Micro-CT分析跟骨内骨小梁分布及结构特征

背景:跟骨位于足的后下部,受力较大。跟骨外形复杂且不规则,外周有较薄的皮质骨包绕,内部充满大量的骨小梁,探讨骨小梁的微观结构、走行及分布特征有助于提高对跟骨骨折的认识。目的:采用微计算机断层扫描仪(Micro-CT)扫描跟骨标本获得其影像资料,对其内部骨小梁结构进行分析,探讨跟骨内骨小梁的形态、分布及结构特征。方法:采用Micro-CT连续扫描干燥成人跟骨标本,扫描后获得影像图像,将其以DICOM格式存储。导入影像资料到Hiscan Analyzer软件,显示清晰完整的成人跟骨矢状面、冠状面、水平面的图像,逐层观察骨小梁的走行,依据骨小梁走行特点将跟骨矢状面分为6个部分,在以7 mm为标准的相同厚度下,每个部分选择1个49 mm2等面积的兴趣区,三维重建后获得跟骨及骨小梁的立体微观结构,二值化后运用软件计算感兴趣区域内骨小梁的体积分数、表面密度、骨小梁厚度、骨小梁间隙和骨小梁数量参数。结果与结论:①跟骨表面皮质层很薄,内部充满大量骨松质,在Gissane角的骨皮质明显增厚;②跟骨上部的骨小梁体积分数大于跟骨下部前端、中和三角区、跟骨下后部、跟骨结节部、跟骨底部,跟骨结节部的骨小梁体积分数大于跟骨下部前端、中和三角区、跟骨下后部、跟骨底部;跟骨结节部的骨小梁表面密度大于跟骨下部前端、中和三角区、跟骨底部,跟骨上部、跟骨下后部的骨小梁表面密度大于中和三角区;跟骨上部的骨小梁厚度大于跟骨结节部;中和三角区的骨小梁间隙大于跟骨上部、跟骨结节部;跟骨结节部的骨小梁数量大于中和三角区;③中和三角区主要分布杆状骨小梁,骨小梁表面密度最小、体积分数较小、骨小梁间隙最大;该部位骨质较疏松,受到高冲击力时抗压缩能力差,骨小梁最先发生断裂,是易发生骨折的部位。

径向梯度三周期极小曲面骨小梁支架结构设计与力学性能分析

背景:传统骨植入物的弹性模量较大,与人体骨弹性模量不匹配,会引起应力遮挡效应,从而导致骨吸收。径向梯度三周期极小曲面骨小梁支架具有与人体松质骨匹配的弹性模量,且屈服强度大于人体皮质骨屈服强度,为骨支架设计提供了一种新的选择。目的:通过隐式曲面法构建径向梯度三周期极小曲面结构,采用激光选区熔化技术制备样件,进行准静态压缩实验,得到力学性能与人体骨骼匹配的骨小梁支架。方法:通过隐式曲面法,建立G型、Ⅰ型、P型和D型4种径向梯度三周期极小曲面骨小梁支架;采用激光选区熔化技术制备样件,观测成型样件的表面形貌,评估成型质量,进行准静态压缩实验,评估样件的力学性能。结果与结论:准静态压缩实验结果表明,对比4种径向梯度三周期极小曲面支架,G支架平台应力波动小,没有出现失效断裂,塑性最好;对45%,55%和65%3种孔隙率G支架的力学性能进行分析,发现55%孔隙率G支架的弹性模量在人体松质骨的弹性模量范围内(0.022-3.7 GPa),屈服强度接近人体皮质骨最大屈服强度(187.7-222.3 MPa)。结果显示,55%孔隙率的G型径向梯度三周期极小曲面骨小梁支架能够降低应力遮挡效应,承受较高人体载荷,提高植入物的稳定性,延长植入物的使用寿命。

