胫骨远端关节面缺损有限元模型的生物力学分析

背景:采用有限元分析法进行骨与关节的生物力学研究得到了广泛应用,但是关于胫骨远端关节面缺损有限元分析,国内外少见关于此类的报道。目的:建立踝关节的三维有限元模型,制作胫骨远端关节面不同面积的缺损,并模拟在不同位相下胫骨远端关节面发生形变、位移情况,预测胫骨远端关节面缺损的最大允许程度和探讨踝关节创伤性关节炎的力学发病机制。方法:通过对1名正常成年男性踝关节的多排螺旋CT扫描,获得连续断层图片,导入Mimics医学建模软件生成实体模型后,应用大型通用有限元分析软件ANSYS13.0进行网格划分、材料属性赋值生成有限元模型。约束边界条件,模拟踝关节远端轴向受力,得出在不同位相下胫骨远端关节面有限元模型上的应力分布与位移结果。结果与结论:建立人体踝关节有限元模型总单元数为157 990,总节点数为193 801。3个位相,都是随着胫骨远端缺损面积的增大,接触面积逐渐减小,尤其是跖屈位在缺损直径13 mm的面积时,变化最为明显;3个位相的接触面积,在中立位接触面积最大;在中立位和背屈位都是随着胫骨远端关节面缺损面积的增大,应力峰值逐渐增大,都是在11-13 mm以后应力峰值明显增大;在中立位和背屈10°位,主要集中在后内和后外象限;在跖屈10°位,变化比较复杂,在11-13 mm,随着缺损面积的增大应力峰值变化明显增大,到13 mm应力峰值达到最大值。所以,胫骨远端关节面的最大缺损直径可认为是11-13 mm。胫骨远端关节软骨及骨床缺损直径超过11-13 mm的圆面积,关节功能将受到影响。

牵引复位器治疗四肢长骨骨折的生物力学特性分析

本文介绍快速牵引复位器的结构及设计原理,对该复位器进行生物力学分析。分析结果表明该复位器符合力学分解平衡原则和人体生理特点。顺势双反牵引复位器是一种携带便捷、设计巧妙、牵引复位性能好的复位器,在手术室、急救现场和战场均可使用,并且在临床应用中也取得了较显著的疗效,是目前值得推广使用的治疗四肢长骨骨折的医疗器械之一。

冻干羊膜重建腱鞘缺损对肌腱愈合的早期生物力学影响

目的采用冻干羊膜重建腱鞘缺损,探讨其对肌腱愈合及肌腱粘连的早期生物力学的影响。方法选取来亨鸡40只,随机分为实验组及对照组,每组20只。选用来亨鸡双足第Ⅲ足趾肌腱及腱鞘损伤模型:实验组缝合趾屈深肌腱断端后用两层冻干羊膜重建缺损的腱鞘;对照组直接缝合趾屈深肌腱断端,不进行腱鞘的修复。术后1、2、3、4周取材行生物力学检测,观察2组肌腱最大拉伸断裂强度及拉断肌腱粘连带功耗。结果实验动物均存活至实验完成,切口愈合好。2组均在2周时最大拉伸断裂强度下降,3周和4周时逐渐升高,术后1、2、3、4周各个时点实验组肌腱最大拉伸断裂强度均大于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);2组拉断肌腱粘连带功耗在1、2、3、4周均呈逐渐升高趋势,实验组在1、2、3、4周每个时点拉断肌腱粘连带功耗均低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论冻干羊膜重建腱鞘缺损能阻止肌腱外源性愈合,促进内源性愈合,提高了肌腱愈合质量,为早期主动功能训练提供了必要条件。

