Biomechanics of the anterior cruciate ligament:Physiology,rupture and reconstruction techniques

The influences and mechanisms of the physiology,rupture and reconstruction of the anterior cruciate ligament(ACL)on kinematics and clinical outcomes have been investigated in many biomechanical and clinical studies over the last several decades.The knee is a complex joint with shifting contact points,pressures and axes that are affected when a ligament is injured.The ACL,as one of the intra-articular ligaments,has a strong influence on the resulting kinematics.Often,other meniscal or ligamentous injuries accompany ACL ruptures and further deteriorate the resulting kinematics and clinical outcomes.Knowing the surgical options,anatomic relations and current evidence to restore ACL function and considering the influence of concomitant injuries on resulting kinematics to restore full function can together help to achieve an optimal outcome.

Structural optimization of patient-specific temporomandibular joint replacement implants for additive manufacturing:novel metrics for safety evaluation and biomechanical performance

Total temporomandibular joint(TMJ)replacement is recommended only when there is irreversible damage to the joint and no conservative treatment can provide functional improvements.Several stock and custom-made TMJ implants have been made available;however,retrospective and comparative studies were unable to find significant differences between the two types of solutions.The introduction of additive manufacturing(AM)techniques in medical practice allows for a greater freedom of design and a higher degree of device customisation.The combination of AM with structural optimisation may streamline development and provide the key for fabricating biomechanic ally enhanced TMJ implants.In this study,structural optimis ation techniques were applied to develop and numerically validate a patient-specific TMJ implant.The biomechanical behaviour of each intermediate TMJ design was assessed under four different nominal and maximum biting tasks using finite element analyses.In addition,a new set of metrics were proposed to compare each design regarding biomechanical performance and implant safety.The results suggest that 55-82%of the natural/intact strain patterns can be recovered with the finally selected TMJ implant.This represents an increase of 15%in biomechanical performance for incisor biting,15%for right molar biting,17%for left molar biting and a decrease of 2%for left group biting compared with the initial design.The results also suggest that load transfer at the proximal ramus reduces the implant’s impact on the mandible’s strain patterns.Finally,structural optimisation allows for a volume reduction of up to 44%with a minimum loss of implant safety and biomechanical performance.

膝关节骨性关节炎轻症患者膝关节三维有限元建模及力学分析

目的:在缺少层厚较薄的CT和MRI数据的情况下建立膝关节骨性关节炎(KOA)轻症患者膝关节三维有限元模型,并研究胫骨平台内外侧的应力分布。方法:以一名患有轻度KOA的女性患者为研究对象,自盆骨至腓骨胫骨远端进行连续断层扫描。将得到的DICOM格式文件导入至Mimics软件中并通过阈值分割提取膝关节中的骨性结构,将提取出的骨骼进行蒙版编辑、空腔填充、区域增长等操作后导入3-matic中做光顺、包覆处理。在Geomagic Wrap将处理后的骨性结构使用网格医生检查,修复表面缺陷并拟合曲面。以轮廓延展的思路建立相关的软骨、半月板和韧带,并在SolidWorks中以原点重合的方式与骨性结构进行装配。接下来在ANSYS软件中定义材料、设置接触、划分网格、设置约束和载荷,分析在双腿站立下胫骨平台上的应力分布情况。结果:成功建立了包括骨性结构、软骨、韧带的完整膝关节模型。在双腿站立状态下,接触应力峰值约为1.21 MPa,位于胫骨平台内侧中部,胫骨平台外侧的最大应力为0.72 MPa,内外侧间室分别承担总载荷的62.7%和37.3%。结论:通过CT提取加软件绘制的方式建立了全膝关节模型,有限元分析结果符合临床预期,通过此方法建立的模型可靠,能进行后续的研究。