模拟骨小梁假体界面微动的实验装置设计与有限元分析

目的:设计一种模拟骨小梁假体界面微动的实验装置(以下简称“微动装置”),并进行有限元分析。方法:微动装置由带有螺纹的旋入圆筒、柔性铰、微动杆、骨小梁假体、连接杆和固定柱组成。采用SolidWorks软件构建微动装置模型,并将其导入ABAQUS软件中建立有限元模型,对股骨施加轴向位移载荷,分析微动装置中柔性铰的位置、假体与股骨之间的间隙和连接杆的长度对微动的影响。结果:微动装置产生的界面微动随柔性铰距旋入圆筒下端距离的增大而增大;假体与股骨之间的间隙≥20μm时,间隙对界面微动不产生影响;界面微动随着连接杆长度的增大而增大。结论:微动装置可以准确模拟出不同的骨-骨小梁假体界面的微动,可为研究不同界面微动对骨整合的影响提供实验装置。

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。

骨小梁结构及胫骨平台假体简化模型的设计与分析

临床治疗结果显示,带有骨小梁结构的膝关节假体相比传统膝关节假体有更好的术后恢复效果。在目前对骨小梁结构与膝关节假体研究的基础上,设计了骨长入效果更好的分区骨小梁结构;通过设计8种不同的骨小梁胞元结构,经对比分析,选择出一种综合性能最佳的骨小梁胞元结构;根据该结构构建了两组具有分区骨小梁结构的胫骨平台假体简化模型,通过有限元分析,选出了一组骨长入效果较好且适用于膝关节假体设计的分区骨小梁结构。

基于三周期极小曲面骨小梁结构的设计及优化

背景:近年来骨组织工程支架结构应用广泛,但其稳定性、可控性较差并易产生应力集中。三周期极小曲面具有多孔性、光滑性、连通性、多样性及可控性等诸多优点,为骨组织支架设计及应用提供了新思路。目的:基于隐式曲面法构建骨小梁结构,应用有限元数值模拟方法及拓扑优化技术对其进行结构优化。方法:①基于隐式曲面法参数化构建三周期极小曲面结构,构建三周期极小曲面S-P型、D型和G型骨小梁结构;②采用有限元数值模拟方法对构建的骨小梁结构进行压缩仿真;③利用变密度法和固体各向同性材料惩罚模型建立S-P骨小梁结构拓扑优化数学模型,进行结构优化。结果与结论:①应力云图显示,3种骨小梁结构在单元结构相交处呈现较大应力值,S-P型出现在单元径向连接处,G型出现在轴向连接处,D型在轴向和径向连接处均有,S-P、G、D型骨小梁结构的等效应力分别为105.07,694.78,637.36 MPa;②位移云图显示,3种骨小梁结构接近施加位移面的部分位移最大,沿轴向递减,S-P型的总形变小于G、D型;③3种骨小梁结构的孔隙率均高于50%,其中S-P型孔隙率最高,达到90.7%,孔径为0.63 mm,骨长入性能优于G、D型;④经拓扑优化后,S-P型骨小梁结构的等效应力为149.11 MPa,质量减少13.9%,符合骨组织支架设计要求;⑤结果显示,基于三周期极小曲面参数化建模结合有限元数值模拟及拓扑优化方法对骨小梁结构进行设计优化,为骨植入物表面结构设计提供了新思路。

不同灰度阈值的骨质疏松性骨小梁3D模型的力学性能差异

背景:骨质疏松患者多伴有脆性骨折的发生,国内外很少利用3D骨小梁仿真模型压缩实验来阐明其发生发展机制。目的:建立不同灰度阈值的骨质疏松性骨小梁3D模型,通过机械压缩实验比较分析其骨小梁微结构、力学性能的差异。方法:选择1例老年骨质疏松性单侧股骨颈骨折患者,女性,69岁,采用GE64排螺旋CT对双侧髋关节自髋臼至股骨中上段行CT扫描,借助Micro-CT重建,建立不同灰度阈值的三维骨小梁模型,获取其微结构参数,通过机械压缩实验得出相关力学性能参数并进行比较。结果与结论:(1)成功建立不同灰度阈值的骨质疏松性骨小梁3D模型,随着灰度阈值的增加,骨体积分数降低,骨表面积密度降低,骨小梁数量减少,骨小梁分离度增大;(2)随着骨小梁灰度阈值的增加其弹性模量降低,可以看出屈服强度、压缩强度及最大抗压力也呈现出这样的趋势;(3)提示不同灰度阈值所打印的3D骨小梁仿真模型,其骨微细结构参数及力学性能参数有明显差异,可为骨质疏松脆性骨折的发生发展机制在材料力学方面提供一种新的研究方法。