应用2种内固定方法对骨盆后环应力传导的生物力学比较

目的比较应用微创可调式接骨板联合单枚骶髂螺钉与2枚骶髂螺钉固定骨盆后环对骨盆应力分布的影响。方法选取5具防腐成年男性骨盆标本,保留L_4至双侧股骨近端1/3,剔除软组织,保留完整的耻骨联合、双侧骶髂关节及周围韧带、双侧髋关节、双侧骶结节韧带、双侧骶棘韧带,黏贴应变片。将标本置于BOSE生物力学试验机,模拟双足站立中立位,垂直加载负荷至520 N,记录完整骨盆的应变值。制作Tile C型骨盆骨折模型,耻骨联合用钢板固定,后环骨折复位后依次应用2种方法进行固定。分别记录2种内固定方法固定骨盆后环时的应变值。结果完整骨盆在垂直负荷下,同一标本两侧对应位点的应变值差异无统计学意义(P>0.05),应变集中位点沿骶股弓走行分布。与完整骨盆的应变值相比,2种方法固定的骨盆后环,除位点5、6、10、11外,其余位点差异无统计学意义(P>0.05)。在500 N垂直负荷下,应用微创可调式接骨板联合单枚骶髂螺钉固定的骨盆各位点应变值更接近完整骨盆的应变值。结论完整骨盆在垂直负荷下的传导与骶股弓走行大致相同。应用微创可调式接骨板联合单枚骶髂螺钉固定骨盆后环比单纯使用2枚骶髂螺钉能更好地恢复力学的传导。

Schatzker Ⅱ型胫骨平台骨折2种内固定方法的生物力学对比研究

目的比较2种不同内固定方式治疗SchatzkerⅡ型胫骨平台骨折的生物力学性能。方法收集8对完整的成人防腐下肢标本依照预先设计的方法制作SchatzkerⅡ型胫骨平台骨折模型,将8对骨骼标本采用随机数字表法分成A(A1、A2)、B(B1、B2)组,A组采用3枚"竹筏式"拉力螺钉(3.5mm)结合高尔夫接骨板固定,B组采用3.5mm胫骨外侧解剖锁定"L"型钢板固定。采用直径1.5cm的钢球作为施压模具对A1、B1组进行局部垂直加载力学试验,记录塌陷骨折块垂直位移2mm时的载荷;采用同一防腐尸标本的股骨远端对A2、B2组进行垂直加载力学试验,记录载荷为400、800、1 200、1 600N时劈裂骨块的垂直位移以及最大失效载荷。结果在塌陷骨块位移到达2mm时,A1、B1组载荷差异无统计学意义(P>0.05);在载荷为400、800、1 200N下,A2、B2组位移差异无统计学意义(P>0.05);在载荷为1 600 N下,A2组劈裂骨块的垂直位移为(0.955±0.099)mm,B2组为(1.139±0.125)mm,其差异有统计学意义(P<0.05);劈裂骨块移位达到2 mm时的失效载荷:A2组为(3 164.000±76.315)N,B2组为(2 853.000±98.297)N,其差异有统计学意义(P<0.01)。结论 "竹筏式"拉力螺钉辅以高尔夫接骨板固定SchatzkerⅡ型胫骨平台骨折经过力学研究证实具有良好的支撑关节面和抗轴向压缩能力,较外侧解剖锁定"L"型钢板固定更具力学稳定性。

骨盆骨折内固定的生物力学进展

骨盆骨折是人体常见的骨折之一,近年来随着交通事故增多其发生概率有增多的趋势,且骨盆骨折易合并严重的并发症,如盆内脏器、血管、神经等重要结构的损伤及脂肪栓塞等。对于骨盆骨折的治疗,随着医疗水平和设备的进步发展已有许多不同的固定和手术方式。骨盆是由一块骶骨和两块髋骨组成的环形结构。其中髋骨由髂骨、坐骨和耻骨三块骨在Y形软骨处交汇融合而成。单独的骶骨或髋骨没有内在的稳定性.

