗腹腔脓肿能迅速有效缓解患者的严重症状及体征,具有创伤小、准确性高及操作简便等优势,可作为各种腹腔脓肿的首选治疗方法。

彩超引导建立经皮肾镜钬激光碎石术前通道的临床应用价值

目的:探讨彩超引导下建立经皮肾镜术前通道在微创经皮肾穿刺取石术(minimally invasive percutaneous nephrolithotomy,MPCNL)中的临床应用价值,并评价其安全性及疗效。方法:选取2012年1月-2014年4月本院收治的91例上尿路结石患者,在彩超引导下根据结石的具体分布情况选择穿刺点并建立术前工作通道,行经皮肾镜联合钬激光碎石取石术,观察其疗效。结果:本组91例患者在彩超引导下均一次性穿刺成功,成功建立经皮肾盂通道,无大出血等并发症产生。结论:采用彩超引导穿刺建立经皮肾镜工作通道成功率高,创伤小,安全性好,具有较高的临床应用价值。

小儿颈部囊性病变的高频超声诊断与鉴别诊断

目的:探讨小儿颈部囊性病变的高频超声表现特征。方法:搜集42例经手术病理证实的颈部囊性病变,均行超声检查,回顾性分析其超声特点。结果:甲状舌管囊肿19例(45.24%),颈淋巴管瘤15例(35.71%),鳃裂囊肿8例(19.05%)。颈部囊性病变各有其好发部位,且病变具有一定的超声特征。甲状舌管囊肿多见于颈中线附近、舌骨上下;淋巴管瘤多见于颈侧部、锁骨上,范围较广;腮裂囊肿多见于中上侧颈部。甲状舌管囊肿及鳃裂囊肿呈单房性,淋巴管瘤多为多房性。结论:超声检查可清晰显示病变的大小、形态和延伸范围,多数能定性诊断,对颈部囊性病变具有重要的诊断和鉴别诊断价值。

增材制造：实现宏微结构一体化制造

增材制造技术是基于分层制造原理发展而来的先进制造技术,是信息技术、新材料技术与制造技术多学科融合发展的产物,是当今世界各制造强国竞相发展的热点技术。基于增材制造材料逐点累积的成形过程,提出宏微结构一体化制造的学术观点。该方法在金属、陶瓷与复合材料的成形制造中有着其他制造方法难以替代的优势,可以实现制造短流程化,并推动大批量制造模式向个性化制造模式发展。列举近年在金属零件定向晶组织制造、光子晶体制造、生物组织器官支架制造方面的研究成果,论述宏微结构一体化增材制造技术的实现方法与工程应用,解决了传统制造技术难以解决的宏微结构一体化制造难题,给制造技术展示出全新的发展前景,为相关学科和产业发展提供有力的制造技术支撑。

PEGDA水凝胶的光固化成形工艺及其性能评价

采用光固化成形技术制备三维结构软骨组织工程聚乙二醇双丙烯酸酯(PEGDA)水凝胶,并对其成形工艺参数进行对比研究.对聚乙二醇(400)双丙烯酸酯(PEG(400)DA)溶液光固化成形单条线及单层面的形貌尺寸进行测量,研究PEG(400)DA体积分数、激光扫描速度以及扫描线间距等参数对测量结果影响.对制备的PEGDA水凝胶成形尺寸、成分、吸水率、压缩弹性模量等进行评价,结果表明:随着曝光量以及φ(PEG(400)DA)的增加,水凝胶单条线的固化厚度与固化宽度均增加;随着激光扫描填充向量间距的增加,水凝胶单层面的固化厚度减小;随着φ(PEG(400)DA)的增加,固化后的水凝胶吸水率降低,压缩弹性模量增大.采用φ(PEG(400)DA)为30%的溶液,激光器功率为0.1W,扫描速度为1 800mm/s,填充向量间距为0.15mm,能够制备出定制化膝关节水凝胶软骨支架,其吸水率为191.67%,平均压缩弹性模量为0.75 MPa,满足软骨组织工程的需求.