仿生骨小梁与规则多孔结构骨整合性能的体外细胞学对比研究

目的探究相同孔隙率和孔径大小的仿生骨小梁与规则多孔结构对成骨细胞黏附、增殖、分化的影响,为钛合金植入体骨整合性能的改良提供理论依据。方法利用计算机辅助软件生成相同孔隙率和孔径大小的仿生骨小梁与规则多孔结构,采用选择性激光熔融技术将其加工为直径10 mm、高3 mm的圆盘状Ti6Al4V支架。将处于生长对数期的小鼠成骨细胞前体细胞MC3T3-E1接种到两种支架上,分为仿生骨小梁组与规则多孔结构组。取培养3 h后的支架,进行吖啶橙染色和鬼笔环肽/DAPI染色,评估细胞黏附数量,取培养3 d后的支架进行扫描电镜检查,评估细胞的黏附状态。取培养1 d、3 d、5 d后的支架,进行CCK8检测,观察细胞的增殖情况。取诱导分化7 d和14 d后的支架,检测碱性磷酸酶(ALP)活性;取诱导分化14 d后的支架,利用RT-PCR检测成骨相关基因(ALP、OCN、RUNX2)的表达量;取诱导分化30 d的支架进行茜素红染色和100 g/L氯化十六烷基吡啶溶解矿化结节,定性和定量检测钙盐沉积,评估细胞分化情况。结果吖啶橙和鬼笔环肽/DAPI染色结果显示仿生骨小梁Ti6Al4V支架较规则多孔结构黏附更多的MC3T3-E1细胞,而且前者细胞骨架分布更为密集。扫描电镜结果显示仿生骨小梁Ti6Al4V支架上MC3T3-E1细胞伪足更长,伸展状态优于规则多孔结构。CCK8检测显示在第3天和第5天时,仿生骨小梁钛合金支架上MC3T3-E1细胞增殖数量较规则多孔结构明显增加,而且随着时间的增加两者差距逐渐增大,差异具有统计学意义(P<0.05)。细胞分化实验结果显示在7 d和14 d时,仿生骨小梁钛合金支架上的ALP活性高于规则多孔结构(P<0.05);诱导分化14 d时仿生骨小梁钛合金支架上MC3T3-E1细胞成骨基因(ALP、OCN、RUNX2)表达量明显高于规则多孔结构(P<0.05);在诱导分化30 d时,仿生骨小梁钛合金支架钙盐沉积量多于规则多孔结构,差异具有统计学意义(P<0.05)。结论孔隙率为65%、等效孔径为600μm的仿生骨小梁结构较相同孔隙率和孔径大小的规则多孔结构更利于小鼠成骨细胞前体细胞MC3T3-E1在钛合金支架上的黏附、增殖和分化,理论上更利于提升钛合金植入体的骨整合性能。

