股骨髓内钉远端锁钉置入的模型骨实验

背景:髓内钉置入内固定是治疗股骨干骨折的经典方案,其远端瞄准架被广泛应用于远端锁钉的置入,提高了远端锁钉置入的准确率,但其失败率仍然不容忽视。研究出一种可实现远端锁钉快速且精准锁钉的新技术,减少徒手锁钉时的X射线放射性损伤,是当务之急。目的:比较占位压杆技术和徒手锁钉技术在股骨髓内钉远端锁钉置入中的效果。方法:建立发生压杆偏移不能准确置入远端锁钉的股骨模型骨8个,分2组处理:占位压杆组(n=4)采用占位性压杆技术,在原压杆孔相邻位置重新钻孔后进行准确压杆,再进行远端锁钉孔斯氏针的置入;徒手锁钉组(n=4)采用C臂监视下的徒手锁钉技术完成远端锁钉孔斯氏针的置入。比较两组置钉的X射线曝光次数、锁钉时间及置钉准确率。结果与结论:(1)占位压杆组X射线曝光次数少于徒手锁钉组(P <0.05),锁钉时间短于徒手锁钉组(P <0.05);两组的置钉准确率均为100%;(2)结果表明,占位压杆技术和徒手锁钉技术均能准确地完成股骨髓内钉远端锁钉的置入,占位压杆技术相比徒手锁钉技术具有手术时间短和X射线辐射少的优点。

构建“等效模型”快速验证个性化骨模型的精确度

背景:目前个性化骨模型精确度的验证通常是通过配对t检验或组内相关系数等方法来进行,但这类方法往往需要制作大批量模型,不能满足个性化模型即时使用的需求。目的:探讨构建“等效模型”快速验证个性化骨模型精确度的可行性。方法:随机获取3例成年人骨骼CT影像并进行重建,运用3D打印制作个性化骨模型,再将个性化骨模型进行CT扫描并重建,使用Mimics对比重建模型和骨骼CT影像。运用Geomagic Studio对个性化骨模型CT影像的重建模型与骨骼CT影像的重建模型进行拟合偏差分析。对照骨骼CT影像的重建模型上所标注的测量位置和尺寸,对3D打印的个性化骨模型进行实物测量,并计算误差。结果与结论:①通过对比骨骼CT影像的重建模型与骨骼CT图像,二者在解剖结构和形态上相符,轮廓几乎重合;②通过拟合偏差分析,标准偏差依次为0.176,0.226,0.143 mm,所有结果均<0.25 mm;③通过实物测量并计算,相对误差均数依次为0.44%,0.21%,0.13%,所有结果均在5%的误差范围之内;④通过骨骼CT影像重建的模型符合制作个性化骨模型的基本条件;所构建的等效模型是符合临床需求和设计要求的,使用等效模型方法快速验证个性化骨模型精确度是可行的;⑤此方法可为个性化骨模型精确度的验证提供针对性强、验证迅速的途径,与常规配对t检验或组内相关系数等方法相比可缩短验证时间,能够达到提供临床即时使用的目的。

基于“鱼骨式”模型的机电类应用型本科双创人才培养

围绕国家装备制造业转型升级对应用型本科人才的大量需求,以双基能力、创新能力、创业能力和综合素质为观测点和培养重心,设置四层次应用型本科人才培养规格,建立机电类应用型本科人才培养体系,“政、校、行、企”四方联动,构建“一个目标两个平台、三个维度四个层次”机电类应用型本科双创人才“鱼骨式”培养模型,探索多层次、多维度、个性化培养应用型本科双创人才。一个目标:“互联网+”和产教融合协同培养机电类应用型本科双创人才;两个平台:学校自有实践平台和产学研合作企业平台;三个维度:专业维度、校级维度和行业产业维度;四个层次:合格应用型人才、优秀应用型人才,合格应用型双创人才和优秀应用型双创人才。经南京理工大学泰州科技学院依托“政、校、行、企”四方合力,致力“两个平台”建设;整合校内教师、外聘教师和产业教授资源,打造双创人才培养师资团队,开展的以生为本机电类双创人才培养的实践验证,该人才培养模型具有科学性和实效性。