连续疲劳干预对膝关节主被动生物力学特性的影响

目的 探究连续疲劳干预对膝关节主被动生物力学特性的影响。方法 招募27位健康大学生在等速力量测试系统上进行疲劳实验。疲劳实验包括3个疲劳周期,每个疲劳周期至少30次股四头肌连续等长收缩。对比不同疲劳周期的最大被动力矩、平均最大自主收缩(maximum voluntary contraction, MVC)力矩、股外侧肌和股二头肌肌电积分值以及协同收缩指数(co-contraction index, CI)。结果 疲劳周期3后,最大被动力矩显著下降(P<0.05)。疲劳周期1、2、3过程内平均MVC力矩、股外侧肌和股二头肌肌电积分值都显著下降(P<0.05),然而二者CI全程无显著变化(P>0.05)。结论 股四头肌等长收缩训练剂量为90次的连续疲劳干预会显著影响膝关节主被动生物力学特性。疲劳干预后,膝关节抵抗被动屈伸能力下降。并且随着疲劳干预进程,股四头肌主动收缩能力下降,股四头肌和腘绳肌肌肉激活也下降,但二者肌群协同收缩水平不变。这种温和的肌群协同收缩模式有益于保持良性膝关节力学加载环境。研究结果有助于理解疲劳后膝关节主被动生物力学特性。

基于深度相机和神经网络的下肢关节力矩估计

目的 通过深度相机和神经网络估计人在直线行走时髋、膝和踝关节的屈伸力矩。方法 利用光学运动捕捉系统、测力板和Azure Kinect深度相机采集20个人的步态信息,受试者被要求以其偏好的步行速度直线行走,同时踏在测力板上。并利用Visual 3D仿真得到关节力矩作为参考值,分别训练人工神经网络(artificial neural network, ANN)模型与长短期记忆(long short-term memory, LSTM)模型进行关节力矩估计。结果 ANN模型估计髋、膝和踝关节的关节力矩的相对均方根误差(relative root mean square error, rRMSE)分别为15.87%~17.32%、18.36%~25.34%和14.11%~16.82%,相关系数分别为0.81~0.85、0.69~0.74和0.76~0.82。LSTM模型具有更好的估计效果,rRMSE分别为8.53%~12.18%、14.32%~18.78%和6.51%~11.83%,相关系数分别达到了0.89~0.95、0.85~0.91和0.90~0.97。结论 本文证实了利用深度相机和神经网络无接触估计人体下肢关节力矩方案的可行性,其中LSTM模型具有更佳的表现。关节力矩估计结果与现有研究相比具有更好的精度,潜在应用场景包含远程医疗、个性化康复方案制定以及矫形器辅助设计等。

疏筋整复手法治疗寰枢关节紊乱症的力学量化研究

目的:探讨疏筋整复手法治疗寰枢关节紊乱症生物力学参数的量效关系。方法:自2022年10月至2023年5月收治寰枢关节紊乱症患者18例,其中男10例,女8例;年龄24~27(25.50±1.10)岁;颈椎CT示齿状突右侧偏歪16例,左侧偏歪2例。采用穿戴式按摩手法测量手套测量疏筋整复手法治疗寰枢关节紊乱症的力学参数,量化疏筋时力的大小、频率及力学曲线图和整复时启动力、扳动力、扳动时间及力学曲线图,比较患侧和对侧手法操作的差异性。结果:疏筋手法实施中风池穴部位患侧最大作用力、频率为(19.82±2.02)N、(116.83±14.49)次/分,对侧分别为(13.87±2.19)N、(188.89±16.03)次/分;两侧最大作用力、频率比较,差异有统计学意义(P<0.05)。缺盆穴患侧最大作用力、频率为(14.44±3.27)N、(139.06±28.47)次/分,对侧为(9.41±1.38)N、(142.50±28.47)次/分;两侧最大作用力比较,差异有统计学意义(P<0.05)。整复手法实施中患侧启动力、扳动力、扳动时间分别为(14.16±5.98)N、(11.56±6.63)N、(0.14±0.03)s,对侧分别为(8.94±3.39)N、(8.30±4.64)N、(0.18±0.04)s;两侧启动力、扳动力、扳动时间比较,差异有统计学意义(P<0.05)。结论:疏筋整复手法针对患侧施以轻巧的疏筋力即可恢复颈椎间的力学平衡,加强寰枢关节紊乱的恢复趋势,在此基础上再施以轻巧的旋扳力便能够使得寰枢椎齿状突回位,体现了手法安全性高的特点。