IDEAL-IQ联合Micro-CT定量评估兔1型糖尿病骨髓脂肪含量和骨小梁微结构相关性的研究

目的 采用定量非对称回波的最小二乘估算法迭代水脂分离序列(iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least-squares estimation quantitation sequence, IDEAL-IQ)联合计算机显微断层扫描(micro computed tomography, Micro-CT)技术评估兔1型糖尿病腰椎骨髓脂肪含量和骨小梁微结构相关性。材料与方法 将16只雄性日本大耳白兔随机分为糖尿病组(n=8)和对照组(n=8),糖尿病组采用四氧嘧啶造模。在造模成功后第0、4、8、12、16周通过IDEAL-IQ定量评估兔腰椎骨髓脂肪含量。在第16周采用Micro-CT及组织病理学检查对兔腰椎骨小梁微结构进行定量评估。不同时间点腰椎IDEAL-IQ脂肪分数差异比较采用重复测量方差分析;同一时间点组间脂肪分数、Micro-CT骨小梁形态计量学参数、组织病理学参数差异比较采用独立样t检验或Mann-Whitney U检验;采用Pearson相关系数评估骨髓脂肪分数与骨小梁形态计量学参数、组织病理学参数相关性。结果 糖尿病组骨髓脂肪含量随时间变化呈上升趋势,且差异存在统计学意义(P<0.05),而对照组各时间点脂肪含量差异无统计学意义(P>0.05);糖尿病组与对照组腰椎骨髓脂肪分数在第16周差异有统计学意义(59.987±4.859 vs. 51.015±8.469,P<0.05);第16周糖尿病组骨体积、总表面积、骨表面积、骨表面积总体积比、骨小梁数量均低于对照组,而骨小梁分离度高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);组织病理学结果显示,与对照组相比,第16周糖尿病兔腰椎骨髓脂肪细胞数量(32.875±11.051 vs. 71.667±13.125, P<0.01)增加,而骨小梁数量(11.375±1.506vs.4.333±1.211, P<0.01)与骨小梁面积(0.927±0.071vs.0.312±0.100, P<0.01)明显减少;IDEAL-IQ脂肪分数与组织病理学脂肪细胞计数呈正相关关系(r=0.539 95%CI:0.012~0.832),与骨小梁模式因子、骨小梁结构模型指数、骨小梁分离度呈轻中度正相关关系,与骨矿物质密度、总体积、骨体积、骨体积分数、总表面积、骨表面积、骨表面积体积比、骨表面积总体积比、骨小梁数量呈轻至中度负相关关系。结论 1型糖尿病腰椎骨髓脂肪含量与骨小梁微结构变化存在相关性,IDEAL-IQ联合Micro-CT的多模态定量影像技术有望为1型糖尿病提供全面的骨髓微环境评估策略。

微重力场下对抗性训练对骨小梁和成骨细胞力学行为影响的模拟研究

目的:研究微重力场下宇航员对抗性训练对骨小梁和成骨细胞的力学行为影响,从一定程度上揭示微重力场下对抗性训练防治废用性骨质疏松的生物力学机理。方法:建立包含骨小梁、成骨细胞和骨髓的松质骨有限元模型,将骨小梁和成骨细胞定义为各向同性线弹性材料,模拟研究地球重力场(1×g)和微重力场(0×g)下,人体静止(应变幅值为0με)及不同强度的运动状态时(应变幅值分别为100、700、2000和3000με)骨小梁、成骨细胞的力学微环境(液体流速、液体压力、von Mises应力、应变)的变化规律。结果:地球重力场和微重力场下,人体运动时成骨细胞表面的液体流速均高于静止状态,且地球重力场下成骨细胞表面的液体流速高于微重力场。微重力场下,相比静止状态,运动可明显提高骨小梁、成骨细胞的液体压力,且相同运动条件下骨小梁、成骨细胞的液体压力无较大差异;不同强度的对抗性训练均可对骨小梁、成骨细胞产生一定的应力刺激,而骨小梁的von Mises应力与对抗性训练强度呈正相关;成骨细胞的应变值明显高于骨小梁,而且骨小梁、成骨细胞应变均与加载位移呈正相关。结论:微重力场下,宇航员进行对抗性训练可明显改善骨组织和成骨细胞的力学微环境,有助于维持骨密度,从而减轻废用性骨质疏松症。

