医用生物陶瓷的功能性生物适配机制及应用

为了获得满意的临床疗效,优质医用生物陶瓷应该具备怎样的性能一直困扰着广大研究者。自20世纪90年代以来,作者团队致力于研发医用生物陶瓷,从基础科学研究到成果转化,再到临床应用,积累了丰富的研究和应用经验,相继提出了“生物适配”和“精准生物适配”理论。本文围绕“医用生物陶瓷(磷酸钙类材料)的功能性生物适配”这一主题分享本团队的学术研究成果和临床应用经验,从结构适配、降解适配、力学适配、应用适配等四个角度,结合骨科临床应用背景,探讨如何实现其生物适配和设计制造的有效衔接,旨在为医用生物陶瓷的设计、制造、监管和应用提供依据和建议。

3D打印金属椎体替代物力学性能评价

目的 对钛网及3D打印金属椎体替代物力学性能进行研究,为临床中人工椎体选择与结构优化设计提供指导。方法 通过压缩力学测试,对钛网及3D打印多孔型、桁架型与拓扑型椎体替代物的等效力学属性与结构破坏形式进行系统研究。结果 钛网等效弹性模量[(2 908.73±287.39) MPa]仅次于拓扑型椎体替代物,但其结构强度与稳定性较差,等效屈服强度[(46.61±4.85) MPa]高于多孔型椎体替代物,且在压缩中率先屈服;多孔型椎体替代物结构强度[(18.14±0.17)~(25.79±0.40) MPa]不足,难以满足脊柱重建力学要求;桁架型椎体替代物等效弹性模量[(2 477.86±55.19)~(2 620.08±194.36)MPa]与等效屈服强度[(77.61±0.50)~(88.42±1.07) MPa]良好但稳定性不足,在压缩过程中容易出现失稳现象;拓扑型椎体替代物具有最高的等效弹性模量[(3 746.28±183.80) MPa]与等效屈服强度[(177.43±3.82) MPa],可为人工椎体在体服役安全稳定提供更强保障。结论 拓扑优化方法可实现椎体替代物高强度、高稳定性设计,提供更大的设计空间与安全余量,为人工椎体轻量化与新材料设计提供更多可能。

骨科常见疼痛管理临床实践指南(2018版)

规范化的疼痛管理可以在提高医疗质量的同时节约医疗成本,降低患者的感觉、情感、认知和社会维度的痛苦体验。但是目前尚无适合于中国国情的高质量骨科常见疼痛管理指南。通过收集临床常见问题,查阅文献,遵循循证医学原则,经过全国专家组反复讨论,针对骨科常见疼痛的管理达成共识,供广大骨科医师在临床工作中参考应用。本指南主要内容包括:疼痛的分类、疼痛的评估、疼痛的管理目标以及药物及非药物治疗。

带血管蒂腓骨瓣移植在儿童恶性骨肿瘤切除重建中的研究进展

在儿童恶性骨肿瘤患者中,骨肿瘤的切除往往会造成长骨近端骨骺的缺损,而骨骺的缺损最终会直接影响肢体的生长发育,因此儿童恶性骨肿瘤切除术后重建相比成人更具挑战性。近年来的研究显示带血管蒂腓骨瓣移植(VFEG)能够在恢复关节功能、维持优秀的骨稳定性基础上,进一步修复生长板,恢复重建部位的轴向生长能力。本文就近年来有关VFEG的研究进展进行综述,深化对VFEG的认识,促进VFEG的临床应用与改进。

基于CiteSpace的PMMA骨水泥研究现状及热点的可视化分析

目的采用文献计量学方法分析聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥相关研究的发文量、发文国家、研究机构、发文期刊、作者和关键词,探究PMMA骨水泥的研究现状及研究热点。方法以Web of Science核心合集数据库为数据来源,基于CiteSpace软件和文献计量学在线分析平台对纳入的文献数据进行处理和可视化分析。结果共纳入1951篇文献,美国是发文量(444篇)和中心性(0.43)均位居第一的国家。发文量排名前3位的研究机构是瑞士伯尔尼大学(39篇)、瑞士AO基金会(34篇)、中国台湾长庚纪念医院(34篇)和中国苏州大学(33篇)。关键词突现分析中突现程度最高的关键词是全髋关节置换术(突现强度为15.28)。结论PMMA骨水泥研究主要集中于骨水泥临床使用适应证和材料性能改性研究,我国在该领域研究形成了科研能力较强的研究团队,但还需注重研究的深度和广度,加强国际合作。