不同等级男子撑竿跳高运动员助跑及起跳的生物力学特征研究

目的对不同等级男子撑竿跳高运动员质心速度、质心高度、地面反作用力和下肢关节力矩等生物力学指标的具体表现进行探讨,试图了解不同等级运动员的整体特征,并发现高水平运动员助跑及起跳过渡衔接的特点。方法使用大范围的三维动作捕捉系统以及3块测力台对优秀男子撑竿跳高运动员的运动学(200 Hz)和地面反作用力(2000 Hz)数据进行采集,分析比较了5名一级运动员、4名运动健将和3名国际级运动健将的生物力学指标。对国际级运动健将组、运动健将组和一级运动员组的同一生物力学指标两两之间采用非参数独立样本曼-惠特尼U单侧检验,对所有运动员倒2步、倒1步和起跳相应的生物力学指标两两之间采用非参数配对样本Wilcoxon符号秩单侧检验。结果不同等级撑竿跳高运动员助跑后两步和起跳的质心速度、质心高度、地面反作用力和下肢关节力矩等生物力学指标有显著性差异;倒2步、倒1步、起跳相应的生物力学指标之间有显著性差异。结论基于本研究的数据,男子撑竿跳高运动员表现出随等级而变化的生物力学特点,国际级健将运动员的质心速度、地面反作用力等指标体现了其较高的运动能力。倒2步、倒1步和起跳的质心速度、质心高度和地面反作用力等相应生物力学指标的显著差异反映了撑竿跳高技术动作的衔接特征,体现了撑竿跳高助跑向起跳过渡的运动学和动力学特点。

有限元分析不同程度冈上肌断裂对肩关节应力的影响

背景:目前研究冈上肌的精细解剖及各亚区域的生物力学表现的实验较多,但是对冈上肌不同区域的损伤所带来的肩关节应力的影响鲜有耳闻。很有必要了解不同区域的冈上肌损伤对关节软骨及关节盂的应力大小及分布的影响,从而给临床诊治提供一些理论支持。目的:探究在三维有限元软件中模拟不同程度的冈上肌断裂对肱骨软骨面、关节盂唇及关节盂软骨关节面的最大应力值。方法:获取正常健康的肩关节CT或MRI导入Mimics、Geomagic进行提取模型,再通过Soildworks对模型构建,再对各个模型的冈上肌进行不同程度的损伤,模拟出不同区域的断裂。最后导入机械软件Ansys,进行三维有限元生物力学分析,计算肱骨软骨面、关节盂唇及关节盂软骨关节面的应力数值。结果与结论:①随着冈上肌损伤程度的加重肩关节软骨面及盂唇的应力也会增加;②冈上肌前部在各区域中最为重要;③不同程度的冈上肌断裂对肩关节盂唇面的软骨应力大小有影响,而应力的分布区域无明显改变;④提示肩关节水平外展起始时,前部发挥着重要的作用,其次为后部深区;当冈上肌前部损伤时肩关节软组织应力增加明显,还容易引起关节盂唇顶部及关节盂软骨前下方的损伤。

全膝关节置换假体的生物力学分析

目的:通过有限元分析方法,探究全膝关节置换(TKA)后膝关节假体在不同角度屈膝过程中的应力变化。方法:通过计算机模拟手术截骨,并装配后稳定型(PS)和后交叉韧带替代型(CS)两种膝关节假体。根据步态过程中屈膝角度和轴向载荷间的变化,选择0°、10°、20°和30°四个角度进行有限元分析。观察股骨假体、胫骨假体和衬垫上的Mises应力分布和接触面积,探究术后膝关节的生物力学行为变化。结果:在同一角度下PS型衬垫的应力峰值大于CS型衬垫,屈膝20°和30°时衬垫上出现Mises应力峰值最大值。PS型衬垫内侧的应力峰值大于外侧,而CS型则相反。衬垫的接触面积在多数情况下,外侧大于内侧。PS型衬垫内、外侧的接触面积相对平衡,但CS型衬垫则相差较多,且在屈膝10°时内侧的接触面积最小,这可能会引起衬垫磨损。金属假体的应力峰值位置多出现在与骨组织的连接部位。结论:随着屈膝角度的增加,衬垫内、外侧的Mises应力峰值表现出相应增大的趋势,应尽量减少大角度的屈膝行为,并配合适量的康复运动。同时,注意日常行走的步伐,避免内、外翻带来的假体单侧应力过大。