积雪草酸对骨质疏松模型大鼠生物力学特性与骨小梁面积及Runx2蛋白的影响

背景:研究证实,积雪草酸以浓度依赖的方式促进成骨细胞分化,抑制成骨细胞凋亡,但目前关于积雪草酸对骨生物力学、Runx2蛋白的具体作用机制尚不明确。目的:探究积雪草酸对骨质疏松大鼠生物力学特征、骨小梁面积及Runx2蛋白的影响。方法:选用SD大鼠48只,随机分为假手术组、模型组、积雪草酸低剂量组和高剂量组各12只。除假手术组外其余大鼠双侧去卵巢建立骨质疏松模型,假手术组和模型组大鼠术后3 mL/(kg·d)生理盐水灌胃;积雪草酸低剂量组60 mg/(kg·d)积雪草酸灌胃;积雪草酸高剂量组120 mg/(kg·d)积雪草酸灌胃,各组大鼠均干预60 d。RT-PCR、Western blot检测检测骨保护素、Runx2的mRNA和蛋白水平,比较各组大鼠股骨生物力学特征、骨小梁面积及血清炎性因子水平的差异性。结果与结论:①大鼠最大载荷、刚度、总能量、弹性模量值假手术组高于模型组(P<0.05);与模型组相比,积雪草酸低、高剂量组上述指标均有所提高(P<0.05),且积雪草酸高剂量组高于积雪草酸低剂量组(P<0.05);②骨小梁面积假手术组高于模型组(P<0.05);模型组低于积雪草酸低、高剂量组(P<0.05);积雪草酸高剂量组高于低剂量组(P<0.05);③大鼠血清转化生长因子β1的水平模型组显著低于其他3组(P<0.05),积雪草酸高剂量组高于低剂量组(P<0.05);骨钙素、碱性磷酸酶、肿瘤坏死因子α水平模型组显著高于其他3组(P<0.05),积雪草酸高剂量组低于低剂量组(P<0.05);④骨保护素和Rnux2的mRNA表达水平假手术组高于模型组和积雪草酸低剂量组(P<0.05);积雪草酸高剂量组高于假手术组(P<0.05);⑤骨保护素、Rnux2蛋白表达水平模型组低于其他3组,积雪草酸高剂量组高于低剂量组;⑥结果说明,积雪草酸可改善骨质疏松模型大鼠骨生物学特征,提高骨小梁面积、降低炎性水平,其作用机制可能与促进Runx2表达有关。

钽金属骨小梁胫骨假体在初次全膝置换术后的中期疗效研究

目的比较初次全膝关节置换术(total knee arthroplasty,TKA)中应用钽金属骨小梁一体化胫骨假体(tantalum monoblock tibial component,TMT)和骨水泥型胫骨假体的中期临床效果。方法回顾分析2012—2015年在西京医院初次全膝关节置换术中应用TMT的患者54例(65膝)和骨水泥型胫骨假体43例(52膝)。TMT组54例(65膝),其中男性10例,女性44例;平均年龄(62.8±5.6)岁。骨水泥型胫骨假体组43例(52膝),其中男性8例,女性35例;平均年龄(64.4±4.8)岁。比较分析TMT组和骨水泥型胫骨假体组患者术后末次随访美国膝关节协会评分(knee society score,KSS)临床评分、KSS功能评分、疼痛视觉模拟评分(visual analogue scale,VAS)、关节活动度(range of motion,ROM)和胫股角(femorotibial angle,FTA),术后X线评价,并发症及假体生存率;比较分析TMT组患者术前及术后末次随访KSS临床评分、KSS功能评分、VAS评分、ROM和FTA。结果所有患者均获随访,随访4~7年,平均(5.0±1.8)年;两组患者术后末次随访KSS临床评分、KSS功能评分、ROM、VAS、FTA比较差异无统计学意义;TMT组患者术前与术后末次随访KSS临床评分、KSS功能评分、ROM、VAS、FTA比较差异有统计学意义。TMT组1例因膝关节不稳翻修,骨水泥型胫骨假体组2例因假体周围感染(periprostheticjoint infection,PJI)行部分翻修;TMT组术后早期透亮线逐渐消失,展现出良好的骨长入特性;TMT组PJI发生率较骨水泥型胫骨假体组低,两组术后其他并发症及假体生存率比较差异无统计学意义。结论初次TKA中应用TMT具有良好的骨长入和抑菌性等优势,临床效果良好,理论假体生存率长,但长期效果仍需观察评估。