二甲双胍对2型糖尿病患者脊柱内固定手术后远期功能的影响:一项回顾性研究

目的 探讨二甲双胍对2型糖尿病(T2DM)患者脊柱内固定手术后远期功能的影响。方法 选取2011年1月至2022年1月在空军军医大学西京医院骨科行脊柱内固定手术的T2DM患者,根据降糖药物的不同,将患者分为二甲双胍组和胰岛素组。收集患者的病历资料和生活质量、脊柱功能及疼痛的评估资料,采用t检验、单因素方差分析、Mann-Whitney U检验、Kruskal-Wallis H检验、χ^(2)检验和多元线性回归分析进行数据比较和分析。结果 共纳入患者204例,其中二甲双胍组108例(52.94%),胰岛素组96例(47.06%)。术后远期功能评估,相对于胰岛素,二甲双胍的使用可显著提高患者健康调查简表生理机能维度评分(75.14分vs 65.36分,P<0.05)和一般健康状况维度评分(58.02分vs 48.08分,P<0.05),同时显著降低颈椎功能障碍指数或Oswestry功能障碍指数(15.93 vs 23.16,P<0.05)。此外,空腹血糖或餐后血糖越高、手术节段越多和体质量指数越大是影响患者术后远期功能的危险因素(P<0.05);在手术方式方面,相对于颈前路椎间盘切除融合术,腰椎后路椎间融合术是影响患者术后远期功能的危险因素(P<0.05)。结论 相对于胰岛素,二甲双胍的使用可有效改善T2DM患者脊柱内固定手术后的远期功能。

不同来源外泌体对股骨头坏死的治疗作用研究进展

股骨头坏死(ONFH)是骨科的常见病和多发病,发病率逐渐增加,发病机制主要为骨内血流破坏导致骨坏死,治疗方法众多,但结果往往不尽如人意,严重影响患者的生活质量。而外泌体作为一种细胞分泌的囊泡,富含多种生物活性成分,通过侵袭、细胞分化、免疫调节等多种方式在组织修复、血管形成等方面存在重要的作用。研究者们发现不同来源外泌体在抑制骨细胞凋亡、促进血管生成方面起到一定的作用。本文将外泌体与ONFH的相关研究做进一步综述,以期为ONFH的可逆性治疗提供参考和依据。

广场舞对不同年龄段绝经后妇女腰椎骨密度影响的队列研究

目的探索广场舞对不同年龄段绝经后妇女腰椎骨密度(LBMD)的影响,为指导广场舞预防绝经后妇女骨质疏松问题提供参考依据。方法本研究设计为前瞻性队列研究,招募250名西安市绝经后中老年妇女,其中广场舞组170例,非运动组80例。广场舞组人群维持广场舞运动习惯,非运动组保持不运动的习惯,6个月后对两组人群进行LBMD检测。以似然比检验分析广场舞与年龄分级(45~65岁及>65岁)对LBMD的交互作用后按年龄分级进行亚组分析,并通过倾向性评分匹配校正年龄亚组内广场舞组与非运动组的组间混杂因素,最后通过校正匹配后的数据分析广场舞对不同年龄亚组内绝经后妇女LBMD的影响。结果在45~65岁绝经后妇女中,6个月后广场舞组测量LBMD均值高于非运动组,组间差异均有统计学意义(P=0.006);在>65岁的绝经后妇女中,6个月后广场舞组与非运动组的LBMD均值差异无统计学意义(P=0.149)。结论在45~65岁的人群中,广场舞能有效改善中年绝经后妇女的LBMD,在>65岁的老年绝经后妇女中,广场舞对参与者LBMD的改善效果不明显。

微重力环境对血管结构和功能的影响

随着航天事业的不断发展进步,长期失重对航天员的心血管功能及稳定状态提出了新挑战。研究表明,机体血管系统对机械应力高度敏感,在失重或模拟失重环境下,血管会随着重力的变化而发生形态和功能变化,血管内皮细胞作为血管的重要组成部分同样产生了不同程度的改变。本文就近年来失重对血管系统结构和功能的影响,以及失重对血管内皮细胞和血管平滑肌细胞等主要成分的影响作一综述。