影响骨小梁微有限元模型最大应力的骨微结构指标

背景:基于Micro-CT微有限元可以研究骨小梁在载荷下的力学响应,通常认为在动物骨小梁标本上骨体积分数是决定骨小梁抗压缩能力的最重要指标,但在微有限元模型中,导致应力集中或决定最大应力的骨微结构指标尚不明确。目的:探究影响骨小梁微有限元模型最大应力的骨微结构指标。方法:获取10只正常大鼠双侧股骨干骺端感兴趣区域骨小梁微观结构指标,比较双侧感兴趣区域骨小梁差异性;构建20个骨小梁微有限元模型并对模型进行加载,以微有限元模型中应力值最大的前5%,2%,1%,0.5%个单元的应力平均值作为最大应力值,根据模型应力、应变验证模型的真实可靠性;最后,以最大应力值为因变量,感兴趣区域骨小梁微观结构指标为自变量,通过多元线性逐步回归法挖掘影响骨小梁微有限元模型最大应力的关键影响因素。结果与结论:双侧股骨干骺端感兴趣区域骨小梁微结构存在同质性(P> 0.05),进而对数据进行合并;20个骨小梁微有限元模型平均单元数232813,节点数60682;前5%,2%,1%,0.5%个单元应力平均值分别为31.91,41.96,50.86,61.23MPa,平均有效应变为3.28%;多元线性逐步回归分析结果提示骨小梁结构模型指数是影响骨小梁微有限元模型最大应力的最重要的骨微结构指标(P <0.001,R^(2)=0.807)。提示:骨小梁结构模型指数是影响骨小梁微有限元模型应力集中的最重要骨微结构指标,骨小梁结构模型指数值越大,杆状骨小梁越多,应力集中范围越大。

可评价注射式再生支架修复效果的小鼠骨缺损模型的构建研究

目的建立小鼠股骨缺损模型并探索甲基丙烯酰化明胶(gelatin methacryloyl,GelMA)对缺损后骨再生的影响。方法将40只8周龄的雌性C57BL/6N小鼠随机分成4组:骨缺损组(n=10),5%GelMA组(n=10),10%GelMA组(n=10),15%GelMA组(n=10)。造模2周后,使用HE染色观察股骨组织结构;使用Masson染色观察股骨胶原纤维形态;使用OCN免疫组化染色分析骨特异性蛋白表达水平。结果GelMA具有良好的可注射性,可经PCR Pipettes移液器注入骨缺损区。HE染色结果表明10%GelMA组相较于骨缺损组、5%GelMA组和15%GelMA组具有更好的骨修复效果,缺损部位组织结构更加完整;Masson染色结果表明10%GelMA组有更多成骨相关的胶原纤维形成;RT-qPCR分析显示,10%GelMA组小鼠骨缺损部位OCN表达显著高于骨缺损组(P<0.001)、5%GelMA组(P<0.01)和15%GelMA组(P<0.01)。10%GelMA组小鼠骨缺损部位Osterix表达显著高于骨缺损组(P<0.001)、5%GelMA组(P<0.001)和15%GelMA组(P<0.01);OCN免疫组化染色结果表明10%GelMA组的修复区骨特异性蛋白表达显著高于骨缺损组(P<0.01)、5%GelMA组(P<0.01)和15%GelMA组(P<0.05)。结论构建了可评价注射式再生支架修复效果的小鼠骨缺损模型,并应用于基于GelMA的可注射再生支架筛选和治疗效果评价,为开展相关领域工作提供实验基础。

改良猪颌骨模型在牙周翻瓣术实验教学中的应用研究

目的探讨改良猪颌骨模型在牙周病学手术实验课中的应用。方法将2003级七年制口腔医学专业一班随机分为对照组和实验组:实验组采用改良的猪颌骨模型进行牙周翻瓣术,对照组则采用常规猪颌骨模型,比较两组手术操作时间及手术完成效果得分,术后完成问卷调查。结果实验组手术所用时间显著低于对照组、手术完成效果优于于对照组(P<0.05,P<0.02)。问卷调查显示,改良猪颌骨模型具有口腔模拟性强、稳固性好、操作方便、随意调节颌骨角度及高度、视野显示清晰等优点。结论改良的猪颌骨模型值得进一步推广应用。

基于骨肌模型的肌肉力计算方法及其面临的若干问题

肌肉力计算已经成为骨肌损伤防护、关节假体设计等研究的重要组成部分,目前基于骨肌系统模型的肌肉力计算方法有:静态优化、动态优化以及基于力-肌电关系的肌肉力计算。本文分析了肌肉力计算方法和骨肌系统建模的研究现状以及面临的若干问题。个性化建模、计算方法的改进和计算结果的实验验证将是今后的研究重点。

立轧对称-反对称抛物线狗骨模型轧制力的解析

为提高热轧产品质量,必须保证热轧带钢宽度尺寸精度,生产中多采用在粗轧机组处安装立辊轧机来进行控制,但立轧后板坯横断面会产生狗骨形状.首次建立了立轧对称-反对称抛物线狗骨函数模型和运动许可速度场.使用刚塑性第一变分原理,采用变上限积分得到立轧时总功率泛函和轧制力的解析解.将轧制力解析结果与有限元仿真值进行比较,误差在3%以内,与Yun模型比较误差不大于6.3%.采用本文模型预测现场轧制力的精度良好,可以满足现场控制要求.