血清戊糖素水平和骨小梁分数影响2型糖尿病患者椎体骨折的严重程度

背景:研究显示,2型糖尿病患者可以在骨密度正常范围甚至较高的情况下发生骨折,因此,在2型糖尿病患者中骨质量比骨密度预测骨折风险的作用更大。目的:评估血清戊糖素水平和骨小梁分数与2型糖尿病患者椎体骨折压缩程度的相关性。方法:选择2021年1月至2022年6月复旦大学附属上海市第五人民医院收治的骨质疏松性胸腰椎骨折患者80例,包括40例2型糖尿病患者和40例非糖尿病患者。收集所有患者的一般信息,包括性别、年龄、体质量指数、骨代谢生化指标等;采用双能X射线吸收仪检测患者骨密度,根据测量获得的图像使用TBS Insight?软件计算脊柱骨小梁分数;采用高效液相色谱法测定患者血清中戊糖素水平;使用Genant半定量分型对所有患者脊柱骨折压缩程度进行分级,分析各种变量因素与椎体骨折压缩程度的相关性。结果与结论:(1)糖尿病组患者的血清戊糖素水平高于非糖尿病组(P<0.05),骨小梁分数值低于非糖尿病组(P<0.05),两组腰椎骨密度、髋关节骨密度、严重骨折压缩占比比较差异均无显著性意义(P>0.05);(2)Spearman单因素相关分析结果显示,椎体骨折严重程度与糖化血红蛋白、血清戊糖素水平存在显著的正相关关系(r=0.310,0.796,P=0.005,0.000),椎体骨折严重程度与骨小梁分数之间存在显著的负相关关系(r=-0.915,P=0.000);(3)结果显示,骨小梁分数和血清戊糖素水平可作为一种评价骨质量的方法,两者与骨质疏松性椎体骨折严重程度显著相关。

骨小梁评分结合骨密度用于骨质疏松诊疗及骨折风险预测

目的探讨骨小梁评分(trabecular bone score,TBS)结合骨密度(bone mineral density,BMD)用于骨质疏松诊治及骨折风险预测的可行性。方法收集2022年1月17日至2022年8月22日在我院使用GE Lunar双能X线骨密度仪检测的患者临床资料进行回顾性分析。观察50岁以下男性及绝经前女性不同骨量患者占比及BMD、TBS数据趋势,对比50岁以上男性及绝经后女性患者的脆性骨折组和非骨折组年龄、体质量指数(body mass index,BMI)、BMD、T值及TBS等影响因素的结果差异,根据Logistic回归分析BMD和TBS在骨折风险方面的预测性能,采用ROC曲线分析其对骨质疏松脆性骨折的风险预测。结果50岁以下男性骨量正常占比97.06%,其中骨折中风险占比8.82%,骨折高风险占比8.82%,绝经前女性骨量正常占比96.26%,其中骨折中风险占比8.50%,骨折高风险占比2.38%。50岁以上男性脆性骨折66例,非骨折641例,其中两组之间年龄、BMI、BMD、T值及TBS差异均具有统计学意义(P<0.01),绝经后女性患者脆性骨折283例,非骨折1794例,其中两组之间年龄、BMD、T值及TBS差异均具有统计学意义(P<0.01),BMI差异无明显统计学意义(P=0.12)。BMD和TBS均为脆性骨折的独立预测指标,联合BMD和TBS预测骨折风险的AUC最大,为0.748。结论骨量正常的患者其也存在一定骨折风险,其中年龄、BMD、T值及TBS等因素起到了影响作用;BMD和TBS均为脆性骨折的独立预测指标,TBS在骨折风险评估方面能带来额外的诊断信息,从而提升诊断和预测性能。