脊髓损伤中坏死性凋亡关键基因的筛选与验证

目的筛选并验证脊髓损伤中坏死性凋亡的关键基因,为脊髓损伤的诊治提供新靶标。方法从基因表达综合(GEO)数据库的GSE151371数据集获取脊髓损伤样本(脊髓损伤组,n=38)和健康对照样本(健康对照组,n=10)的外周血转录组数据。利用R软件筛选差异表达基因,并对差异表达基因进行功能富集分析。利用机器学习算法(随机森林和LASSO)和蛋白质互作网络(PPI)分析筛选坏死性凋亡关键基因,并构建脊髓损伤的诊断列线图。建立大鼠脊髓损伤模型,采用Western blotting和免疫荧光染色进一步验证坏死性凋亡关键基因的表达情况。结果共筛选得到2050个差异表达基因。KEGG通路富集分析结果显示,差异表达基因涉及核苷酸结合寡聚化域(NOD)样受体信号通路、造血细胞谱系及坏死性凋亡等途径;GO富集分析结果显示,差异表达基因主要参与白细胞激活、三级颗粒、防御反应调节等方面。交叉分析筛选出15个坏死性凋亡差异表达基因。KEGG通路富集分析结果显示,坏死性凋亡差异表达基因参与坏死性凋亡、甲型流感和NOD样受体信号通路;GO富集分析结果显示,坏死性凋亡差异表达基因在细胞对细胞因子刺激的反应、细胞因子介导的信号通路和细胞因子反应中明显富集。整合两种机器学习算法和PPI分析,进一步筛选出两个特定的坏死性凋亡关键基因(IL1B和PLA2G4A)。利用IL1B和PLA2G4A建立的列线图可用于预测早期脊髓损伤的发生。大鼠脊髓损伤模型验证结果显示,脊髓损伤组IL-1β和PLA2G4A蛋白表达水平明显高于假手术组(P<0.05)。结论IL1B和PLA2G4A作为参与脊髓损伤发生的坏死性凋亡关键基因,可用于预测脊髓损伤的发生,有望成为防治脊髓损伤的新靶点。

新型腰椎关节突关节融合装置的有限元分析

背景:脊柱小关节骨关节炎被认为是引起老年人下腰痛的常见原因,新型脊柱小关节突关节融合装置能够在脊柱小关节骨关节炎的早期对病变的小关节突关节进行融合,明显降低了由于早期保守治疗不佳和晚期手术治疗引起的一系列并发症的发生率,但其对腰椎生物力学的影响尚未可知。目的:探讨新型腰椎关节突关节融合装置与传统融合装置的生物力学差异。方法:建立完整的L_(3)-S_(1)腰椎三维有限元模型并进行验证。在完整模型的基础上建立3组手术模型(双侧椎弓根螺钉固定模型、双侧新型小关节突关节融合固定模型和双侧关节突螺钉固定模型),手术节段为L_(4-5)。在500N载荷下,对所有腰椎模型施加7.5Nm力矩,计算L_(4-5)节段活动度、位移值和椎间盘应力值,以及L_(3-4)节段和L_(5)-S_(1)节段应力值。结果与结论:①与完整模型相比,各手术模型L_(4-5)节段的活动度都降低;②新型装置在左右旋工况下L_(4-5)节段活动度最小,在后伸工况下L_(4-5)节段活动度最大,在其他工况下L_(4-5)节段活动度大于双侧椎弓根螺钉固定模型;③新型装置在左右旋工况下L_(4-5)节段的位移值最小,在其他工况下L_(4-5)节段位移值大于双侧椎弓根螺钉固定模型;④对于新型装置在L_(4-5)节段的应力分布,在各个工况下都是最小的;⑤对于L_(3-4)节段新型装置在后伸和左右旋工况下的应力值最大,在其他工况下则小于双侧椎弓根螺钉固定模型;⑥与椎弓根螺钉固定相比,在L_(5)-S_(1)节段该新型装置的应力值都较小;⑦结果表明,与椎弓根螺钉固定相比,该新型装置通过对脊柱小关节进行融合,对腰椎的生物力学产生了一定的影响;在保留手术节段活动度的同时提供了一定的稳定性,同时也减少了手术节段及邻近节段椎间盘的应力值,从而对延缓椎间盘的退变有促进作用,进而表明该新型装置在理论上能够达到与椎弓根螺钉固定相类似的生物力学效果。

基于深度学习的儿童骨盆X线片质量控制模型的构建与应用

目的提出一种基于深度学习的儿童骨盆正位X线片质量评估方法,构建诊断模型并验证其临床可行性。方法回顾性收集3247例儿童骨盆正位X线片,随机分为训练数据集、验证数据集及测试数据集。构建人工智能模型,评估质量控制模型可靠性。结果模型的诊断准确率、ROC曲线下面积、灵敏度及特异度分别为99.4%、0.993、98.6%和100.0%。模型的骨盆倾斜指数95%一致性界限为-0.052~0.072;骨盆旋转指数95%一致性界限为-0.088~0.055。结论该研究首次尝试将AI算法应用于儿童骨盆X线片的质量评估,并显著改善了儿童发育性髋关节发育不良的诊疗现状。

深度学习在诊断和分类青少年特发性脊柱侧凸中的应用研究

构建了一种基于深度学习的自动诊断和分类青少年特发性脊柱侧凸的模型。该模型包括关键点检测和Cobb角测量。回顾性收集站立位脊柱全长X线图像共748例,其中602例用于训练和优化模型,146例用于测试模型性能。结果表明该模型具有较好的诊断和分类性能,准确率为94.5%,其Cobb角的测量结果与专家测量结果相比,94.9%都在临床可接受范围内,平均绝对误差为2.1°,一致性也较好(r2≥0.9552,P<0.001)。未来该模型可应用于临床,提高医生诊断效率。