不同角度植骨和空心钉固定股骨颈骨折的生物力学研究

目的探讨游离髂骨块不同角度植骨、空心钉固定股骨颈骨折的生物力学效果,为临床应用提供生物力学依据。方法选用9对成人防腐股骨标本,随机分入0°角植骨组和30°角植骨组。所有标本均制成股骨颈骨折模型,解剖复位后采用3枚空心钉及髂骨块固定,空心钉呈正等腰三角型分布,髂骨块越过骨折线约1.5 cm,其中0°角植骨组髂骨块位于三枚空心钉中间,并与其平行,30°角植骨组髂骨块与空心钉成30°角。2组标本均应用Electroforce 3520-AT生物力学实验机进行抗扭转、抗压、循环载荷及极限载荷实验。结果抗扭转实验中使股骨头扭转3°和5°时,30°角植骨组扭矩值均大于0°角植骨组(P均<0.05);抗压实验中在700 N和1 000 N的垂直载荷下,30°角植骨组位移值均小于0°角植骨组(P均<0.05);所有标本均成功完成了循环实验,无疲劳骨折、内固定失败出现。30°角植骨组能够承受的极限载荷比0°角植骨组大11.7%(P<0.05)。结论采用3枚空心钉固定股骨颈骨折时,30°角植骨的生物力学稳定性优于0°角植骨,本实验结果为临床上治疗股骨颈骨折采用最佳的植骨方式提供了生物力学依据。

应力分散型适形髓内钉的生物力学初步研究

髓内钉主钉断裂仍时有发生,断裂率为2.4%~6.3%。本课题组设计了一种新型髓内固定装置——应力分散型适形髓内钉,通过生物力学试验,对比分析应力分散型适形髓内钉(实验组)与传统髓内钉(对照组)在骨折疲劳试验中的生物力学特性,以解决髓内钉断裂的问题。2对4根尸体股骨的固定装置生物力学结果显示,应力分散型适形髓内钉固定的疲劳寿命较传统髓内钉固定在50万次循环后均未出现系统失败。实验组在峰值载荷为2 800N时出现固定失败,骨折截骨面轴向压缩距离为(3.98±0.12)mm。对照组在峰值载荷为2 600N时出现固定失败,骨折截骨面轴向压缩距离为(2.17±0.06)mm。实验组骨折截骨面轴向压缩距离长于对照组。因此,新型应力分散型适形髓内钉在生物力学方面较传统髓内钉有明显的伸缩性和应力分散作用,未来生物力学应在量化弹性结构的标准方面持续推进,以求最优的应力分散效果。

富血小板血浆对软骨修复的生物力学研究

目的探讨自体富血小板血浆(platelet rich plasma,PRP)修复兔膝关节软骨损伤后生物力学变化。方法构建兔膝关节软骨完整模型作为对照组,构建兔膝关节股骨负重区内侧软骨损伤模型,用自体PRP注入右膝作为PRP组,用生理盐水(normal saline,NS)注人左膝作为NS组,术后1、3、5周分别取材,观察软骨修复情况,用压敏片测试膝关节内、外侧关节面接触面积及压强。结果术后1、3、5周,大体观察新生软骨组织,PRP组均好于NS组,术后5周PRP组与对照组比较,胫股关节内、外侧接触面积及压强差异无统计学意义(P>0.05)。结论 PRP可以修复受损软骨,修复后膝关节软骨组织的接触面积及接触压力接近正常软骨组织。

大腿增生性肌炎诊治1例报道并文献复习

增生性肌炎(proliferative myositis,PM)是一类发生在肌肉组织的炎症性疾病。根据《世界卫生组织软组织肿瘤分类(2020版)》,PM属于纤维母细胞与肌纤维母细胞肿瘤类的良性肿瘤,“国际疾病肿瘤学分类”编码为8828/0 [1-2] 。其实质是肌纤维周围的纤维结缔组织增生性炎症,并非肌纤维本身的炎症。2023年4月河北医科大学第三医院收治1例PM相关患者,现报告如下。