基于骨密度、骨代谢及骨小梁数量分析微创经皮锁钉钢板治疗四肢骨折的价值

目的探讨基于骨密度、骨代谢及骨小梁数量分析微创经皮锁钉钢板治疗四肢骨折的优势。方法选择2020年2月至2022年12月在衡水市第四人民医院收治的200例四肢骨折患者,其中男性110例,女性90例;年龄33~49岁,平均年龄41.23岁;身体质量指数18.87~30.28 kg/m^(2),平均身体质量指数24.58 kg/m^(2);骨折时间3~6 d,平均骨折时间4.56 d;上肢骨折95例,下肢骨折105例;高血压11例,糖尿病8例,脂代谢异常3例;受伤因素,交通事故72例,机械伤53例,高处坠落75例。随机数表法将患者分为对照组100例和观察组100例,对照组患者实施钢板螺钉内固定治疗,观察组患者行微创经皮锁定加压钢板治疗。比较两组患者临床疗效、围术期指标、肢体功能、骨代谢指标、骨小梁、骨密度及并发症等参数。结果术后3个月,观察组患者优50例,良33例,一般10例,差7例,优良率为83.00%;对照组患者优20例,良30例,一般29例,差21例,优良率为50.00%;观察组优良率高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。观察组患者手术时间[(65.59±9.41)min vs(95.09±9.13)min]、骨折愈合时间[(18.55±2.88)d vs(25.67±2.91)d]、住院时间[(8.19±0.99)d vs(14.53±1.54)d]和术中出血量[(119.54±10.21)mL vs(241.33±11.92)mL]明显低于对照组(P<0.05)。术后3个月,两组患者肢体功能评分明显提高,且观察组患者肢体功能评分[(20.59±1.87)分vs(15.66±1.49)分]明显高于对照组(P<0.05);两组患者血清甲状旁腺激素(PTH)和Ⅰ型胶原C端肽(CTX)明显降低,两组患者血清Ⅰ型前胶原基端前肽(PINP)明显提高,且观察组患者血清PTH[(24.43±5.01)ng/L vs(38.89±4.76)ng/L]和CTX[(463.21±50.21)ng/L vs(499.03±48.87)ng/L]明显低于对照组(P<0.05),观察组患者血清PINP[(83.32±17.01)g/L vs(72.19±9.87)g/L]明显高于对照组(P<0.05);两组患者骨密度和骨小梁数量明显提高,且观察组患者骨密度[(0.73±0.17)g/cm^(2)vs(0.62±0.15)g/cm^(2)]和骨小梁数量[(4.02±0.29)U/mL vs(3.11±0.21)U/mL]明显高于对照组(P<0.05)。观察组患者骨不连(χ^(2)=3.886,P=0.049)和术后伤口感染(χ^(2)=4.781,P=0.029)发生率明显低于对照组(2%vs 13%、1%vs 17%。P<0.05)。结论微创经皮锁钉钢板内固定应用于四肢骨折患者,可有效提高临床优良率,改善围术期指标,恢复肢体功能,并纠正骨密度、骨代谢和骨小梁指标异常表达,降低术后伤口感染率,降低骨不连率和皮肤坏死率,安全有效,值得临床进一步研究并推广。

基于MicroCT的骨小梁参数测量系统的应用效果分析

为了更全面便捷地衡量动物临床试验骨质疏松情况,开发了一套基于Mirco CT图像的用于测量骨小梁参数的软件系统。在保留骨结构完好的前提下,使用12组成年猪额骨及颌骨样本进行Micro CT扫描成像,并根据二维断层图像,经过导入数据、三维可视化、圈定感兴趣区、二值化处理等步骤后进行骨密度、骨小梁厚度等参数测量。测量结果与Bone J进行对比,结果验证了本系统具有较高的测量准确性(各项参数相对误差均<5%),可视化效果直观,在动物骨小梁参数测量方面具有较高的应用价值。

去势大鼠骨质疏松性骨小梁的压缩断裂仿真

背景:目前已有相关有限元模型仿真模拟了股骨骨折,并探讨了载荷速率、载荷角度及松质骨在髋部骨折中的影响,但骨小梁的断裂仿真仍缺乏相关研究。目的:仿真模拟去势大鼠骨质疏松性骨小梁压缩断裂的生物力学过程。方法:取去势大鼠右侧股骨于Micro-CT扫描股骨远端,获得大鼠股骨感兴趣区域骨微结构参数及三维模型,在Geomagic Studio几何优化后在Hypermesh 14.0前处理,包括体网格划分、设置材料属性参数、边界条件,设置载荷1200 N,作用时间2 ms,在LS-DYNA软件中进行运算。结果与结论:①感兴趣区域骨小梁显示空间分布不均;②骨小梁体积小、数量少的部位最先开始出现变形断裂,板状及较大体积的骨小梁最后发生断裂塌陷;③Von-mises应力变化趋势与骨小梁断裂塌陷趋势大致相同;④感兴趣区域骨小梁断裂塌陷过程包括了垂直塌陷和水平扭转,其中水平扭转程度及速率低于垂直塌陷,使得横断面扭转成角大小及成角速率小于冠状面成角;⑤破坏单元的剪切应力增幅及峰值较Von-mises应力小;⑥提示骨小梁断裂塌陷是个复杂的过程,包含了不同平面的变形、成角。