陶瓷面曝光快速成型工艺研究

利用投影机中微小反射镜阵列(Digital micromirror device,DMD)形成投影图案,以发光二极管紫外光(UV-LED)作为光源,建立了陶瓷面曝光快速成型试验系统。利用该系统研究了自开发的可光固化磷酸钙陶瓷浆料的光固化性能,确定了其临界曝光强度为14.24 mJ/cm^2,透射深度为149μm;优化了面曝光陶瓷成型的工艺参数,即分层厚度100μm,曝光强度54 mJ/cm^2,曝光时间3 s,并实现了带有复杂网状结构的陶瓷多孔支架的制造。该工艺所成型的陶瓷零件经烧结后,其致密表面和内部未见有裂纹和较大孔洞,压缩强度高达63MPa,可满足骨组织工程支架的机械性能要求。所述的面曝光快速成型工艺可直接成型多孔以及复杂结构的陶瓷零件,有望为陶瓷骨组织支架的制造提供新的发展方向。

面向3D打印可变模量金属假体的微结构设计

为了解决假体与骨的弹性模量存在较大差异而造成应力遮挡的问题,基于3D打印在制造多孔微结构的优势,将假体设计为多孔结构能有效降低模量,缓解应力遮挡。但是,如何优化微结构几何参数以实现假体模量的最佳匹配仍然没有得到解决。因此,提出了一种面向3D打印的可变模量金属假体的微结构设计方法,旨在获得与宿主骨模量相匹配又具有可加工性的生物型假体。针对体心立方单元(BCC)和增强体心立方单元(RBCC),采用有限元法计算了两种多孔单元沿轴向、面对角线和体对角线方向的弹性模量,建立了单元弹性模量与支柱直径的函数关系,分析了单元各向异性随支柱直径变化的规律,研究了棱边直径和单元尺寸对单元弹性模量的影响。结果表明:在加工精度范围内,通过减小支柱直径能实现单元等效弹性模量与骨模量一致性要求;在各向同性上BCC单元要优于RBCC单元,而且增大棱边直径有助于提高单元各向同性;由于BCC单元能实现相邻不同模量的单元界面连续拼接,故选用BCC单元构建模量可调的假体,可变模量范围为15.9~100 GPa。该设计方法可用于构建具有模量梯度结构的生物假体,以实现关节应力最优分布。

生物制造技术及发展

自20世纪90年代西安交通大学机械工程学院提出生物制造的概念,提出以工程方法解决医学问题以来,在20多年与医学、材料和生物学等学科专家的密切合作中,已在骨与关节、肝脏、肠道、大脑等器官的人工内植入物研究上取得了进展。重点介绍和总结了定制化人工假体、活性人工骨和关节以及组织工程化肝脏等制造技术的研究工作与成果,探索其中的问题与发展前景。

面向组织工程化软组织的制造技术及增材制造

背景:近年来,组织工程支架的制造方法众多,特别是增材制造技术因其独特的累积成型原理,为复杂软组织支架的高精度制造提供了高效、可靠的制造技术,也推动了大缺损软组织修复研究。目的:总结近年来关于面向软组织支架的制造方法,对其进行简要的综述,并探讨其存在的问题与前景。方法:应用计算机检索PubMed数据库及中国知网数据库2010年1月至2013年9月关于软组织支架的制造方法的文章,英文检索词为"additive manufacturing,microfabrication,vascular tissue engineering,muscle tissue engineering,cartilage tissue engineering,stereolithography,3D printing,biodegradable hydrogel",中文检索词为"增材制造,微制造,血管组织工程,肌肉组织工程,软骨组织工程,光固化快速成型,三维打印技术,可降解水凝胶"。结果与结论:软组织大块缺损支架的制造,已由简单平面结构向复杂三维转变,并考虑到软组织内部血管的作用,在制造过程中将软组织支架材料与细胞、生长因子结合,达到解决支架内部血管化的问题。增材制造技术为复杂形状的软组织活性支架的高精度制造提供了新的方法。水凝胶/细胞的构建是软组织支架的关键,而与之相关的高精度增材制造技术原理和制造工艺,以及水凝胶、细胞与生长因子的组装方法则是突破这一关键的核心技术。

人工髋关节磨损分析和临床失效诊断推理

目的研究人工髋关节磨损机理及磨损寿命界定准则,分析非正常磨损的具体原因和磨损失效的临床表现形式,建立失效事件的分析推理路线。方法通过弹性流体动力润滑分析和有限元分析确定人工髋关节中的摩擦磨损过程及导致早期非正常磨损的产生因素;通过建立磨损寿命界定准则确定人工髋关节的使用寿命;通过磨损—骨溶解形态学矩阵对磨损失效临床表现形式进行归纳分类;通过临床调研建立失效事件推理逻辑。结果计算得出球头—髋臼间的最小滑膜厚度和接触应力,以及相关参数的影响,作为磨损分析的理论依据;提出人工髋关节以几何形态变化导致的机械学失效和以骨溶解导致的生物学失效两种磨损寿命界定准则;得出磨损失效9种临床表现形式;提出磨损失效事件分析推理路线图。结论人工髋关节运动副中主要发生边界摩擦和混合摩擦,以及粘着、犁沟和三体磨损等磨损过程;髋臼与球头的表面质量、配合间隙及圆度对早期非正常磨损具有重要的影响;金属—UHMWPE配副人工髋关节正常机械学磨损寿命可以达到40年,但生物学磨损寿命最多为15～20年,后者是制约今天假体使用寿命的根源;磨损失效临床表现形式的多样性是机械磨损与骨溶解过程综合的形态学效果;在失效事件分析中推理路线图可提供一定的帮助。