股骨近端仿生髓内钉远端不同锁定方式固定股骨转子间骨折的生物力学研究

目的通过有限元分析模拟股骨近端仿生髓内钉(PFBN)远端动态锁定和静态锁定固定股骨转子间骨折的生物力学特性。方法采集1例成年男性志愿者髋关节至胫骨上段CT影像数据,应用Mimics 20.0和Geomagic 2013软件建立股骨三维模型,运用NX 12.0软件将股骨三维模型制作EvansⅠ型股骨转子间骨折模型,并参考常用内固定参数,分别建立4种股骨转子间骨折的PFBN固定模型:远端单横钉动态锁定(模型A)、单斜钉动态锁定模型(模型B)、单钉静态锁定模型(模型C)和双钉静态锁定模型(模型D)。采用Abaqus6.14软件加载分析内固定应力及骨折断端位移情况。结果在2100 N载荷下,四种模型的应力峰值均位于主钉,其中主钉应力峰值最小的为模型D(161.9 MPa),较模型A(192.5 MPa)减少15.9%,较模型B(191.9 MPa)减少15.6%,较模型C(163.3 MPa)减少0.9%;固定螺钉应力峰值最大的为模型A(95.3 MPa),最小的为模型B(91.5 MPa),模型C和D的分别为91.5、92.2 MPa;内置物整体位移由大到小依次为模型A(10.14 mm)、模型B(10.10 mm)、模型C(10.09 mm)、模型D(10.05 mm),骨折端位移由大到小同样为模型A(0.125 mm)、模型B(0.121 mm)、模型C(0.110 mm)、模型D(0.098 mm)。结论相较于动态锁定,PFBN远端静态锁定可以增强内固定稳定性,并减少内固定应力集中情况的发生。

《原发性骨质疏松症诊疗指南(2022)》解读

骨质疏松症是影响人类健康最常见的骨骼疾病之一,被称作“沉默的杀手”,随病情进展,可出现疼痛、脊柱畸形,进而并发骨质疏松性骨折,骨折之后导致的各种并发症危及患者生命,但目前对骨质疏松症的知晓率、诊断率、治疗率仍然很低。本文结合国内外指南意见,对我国《原发性骨质疏松症诊疗指南(2022)》进行解读,旨在提升医生和患者对骨质疏松症及骨折风险的认知和理解,从而提高该病的早期预防、诊治和管理水平。

骨小梁的形态结构和生物力学性能研究进展

骨小梁在人体骨骼系统中具有重要的力学支撑和应力传导作用。正确全面理解骨小梁的形态结构和生物力学性能对于肌肉-骨骼系统等疾病的临床诊断和治疗方面具有重要的指导意义。在过去的十年,影像学、生物力学和有限元分析技术取得了前所未有的进展,也有助于我们更加正确全面地了解骨小梁。但骨小梁具有多孔性和非均匀性等结构特点,使研究其形态结构和生物力学性能十分困难。本文就其作一综述。