仿真颌骨模型结合牙种植手术导板在口腔种植教学中的应用

目的探索建立制作仿真颌骨模型的方法,为口腔种植的临床教学提供帮助。方法通过3D打印技术打印仿真颌骨模型。在对学生进行传统模式教学之后,利用仿真颌骨模型进一步开展种植教学,让学生在该模型上进行诊断、手术设计及预手术练习,并制作手术导板。结果 100%的学生认为对患者真实骨情况的展示,仿真颌骨模型比CT图像更直观。学生需要在仿真颌骨模型上进行2~5次预手术练习方能找到满意的种植位置。结论通过应用3D打印技术,可以制作仿真颌骨模型,结合手术导板可帮助医学生完成从理论学习到实际操作的跨越,具有较好的教学前景。

基于Wolff定律的各向异性骨再造模型

建立符合各向异性骨再造生理过程的骨再造数值理论模型。基于Wolff定律及骨各向异性的力学性质,在仔细研究了当前各向同性骨结构再造数值模拟预测技术的基础上,将材料方向和主应力方向趋于一致做为骨再造平衡条件,提出一新型各向异性骨再造数值模型。以二维悬臂梁结构为例进行了模拟,得到了二维悬臂梁结构的密度分布图。新型各向异性骨再造数值模型,量化了骨再造过程和骨力学性质的各向异性,实现了骨再造过程数值模拟的各向异性。应用该模型可进行更为准确的骨结构再造数值预测。

带有力学调控系统的各向异性骨再造模型

目前,骨再造数值模型在生理上和力学上都不能复制骨再造的实际生理过程。本文引入了骨再造的生理机制和骨力学性质的各向异性,在损伤修复理论的基础上,建立了带有力学调控系统的各向异性骨再造模型,使骨再造的数值模拟趋向和生理过程一致,并以二维方板模型为例进行了计算机模拟,得到了和实际较为一致的结果。本模型可用于在一定力学环境下或力学环境改变后,骨结构的模拟,还可用于植入物植入后骨结构发生结构变化的模拟。

牙槽突和硬腭全裂隙植骨修复对腭裂上颌骨模型的生物力学影响

目的研究牙槽突及牙槽突加硬腭全裂隙植骨对腭裂上颌骨模型的生物力学影响。方法采用15岁男性患者头颅CT扫描DICOM数据建立3种单侧腭裂上颌骨三维有限元模型,通过叠加不同的植骨块形成牙槽突植骨修复及牙槽突加硬腭全裂隙植骨修复后的腭裂上颌骨模型。在上颌骨前牙区及两侧前磨牙区以正常上唇压力加载负荷,观察各种应力沿上颌骨分布的特点。结果未植骨模型,上颌骨段以变形和移位为主,各种应力集中于上颌骨前壁、牙槽突和腭板等处。植骨模型表现为应力分布均匀化。牙槽突植骨可以显著降低由于上颌骨变形而产生的剪应力和牙槽突的向内移位。牙槽突加硬腭全裂隙植骨可以使得应力分布更加均匀,但是与牙槽突植骨差异不大。结论唇裂修复手术后产生的压力是使未作植骨修复的牙槽突产生变形移位的主要原因。牙槽突植骨修复可以使腭裂上颌骨表面应力分布趋向均匀,生物力学意义重大。牙槽突加硬腭全裂隙植骨可以使得应力分布更加均匀,但与单纯牙槽突植骨效果相比,无显著性差异。

基于动物实验的应力与股骨近端生长关系的生物力学模型

目的建立可数值量化的应力与骨生长生物力学模型。方法将动物实验、骨生长方程中未知参数的反演识别和计算机技术相结合,研究应力环境对快速生长期大鼠股骨生长与重建的影响,依据大鼠股骨所受外力刺激以及近端骨密度数值的改变,反演骨生长方程中的未知参数B和K。结果文中所建的生物模型不仅能够数值模拟快速生长期大鼠股骨骨密度变化和外界刺激的关系,而且能够预测大鼠生命周期中某段时间内不同应力环境下股骨的生长趋势。结论:本文的建模思路和方法为人体骨骼重建适应模型的确立起到提示和借鉴作用。

小鼠骨损伤模型在骨修复机制研究中的应用

骨折是常见多发病,建立标准的骨损伤动物模型是进行骨折实验研究的基础,由于小鼠具有和人类相似的遗传背景,并且可进行多种遗传修饰等优势,因此在骨折研究中的应用越来越广泛。