壳聚糖纤维/磷酸钙骨水泥复合材料人工骨的降解性能

提出添加壳聚糖纤维改善自固化磷酸钙骨水泥的降解性能。根据单一材料均匀降解假设和狗股骨远端松质骨区缺损修复试验研究壳聚糖纤维/骨水泥复合材料人工骨的降解性能。理论分析发现添加的纤维使得人工骨降解量与时间呈现非线性的二次函数关系;纤维质量分数的增减是人工骨降解率的关键影响因素。骨缺损修复试验结果显示人工骨残留材料率与时间形成高阶函数关系,且其试验曲线与骨组织工程理想曲线相似。分析认为,壳聚糖纤维降解速度高于骨水泥造成人工骨在缺损修复的过程中出现多孔结构,进而在促进新生骨组织生长的同时改变了该人工骨的降解规律,结合纤维质量分数的控制,有可能使人工骨的降解速率与骨组织生长相匹配。

壳聚糖纤维/磷酸钙骨水泥复合材料人工骨的力学性能

提出采用壳聚糖纤维为增强体来改善磷酸钙骨水泥的力学性能,并模仿天然骨的结构制造具有同心圆结构的壳聚糖纤维/骨水泥复合材料人工骨。利用快速成形技术制造精密树脂模具,在模具的支持下制备两种规格的人工骨((?)20 mm×20 mm和(?)10 mm×20 mm),分别进行人工骨初始强度试验和体内强度试验。试验表明,由于纤维的存在,复合材料人工骨的初始强度为11～26 MPa,明显高于磷酸钙骨水泥4～10 MPa的强度;同时在犬股骨髁缺损修复的过程中,随着壳聚糖纤维的消失而逐渐形成的多孔结构和孔隙并没有降低复合材料人工骨的力学性能,而是通过形成的多孔结构促进骨长入来维持人工骨的强度,使得人工骨多孔结构与强度的矛盾关系得到缓解。

双侧原位输尿管膨出伴输尿管积水扩张1例

患者,女,60岁.因"下腹胀痛伴尿频、尿急半年余"就诊.查体:下腹部轻压痛,无反跳痛及肌紧张,双肾区无叩击痛.超声检查所见:于膀胱充盈后,在膀胱三角区经双输尿管入口处水平切面扫查(图1),可见直径约1.0 cm(左侧)及0.5 cm(右侧)的囊状无回声,呈类椭圆形,囊壁薄而光滑,回声稍强.CDFI图像可见:随尿流的间断喷射而呈循环反复的节律性回缩及膨胀;沿输尿管长轴纵切扫查(图2),可见其分别与左、右输尿管相通,其近端输尿管分别呈不同程度积水扩张.

仿生多材料复合增强骨软骨支架的制造及性能研究

针对关节面上大面积骨软骨缺损修复过程中软骨形态恢复和力学环境恢复困难的问题，设计并制造一种新型聚乙二醇（Polyethylene glycol, PEG）/聚乳酸（Polylactide, PLA）/β-磷酸三钙（β-Tricalcium phosphate,β-TCP）仿生多材料复合增强骨软骨支架。基于CT扫描数据重建的羊膝关节模型上进行仿生多材料骨软骨支架的结构设计，包括多孔定制结构和固定桩及仿生结构；以光固化成形技术与真空灌注工艺相结合制造了的多材料复合增强骨软骨支架，确定灌注温度220℃，真空度–0.08～–0.10 Pa。形貌观测表明真空灌注法能使PLA完全充满整个次级管道，力学试验发现复合材料支架的压缩强度（21.25 MPa ±1.15 MPa）是单管道多孔生物陶瓷支架（9.76 MPa±0.64 MPa）的2.17倍， PLA固定桩的剪切强度（16.24 MPa±1.85 MPa）是陶瓷固定桩（0.87 MPa±0.14 MPa）的18.7倍。因此，复合PLA的骨软骨支架具有显著的力学增强和固定能力，有望为大面积骨软骨缺损的修复提供新的治疗手段。