内侧副韧带不同程度损伤时膝关节的应力变化

背景:膝关节内侧副韧带损伤易导致继发性的半月板及软骨损伤,长期慢性损害会引起骨关节炎的发生。目前,关于内侧副韧带断裂所致半月板及关节软骨损伤的力学研究较少。目的:探讨膝关节内侧副韧带不同程度损伤对膝关节半月板及软骨生物力学的影响。方法:选择一名健康志愿者行膝关节CT和MRI检查,获取其影像资料,将扫描数据依次导入Mimics、Geomagic及Solidworks软件,经配准融合后建立正常膝关节三维模型,并在此基础上模拟出膝关节内侧副韧带不同程度损伤的模型,共分为4组,包括:①内侧副韧带完整;②内侧副韧带深层断裂;③内侧副韧带浅层断裂;④内侧副韧带完全断裂。最后导入Ansys软件,对膝关节施加3种模式载荷:①股骨顶端施加10 N·m外翻力矩;②股骨顶端施加4 N·m内旋力矩;③股骨顶端施加4 N·m外旋力矩。分析4组模型在不同载荷下对膝关节生物力学的影响。结果与结论:①在膝关节伸直位,对膝关节施加10N·m外翻力矩时,内侧副韧带不同程度损伤后外侧半月板总体应力均增加,关节软骨应力变化不明显,并且当内侧副韧带浅层出现断裂后外侧半月板应力峰值明显增大;②在膝关节伸直位,对膝关节施加4 N·m内旋力矩时,内侧副韧带不同程度损伤后内外侧半月板总体应力均增加,当内侧副韧带浅层出现断裂时半月板应力峰值从内侧半月板前角转移至外侧半月板前角;③在膝关节伸直位,对膝关节施加4 N·m外旋力矩,内侧副韧带不同程度损伤后外侧半月板应力峰值较内侧半月板增加更明显,关节软骨应力变化较小;④结果表明,膝关节处于伸直状态下,膝关节内侧副韧带浅层断裂继发半月板损伤的风险远大于内侧副韧带深层断裂,而外侧半月板较内侧半月板更易受到损伤;内侧副韧带浅层和深层对膝关节的旋转稳定性均有重要作用。

距腓前韧带损伤前后距骨骨软骨的有限元分析

背景:距腓前韧带的损伤在关节韧带损伤中最常见。运用有限元手段对踝关节运动进行仿真模拟,具有实验时间短、可模拟的复杂边界条件和力学性能等优点。目的:分析距腓前韧带对距骨滑车应力分布及踝关节稳定性的影响。方法:采集患者距腓前韧带断裂和Broström手术后2个月随访的CT和MRI数据,建立足踝有限元模型,模拟距腓前韧带损伤患者术前和术后在正常步态周期(落地相、中立相、离地相)中的踝关节受力情况,测量两者的距骨骨软骨的应力分布情况、最大应力值并分析其差异。结果与结论:正常步态下无论在哪种位相中距腓前韧带对距骨滑车都具有一定的保护作用,减少踝关节在运动过程中对距骨滑车的磨损。在3种相位中距骨滑车表面靠近踝关节内侧处均有应力集中情况。离地相时的距腓前韧带对距骨滑车的影响远大于其在落地相和中立相时的影响,在一定情况下踝关节受到的扭矩越大距腓前韧带对距骨滑车的稳定性影响作用就越明显。