胫骨平台Hoffa骨折畸形愈合的生物力学研究

目的探索胫骨平台Hoffa骨折畸形愈合后膝关节内力学传导的变化,确定胫骨平台应力与畸形愈合之间的关系。方法取28具福尔马林防腐处理的膝关节标本,男性与女性各半,年龄为(51.4±9.5)岁。膝关节结构完整,屈伸活动无异常,X线检查排除骨质疏松、结核及可能影响骨质的疾病。膝关节标本分为1个对照组(正常完整胫骨)(n=4)与6个胫骨平台Hoffa骨折畸形愈合模型组,每组男女各半:3个垂直畸形愈合组(即V1组、V2组、V3组,分别为垂直向下移位1、2、3 mm,n=4)和3个分离畸形愈合组(即S3组、S5组、S7组,分别为分离移位3、5、7 mm,n=4)。在膝关节被动屈曲0°、30°、60°、90°、120°下施加600 N垂直载荷,利用压敏片分别测量膝关节内、外侧间室的应力大小。结果在600 N的垂直载荷下,当膝关节呈中立位(即屈曲0°)时,不同畸形愈合模型的胫骨平台内、外侧应力值与对照组差异均无统计学意义(P>0.05)。当膝关节屈曲角度增大到30°时,V3组和S7组的胫骨内侧平台应力均显著大于正常胫骨内侧平台应力,差异均有统计学意义(P<0.05)。膝关节屈曲角度为60°时,V3、S5、S7组内侧平台应力均显著大于对照组,且与对照组的差异较膝关节屈曲30°时增大,差异均有统计学意义(P<0.05)。膝关节屈曲角度为90°时,V2、V3、S5和S7组内侧平台应力显著大于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);而V3的胫骨外侧平台应力显著小于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。当膝关节屈曲角度进一步增大达到120°时,所有畸形愈合模型组内、外侧平台应力值与正常胫骨差异均有统计学意义(P<0.05),且相较于90°的差异值明显增高,差异均有统计学意义(P<0.05)。在600 N的垂直载荷下,对照组与所有畸形愈合组膝关节未弯曲(即0°)的情况下内、外侧平台的应力差异无统计学意义(P>0.05)。当膝关节屈曲角度的增大到30°时,对照组内、外侧平台的应力差异无统计学意义(P>0.05),但V3组和S7组内、外侧平台应力差异均有统计学意义(P<0.05)。当膝关节屈曲角度达到60°、90°、120°时,所有组内、外侧胫骨平台的应力比较差异均有统计学意义(P<0.05)。结论胫骨平台Hoffa骨折发生畸形愈合后膝关节应力峰值与畸形愈合程度、膝关节屈曲角度相关。轻度畸形愈合与正常膝关节的力学性能差异不大,但较大移位(垂直移位>2 mm,分离移位≥5 mm)会增加膝关节应力峰值,增加膝关节炎的风险。当畸形愈合程度确定时,膝关节屈曲角度增加会增大胫骨内外侧平台应力峰值的差异,增加膝关节炎的发生几率。

膝关节失衡综合征在骨科临床中的应用

1886年,英国的John K Spender医生首次提出了骨关节炎（Osteoarthritis）的概念,主要用来描述膝关节的退行性变引起的关节肿胀、疼痛和活动受限。几百年来,人们对于骨关节炎的发病机制仍不清楚。目前主流观点均认为膝关节骨性关节炎的疼痛主要是由于组成膝关节的软骨面退变引起[1],以这个理论为指导在全球范围内兴起了以膝关节置换术为其主要治疗手段的临床和基础研究。

胫骨近端松质骨不同层面骨密度和生物力学特性研究

目的探讨胫骨近端松质骨不同层面骨密度、生物力学特性以及两者的相关性。方法选取15侧成年男性胫骨标本,采用定量CT扫描,根据测量的胫骨平台松质骨人工破坏层面,随机将15侧标本平均分为3组(n=5):A组(关节软骨下1.5 cm层面的松质骨)、B组(关节软骨下3.0 cm层面的松质骨)和C组(软骨下骨0~3 cm区域的松质骨)。3组标本模拟站立位,连接至生物力学试验机,选取24个位点,施予600 N的垂直负荷,在松质骨破坏前、后分别记录应变值和标本整体位移值。分析A、B两组骨密度与位移值的相关性,比较3组标本松质骨破坏前、后应变值及标本整体形变值。结果A、B两组标本骨密度均与破坏前、后位移值呈负相关(P<0.05)。3组各自组内比较松质骨破坏前、后24个位点的应变值:A组8个位点松质骨破坏前、后应变值差异有统计学意义(P<0.05),其中6个位点应变值增大,主要集中于前交叉韧带止点周围和内侧胫骨平台。B组有3个位点松质骨破坏前、后应变值差异有统计学意义(P<0.05),3个位点应变值均增大,主要集中于破坏平面下方层面后方。C组有10个位点松质骨破坏前、后应变值差异有统计学意义(P<0.05),其中5个位点应变值减小,集中于破坏平面上方;5个位点应变值增大,集中于破坏平面下方。A、B、C组标本整体形变值分别为(0.033±0.003)、(0.015±0.003)、(0.066±0.007)mm,3组间比较差异有统计学意义(P<0.05),两两比较差异均有统计学意义(P<0.05)。结论胫骨近端松质骨骨密度在评估骨强度方面具有一定价值。破坏胫骨近端松质骨显著改变了胫骨近端应变分布,胫骨近端松质骨对应力支撑和负荷传导具有关键作用。