采用骨小梁金属假体进行人工肩关节置换治疗复杂肱骨近端骨折

目的:评价采用骨小梁金属假体进行人工肩关节置换治疗复杂肱骨近端骨折的临床疗效。方法:回顾性研究2008年9月至2011年4月收治并获得随访的45例复杂肱骨近端骨折患者资料,男15例,女30例;平均年龄(64.9±10.6)岁(45～85岁);损伤侧别:左侧14例,右侧31例;受伤至手术时间平均(10.2±4.8)d。根据Neer分型,三部分骨折3例,三部分骨折脱位4例,四部分骨折2例,四部分骨折脱位22例,四部分外展嵌插4例,头劈裂10例。45例患者均使用骨小梁金属假体进行人工肩关节置换治疗,其中肱骨头置换39例,全肩关节置换6例。结果:45例患者术后平均随访(18.7±8.1)个月(12～41个月)。末次随访时患者肩关节活动度:前屈上举平均为130.4°±36.5°,外旋平均为37.6°±16.6°,内旋平均为第3腰椎椎体水平(±3个椎体);VAS疼痛评分平均为(0.5±1.2)分(0～4分),ASES评分平均为(81.4±13.9)分(43～100分),Constant-Murley评分平均为(81.6±13.6)分(52～100分),UCLA评分平均为(28.5±5.1)分(16～35分)。患者满意度为95.6%。患者术后拍摄手外旋肩关节正位、侧位和腋位X线片复查,42例患者大结节获得解剖愈合,3例出现大结节不愈合,2例出现肱骨头上移,无感染、假体松动、神经血管损伤等并发症发生。结论:采用骨小梁金属假体进行人工肩关节置换治疗复杂肱骨近端骨折的临床疗效良好,术后大结节骨块愈合率为93.3%。

大鼠去势后对颌骨和股骨骨小梁结构的影响

目的 观察雌激素低下时骨质疏松对颌骨和股骨骨小梁结构的影响。方法 切除SD雌性大鼠双侧卵巢 8周后处死大鼠 ,取颌骨和股骨标本 ,对组织切片进行骨组织形态计量学分析。结果 去势后大鼠颌骨、股骨均呈疏松化改变 ,实验组骨小梁面积比、骨小梁平均宽度、骨小梁平均间隔宽度与对照组具有显著性差异 (P <0 .0 5 ) ,股骨的变化更为明显。结论 骨质疏松对全身骨组织和口腔骨组织的影响具有差异性 ,颌骨骨吸收小于全身骨组织的吸收。

骨质疏松症对松质骨骨小梁应力与微损伤关系的影响

目的应用显微CT和微有限元分析评估微损伤、微骨折骨小梁的应力、应变,探讨骨质疏松症对骨小梁应力和微损伤、微骨折之间关系的影响。方法通过显微CT扫描健康和骨质疏松人体髋臼松质骨,构建松质骨块三维微有限元模型,在无摩擦的位移边界条件下模拟松质骨块的单轴压缩实验,通过非线性微有限元分析得到在不同表观应变下骨小梁的应力、应变、微损伤和微骨折。结果 0.05%-0.50%表观应变下,健康和骨质疏松松质骨未损伤骨小梁的应力在50 MPa以下,微损伤骨小梁应力在110 MPa以上。健康松质骨骨小梁的平均应力相对较高,骨质疏松松质骨骨小梁最高应力值相对较高。健康和骨质疏松松质骨骨小梁均出现微损伤,健康松质骨骨小梁微损伤较多,骨质疏松骨骨小梁出现微骨折。结论在表观小应变范围内,健康松质骨骨小梁能承受更高的应力,出现较多的微损伤,而骨质疏松松质骨高应力骨小梁群内出现微骨折。