非对称型假体设计及全膝关节置换后的力学分析

背景:全膝关节置换是治疗膝关节晚期病症的有效手段,但假体衬垫容易因内部应力变化而产生磨损失效,寿命有限且术后患者的活动能力降低。如何对假体进行改进设计来满足患者更多的需求是假体研究的重要方向。目的:基于半月板的形态设计一种非对称型假体,并与对称设计的后稳定型假体进行比较,分析2种假体的应力分布情况和衬垫的接触面积变化,以探究非对称型假体设计是否存在优势。方法:通过有限元方法对1例膝骨关节炎患者进行模拟截骨和假体装配,建立基于非对称型假体及对称设计的后稳定型假体的全膝关节置换术后膝关节模型。在0°,10°,20°,30°的屈膝条件下,探究股骨假体、胫骨假体以及衬垫上的Mises应力,并通过对比衬垫内外侧的接触面积,分析全膝关节置换后膝关节生物力学变化和运动行为的改变。结果与结论:(1)在0°-30°的屈膝过程中,2种假体衬垫上的Mises应力峰值均表现出先减小后增大的趋势,且内侧始终大于外侧。(2)非对称型设计的假体与后稳定型假体相比,应力峰值更低;在屈膝30°时,非对称型假体衬垫内外侧的Mises应力峰值分别为15.81 MPa和11.95 MPa,后稳定型衬垫为16.70 MPa和13.76 MPa,两者内侧差值约为5.33%,而外侧则相差13.15%;对比股骨假体和胫骨假体上的Mises应力峰值,非对称型假体在屈膝过程中始终低于后稳定型假体。(3)在0°站立位时,后稳定型假体衬垫的内侧接触面积为17.96 mm^(2)、外侧为34.10 mm^(2);而非对称型假体衬垫的内外侧接触面积分别为105.47 mm^(2)和107.80 mm^(2),具有更大的接触面积且两侧差距更小。(4)结果表明,非对称型假体的生物力学表现更好,且能够对维持膝关节稳定性、提升关节活动度有所帮助。这种设计能够在一定程度上还原膝关节以内侧髁为轴进行外旋的运动机制,是一种更为有效的膝关节假体选择方案。

肩关节复合体模型构建及该领域有限元研究与进展

背景:肩关节作为人体上肢的一个非负重关节,被认为是灵活性与稳定性的完美折中。肩关节传统实验力学研究受限于体内结构的复杂性及测量技术、伦理问题等,存在一定的局限性。将有限元分析方法应用于肩关节领域研究,对肩关节疾病探讨、手术方式决策等方面提供了有价值的参考结论。目的:综述肩关节领域的有限元研究现状,对后续研究前景提出展望。方法:使用计算机在PubMed、Web of Science及中国知网、万方数据库已发表的文献中,检索使用有限元分析方法研究肩关节复合体相关疾患的相关文献。中文检索词:“肩关节、有限元分析、肩袖损伤、盂唇、肩关节置换”,英文检索词:“FE、should joint、glenohumeral joint、rotator cuff tears、glenoid labrum、shoulder arthroplasty”。检索时限重点在2010年1月至2023年1月,对部分重要文献另加以追踪并检索、阅读。结果与结论:①随着模型数据的网络公开化及相关模型数据库的建立,现如今的有限元研究越来越具备规范化、数据可复制性。②经广泛验证的肩关节有限元模型,深化了对肩关节领域的理解,从而实现更高效的临床决策。③随着计算机技术及软件开发等方面的不断发展,未来的有限元研究必然成为临床科研工作不可或缺的实用工具。

不同类型排球鞋对运动员下肢关节损伤的影响

本文对排球运动中常发生的下肢关节损伤展开相关研究。选取15名排球运动员作为受试者,选用鞋中底硬度(邵氏硬度)分别为40、50、60,厚度分别为22、25、28 mm的排球鞋,对受试者慢跑时的主观舒适性、跳跃拦网动作时的生物力学指标进行分析,探究不同类型排球鞋对运动员下肢关节损伤的影响。结果表明,中底厚度为22 mm的排球鞋舒适度最好,硬度为40的排球鞋主观评价最好,也更能起到预防损伤的作用;触地起跳阶段,不同中底硬度排球鞋对下肢关节活动度的影响较小;落地阶段,鞋中底硬度增加,髋关节屈曲活动度显著减小,穿着硬度为40的排球鞋时踝关节外旋活动度显著小于硬度为60的排球鞋。