河北医科大学第三医院骨折治疗理念与原则

我们在长期临床实践中对骨科技术进行完善与创新,不断总结,提出了＂顺势复位、智微固定、个体化康复＂的骨折治疗理念与原则。骨折顺势复位是有效固定的前提,对于某一具体骨折,究竟进行解剖复位抑或功能复位,取决于患者的年龄、骨折类型、骨折部位、骨质状况、软组织条件以及医院的手术条件。顺势复位可以减少对骨折周围软组织的激惹及次生损伤,根据骨折具体情况,选择合适内固定物,智微固定骨折并进行个体化康复。

《骨质疏松性骨折诊疗指南(2022)》解读

骨质疏松性骨折是中老年人群中常见的骨骼疾病,该疾病发病率高、致残致死率高,给患者及家庭带来沉重的经济负担。中华医学会骨科学分会于2008年、2017年发布两版《骨质疏松性骨折诊疗指南》,2022年11月在此基础上依据最新的循证医学证据进行更新修订。本文将对更新后的指南进行解读,旨在为广大临床医师精准诊疗骨质疏松性骨折提供帮助。

生物栓塞材料的性能和应用

背景:血管内栓塞材料相继产出并应用于临床,在应用中不断出现新问题,对栓塞材料也不断提出新要求。目的:回顾性分析各类栓塞材料的应用及其优缺点,探讨其应用领域与栓塞材料的选择之间的相关性,为临床治疗提供参考。方法:检索中国知网和Pub Med数据库中相关文献资料,结合有关栓塞材料临床应用及实验研究的文献进行了系统评价。包括各种栓塞材料的栓塞机制、优缺点及临床应用状况,并指出了目前研究中存在的问题,展望了未来研究的发展方向及临床的应用前景。结果与结论:栓塞材料应具有生物可降解性和生物可相容性。目前,临床使用的栓塞材料有可吸收明胶海绵、聚乙烯醇颗粒栓塞剂、微弹簧圈以及液体栓塞材料,明胶栓塞材料优点在于无抗原性、组织相容性好、取材制备方便有优良的可压缩性和遇水再膨胀性。聚乙烯醇颗粒是一种高分子材料,不溶于水,膨胀系数高,机械式栓塞血管,无致敏反应,无全身急性毒性,无皮内刺激反应,使用安全有效。液体栓塞材料中黏附性液体栓塞材料不具有血管毒性,得到了广泛的应用。血管内栓塞材料相继产出并应用于临床,在应用中不断出现新问题,对栓塞材料也不断提出新要求。因此,各种栓塞材料均有各自的优缺点,没有一种栓塞材料能适用于所有病变,选择合适的栓塞材料对安全有效的治疗非常重要。

骨盆肿瘤术前栓塞对骨科手术后切口愈合的影响

目的探讨骨盆肿瘤术前栓塞对骨科手术后切口愈合的可能影响机制。方法收集2000年1月—2012年12月骨盆肿瘤患者119例,在骨盆肿瘤术前先行栓塞,观察骨科手术后切口愈合情况。119例中,65例栓塞材料以明胶海绵颗粒和明胶海绵条为主,为海绵组;54例栓塞材料以弹簧钢圈为主、明胶海绵条为辅,为钢圈组。分别统计两组骨科手术后发生切口延迟愈合及不愈合患者的例数,并比较组间差异有无统计学意义。结果骨科手术后,海绵组切口延迟愈合及不愈合11例,发生率为16.9%(11/65);钢圈组切口延迟愈合及不愈合2例,发生率为3.7%(2/54),组间差异有统计学意义(P<0.05)。结论末梢血管床的栓塞可能是骨盆肿瘤术前栓塞导致骨科手术后切口延迟愈合及不愈合的重要原因,通过改变栓塞材料有效的保护末梢血管床可以明显降低骨科手术后切口延迟愈合及不愈合的发生率。