^(117)Sn^m(Ⅳ)-EDTMP在体外骨模型上的吸附——Ⅰ.在羟基磷灰石上的吸附

研究了^(117)Sn^m(Ⅳ)及^(117)Sn^m(Ⅳ)-EDTMP在体外骨模型羟基磷灰石(HA)上的吸附及解吸特性,探讨了其骨吸附机理。吸附研究表明:^(117)Sn^m(Ⅳ)及^(117)Sn(Ⅳ)-EDTMP在HA上都有明显的吸附,其对^(117)Sn^m(Ⅳ)的吸附量大于对^(117)Sn^m(Ⅳ)-EDTMP的吸附量;pH对吸附有明显影响,酸性条件最有利于吸附,弱碱性条件最不利于吸附;温度对吸附几乎没有影响。解吸研究表明:生理盐水和EDTMP对^(117)Sn^m(Ⅳ)-EDTMP的解吸量大于对^(117)Sn^m(Ⅳ)的解吸量。^(117)Sn^m(Ⅳ)-EDTMP的吸附机理研究初步表明:当吸附量小于60μmol/g时,络合物以整个配位络合物吸附为主;当吸附量大于60μmol/g时,配位络合物整体吸附与^(117)Sn^m(Ⅳ)从配体到HA的转移络合同时存在。

快速建立小牛椎体骨质疏松模型

背景:目前用于脊柱生物力学研究的骨质疏松动物模型是以去势雌性动物或服药动物为代表的动物模型,但存在建立时间长、可靠性差的问题。目的:利用Shandon TBD-1脱钙法快速建立牛椎体骨质疏松模型。方法:选取新鲜小牛脊柱第6～11节椎体,共24个椎体,测量骨密度后,随机分为3组:预实验组采用Shandon TBD-1浸泡椎体,脱钙组将Shandon TBD-1注入椎体一侧钉眼内,对照组不做脱钙处理。脱钙后再次测量骨密度,将相同规格的椎弓根螺钉拧入双侧椎弓根,测试其最大轴向拔出力。结果与结论:预实验组椎体脱钙后椎体骨密度随着脱钙时间的延长而降低;脱钙组骨密度值、椎弓根螺钉最大轴向拔出力均低于对照组(P<0.01),且骨密度与椎弓根螺钉最大轴向拔出力存在线性正相关。说明应用Shandon TBD-1脱钙剂对小牛椎体脱钙是一种快速制备骨质疏松动物模型的方法,并能够很好模拟骨质疏松的力学性能。

牙槽突植骨修复对腭裂上颌骨三维有限元模型的力学影响分析

通过对两种腭裂上颌骨模型的加力分析,研究牙槽突植骨手术对腭裂上颌骨模型的生物力学影响。我们采用17岁男性患者头颅CT扫描图像数据建立腭裂上颌骨三维有限元模型,通过叠加植骨块模型形成牙槽突植骨修复后的腭裂上颌骨模型。在上颌骨前端以正常上唇压力数值水平向后加载压力,观察压应力沿上颌骨分布的特点和剪应力及拉应力出现的位置。结果显示,压应力主要沿牙槽突分布,并形成数个应力集中区。植骨后,应力分布趋向均匀化。植骨可以降低由于上颌骨变形而产生的剪应力和牙槽突的向内移位。我们认为,唇裂修复手术后产生的压力可能是使牙槽突产生变形移位的主要原因,压应力沿着牙槽突骨弓传导可能使牙列畸形加重。牙槽突植骨修复可以使应力分布趋向均匀,但是不改变应力的分布特征。

颌面骨三维有限元模型中骨缝实体模型的建立

目的在颌面骨三维有限元模型中建立与上颌骨生长密切相关的4条骨缝实体模型。方法以1名个别正常、牙周组织健康、无颞下颌关节疾病的16岁女性为建模素材,应用螺旋CT扫描与有限元法相结合的方法,建立颌面骨的三维有限元模型,并在此基础上建立额颌缝、颧颌缝、颞颧缝、翼腭缝4条与上颌骨生长有关的骨缝实体模型。结果生成了具有86 575个节点、485 915个单元的颌面骨三维有限元模型,其中包括额颌缝、颧颌缝、颞颧缝、翼腭缝4条实体骨缝。结论获得了生物相似性良好的颌面骨三维有限元模型。

下颌骨骨折三维力学计算模型研究

下颌骨骨折时由于附着在骨折块上的咀嚼肌牵引方向不同，常使骨折块移位，导致咬合错乱。1975年Champy等建立下颌骨二维力学模型，但用二维模型研究下颌骨的生物力学特性过于简单化。1992年Randal H等用三维有限元方法建立下颌骨模型。但该研究不能再现骨折固定后下颌骨的功能状态。本研究通过建立下颌骨三维力学计算模型系统地研究功能负载条件下，下颌骨不同部位骨折断面上的弯矩、扭矩以及剪应力与下颌牙列不同咬合点的动态变化关系，探讨咀嚼功能状态下，骨断端所产生的力学效应。