基于生物力学探讨恐动症对膝骨关节炎患者姿势稳定性的影响

目的:使用三维运动分析系统观察不同严重程度的膝骨关节炎(Knee Osteoarthritis,KOA)恐动症(低KOA恐动症、高KOA恐动症)患者与年龄匹配的无KOA症状人群在登梯过程中姿势稳定性和下肢关节角度的差异。方法:运用三维运动分析系统检测低KOA恐动症患者、高KOA恐动症患者和无KOA症状人群共78例受试者在登梯过程中的姿势稳定性(Mar‐gin of Stability,MoS)和关节角度等生物力学因素的差异。结果:低、高KOA恐动症患者在登梯过程中在矢状面和冠状面MoS较差,上梯时髋屈曲和内收最大角度及膝屈伸活动范围均增加;低KOA恐动症患者踝背屈和膝屈曲最大角度均减小;低KOA恐动症患者膝屈曲最大角度低于高KOA恐动症患者。下梯时,低、高KOA恐动症患者髋屈曲最大角度增加,低KOA恐动症患者踝内外翻活动范围增加,高KOA恐动症患者髋内收最大角度增加。结论:低、高KOA恐动症患者在登梯时矢状面和冠状面稳定性较差,但未发现恐动症对KOA患者的显著影响。

老年人跌倒腕关节背伸损伤机制的有限元分析

背景:目前国内外设计的腕部防护佩戴产品尚没有解决既保护腕关节不受损伤又保持腕关节灵活运动的矛盾。目的:探讨老年人跌倒腕关节背伸性损伤的生物力学机制,为预防和治疗老年人跌倒腕关节损伤提供生物力学依据。方法:选取1名65岁老年人对其左侧前臂中下2/3直至手指末端进行不间断CT扫描获取原始数据,利用ANSYS 12.0有限元软件建立腕关节背伸状态的有限元模型,约束模型的手掌面,给予模型一个大小为2 m/s、方向垂直向下的速度载荷模拟老年人跌倒时手掌撑地的受伤状态,观测载荷作用后腕关节软组织、骨骼的应力分布以及应力随时间改变情况。结果与结论:(1)研究建立了真实有效的老年人腕关节背伸位有限元模型,载荷作用后软组织应力主要集中于手掌小鱼际以及腕背侧,骨骼应力背侧主要集中于尺桡骨下端,桡骨下端的应力最大,掌侧应力主要集中于桡骨中下1/3、钩骨,尺桡骨的应力分布不对称,以桡骨应力更集中;(2)研究结果与临床老年人跌倒腕部损伤情况相符,可用于腕背伸损伤机制的解释,可为预防老年人因跌倒而发生腕关节损伤的腕部防护用品的设计以及腕部损伤的治疗提供生物力学依据。

外侧楔形鞋垫对足踝生物力学影响的有限元分析

目的 探究外侧楔形鞋垫对足踝内部组织(包括足骨、关节和韧带)的生物力学影响。方法 建立并验证足踝-鞋垫-地面三维有限元模型,探究步态3个关键瞬间赤足模型和鞋垫干预模型的足底压力分布、关节接触压力、跖骨及主要韧带的应力。结果 5°外侧楔形鞋垫模型足底峰值压力比赤足模型减小65.8%。鞋垫干预使楔舟关节处峰值接触压力减小;距下关节处峰值接触压力和第4、5跖骨处峰值应力增大。结论 本研究量化评估了外侧楔形鞋垫对足踝各部分的生物力学影响,提出了可适当减小外侧楔形鞋垫第4、5跖骨处倾斜角度的设计建议。

木瓜蛋白酶结合电刺激建立兔膝关节创伤性滑膜炎模型的实验研究

目的探讨木瓜蛋白酶联合电刺激建立膝关节创伤性滑膜炎动物模型的可行性。方法将12只新西兰兔随机分为正常组和模型组,每组各6只。从造模开始的第1、4、7天,将0.1 mL的4%木瓜蛋白酶水溶液注射于兔右后肢关节腔内,第8天开始,将模型兔麻醉后仰卧位固定,将电刺激针插入右后肢的股直肌,正极直刺入股直肌中点,负极针直刺入股直肌近端止点上,对应连接BL-420S生物信息采集系统的刺激器,调整参数,在自动串刺激模式下被动牵拉肌肉使膝关节重复被动屈伸,继续造模7 d,对侧肢体只针刺不通电,每天进行1次,每次2 h。造模结束后,对各组采用Lequesne MG评分进行行为学观察;采用游标卡尺测量膝关节肿胀程度、电子体温枪测量兔右膝关节皮肤温度;采用数字触诊仪(Myoton Pro)检测股直肌的肌肉张力、弹性、硬度。采用ELISA法检测血清中白细胞介素-1β(IL-1β)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、P物质(SP)的表达水平;HE染色法观察滑膜病理组织情况。结果两组兔行为学Lequesne MG评分、膝关节皮温、周径及血清中IL-1β、TNF-α、SP以及兔右后肢股四头肌肌肉张力、弹性、硬度比较,差异均具有统计学意义(P<0.05);滑膜组织的病理结果显示炎症改变。结论木瓜蛋白酶结合电刺激建立膝关节创伤性滑膜炎模型成功。

有限元法在儿童发育性髋关节发育不良及治疗中的作用

背景:发育性髋关节发育不良常易导致患儿肢体畸形,其诊疗的相关研究已逐渐明确;近来有限元法因其优势在发育性髋关节发育不良的相关研究中受到学者重视。目的:通过文献检索综述有限元法在儿童发育性髋关节发育不良及治疗中的研究进展,分析总结其优势与不足,并探讨未来进一步研究的方向及应用前景。方法:应用计算机在Pub Med、SCI、CBM和中国知网数据库中检索2014年1月至2023年11月发表的相关文献,以“developmental dysplasia(dislocation) of the hip,dysplasia of the hip,finite element analysis(method),pavlik harness,fixation in herringbone position,biomechanics,pelvic osteotomies,pemberton,salter,dega,periacetabular osteotomy,children”为英文检索词,以“发育性髋关节发育不良,发育性髋关节脱位,髋关节发育不良,儿童,有限元,Pavlik吊带,人字型固定,生物力学,骨盆截骨术,髋臼周围截骨术”为中文检索词,同时纳入少量远期文献,通过筛选最终纳入62篇文献进行分析。结果与结论:(1)儿童发育性髋关节发育不良髋关节力学环境异常,髋臼内部压力不均匀、应力增大并集中,关节接触面积减小,股骨颈局部应力集中;(2)在Pavlik吊带及人字型固定位患髋力学环境改善,集中的高应力区域消失,关节接触面积增加,但外展角度过大会导致髋臼及股骨头外侧应力增加;(3)骨盆截骨术治疗后髋关节及骶髂关节应力环境得到改善,3种截骨术没有单一的铰链,其应力负载部位因患儿年龄而存在差异;(4)髋臼周围截骨术治疗后关节接触压力接近正常,而非球形股骨头者恢复困难;(5)术后X射线片表现不能说明关节接触力学达到最佳;(6)提示利用有限元法可以获得体内无法测量的信息,其在虚拟环境中操作不受时间和伦理的限制;能直观地看到正常与发育性髋关节发育不良患者髋关节应力变化的区域,从力学角度说明治疗的有效性,为需要截骨手术治疗的患者建立特定的有限元模型、量身定做手术计划;发育性髋关节发育不良的有限元建模及儿童髋关节材料特性参数尚无规范、统一的标准,由于有限元固有的局限性,目前还不能分析同时包含骨骼、软骨、韧带、肌肉等元素的模型;有限元分析操作难度较大,虽有优势但不具普适性,且目前的研究样本量较少,还需进一步扩大及验证。

极简跑鞋设计对后跟着地模式下人体脚踝生物力学的影响

本文简述了极简跑鞋对下肢生物力学与运动损伤影响的研究现状,重点选取16名男性业余跑者作为受试者,分别穿着普通跑鞋和极简跑鞋进行局部动态稳定性测试和跟腱负荷特征测试,计算最大李雅普诺夫指数数值、踝关节和跟腱力学参数。结果表明:相比于普通跑鞋,穿着极简跑鞋时踝关节合加速度和合角加速度的最大李雅普诺夫指数数值较小,能够获得更好的动态稳定性,可一定程度降低运动损伤风险;极简跑鞋条件下足触地角度显著减小,跟腱力峰值、跟腱力冲量、跟腱力平均负载率等参数均显著增加,即刻穿着极简跑鞋可能会造成额外的运动损伤,需要从普通跑鞋循序渐进地转换,以更好地改善跟腱负荷能力。