Ca^(2+)在电磁场调控成骨细胞增殖与分化中的作用

目的:从定性和定量的角度探究电磁场(EMF)对成骨细胞内Ca^(2+)变化的影响,并试图探明Ca^(2+)在电磁场调控成骨细胞增殖与分化中的作用。方法:搭建频率为38.7 Hz,强度为1.5 mT的正弦EMF发生平台,将MC3T3-E1成骨细胞随机分为对照组和实验(EMF)组。EMF组施加EMF干预,每天干预8 h。利用CCK8检测成骨细胞增殖,ALP染色检测成骨细胞分化,Ca^(2+)荧光探针和流式细胞仪检测成骨细胞内Ca^(2+)浓度。结果:CCK8细胞增殖结果显示,EMF干预48、72、96及120 h,可显著促进成骨细胞增殖。ALP染色结果显示EMF干预14 d后,EMF组ALP表达显著高于对照组。Ca^(2+)荧光探针及流式细胞仪检测Ca^(2+)浓度结果显示EMF干预可促进成骨细胞内Ca^(2+)的增多。结论:EMF上调成骨细胞内Ca^(2+)信号可能与EMF促成骨细胞增殖和分化密切相关,但是哪些与Ca^(2+)相关的生物信号通路参与了EMF促成骨细胞增殖和分化效应,有待进一步研究。

富血小板血浆在治疗膝关节骨关节炎中的研究进展

膝关节骨关节炎(KOA)是指由于膝关节软骨变性、骨质增生而引起的一种慢性骨关节疾患,严重影响病人生活质量。目前针对KOA的治疗多为对症处理,对于逆转关节内结构损伤,促进其修复的药物研究仍不是很明确。富血小板血浆(PRP)是一种自体血液制品,富含大量生长因子和抗炎因子,具有改善关节内微环境的功效,可促使关节内组织修复。众多研究证明,PRP单独和(或)联合其他方法治疗,可降低关节内炎性因子水平,营造利于软骨修复的微环境,缓解病人症状。本文就PRP在治疗KOA临床应用中的研究进展进行综述。

生物钟与椎间盘退变的研究进展

椎间盘退变在老年群体的发病率很高,且呈现出年轻化趋势,是导致下腰痛最常见的原因。在椎间盘退变的过程中,椎间盘细胞的功能出现异常,细胞合成和分解代谢异常,细胞外基质成分降解,细胞死亡增加,最终导致椎间盘结构和功能异常。椎间盘是高度节律化的器官,每日经历着运动和休息状态产生的周期性力学载荷变化,而工作倒班或者飞行时差等节律扰乱行为,增加了慢性下腰痛的发生率,这提示生物钟破坏可能是导致椎间盘退变的重要因素。本文对生物钟紊乱如何导致椎间盘退变进行了系统回顾,并总结了靶向生物钟基因调控网络各个环节的干预策略,为预防和治疗椎间盘退变提供时间治疗学新思路。

MRI联合CT测量腰椎椎旁肌脂肪含量的初步研究

目的探讨MRI联合CT描计法、手动定义灰度阈值法测量腰椎椎旁肌脂肪含量的准确性及可行性。方法依据纳排标准,30例门诊腰椎退变病人入组,其中男15例,女15例,年龄为(57.18±10.52)岁(29~74岁),获取其腰椎CT及MRI影像,以L5上终板水平位的椎旁肌(多裂肌和竖脊肌)为研究目标,分别采用MRI联合CT描计法(CT+MRI组)和单纯MRI描计法(单纯MRI组)定义肌肉边界,并选取同一层面水平位的T2抑制像(T2-STIR)作为阳性对照,采用ImageJ软件测量肌肉总面积、功能面积,比较各方法之间的差异;进一步测量椎旁肌的脂肪替代面积和脂肪浸润率,比较自动获取影像灰度阈值(自动阈值组)与手动定义灰度阈值(手动阈值组)对T2加权像上椎旁肌肉脂肪化测量的影响。结果CT+MRI组的各椎旁肌肉总面积和功能面积均大于单纯MRI组,差异有统计学意义(P<0.05);CT+MRI组的椎旁肌总面积、功能面积与阳性对照组相近,单纯MRI组测量结果则明显小于阳性对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。椎旁肌脂肪浸润评估方面,手动阈值组各椎旁肌的功能面积较大、脂肪替代面积较小,所得的脂肪浸润率较低,差异有统计学意义(P<0.05);阳性对照组的结果与手动阈值组更为接近,而与自动阈值组的结果差异较大,均有统计学意义(P<0.05)。结论MRI联合CT描计肌肉边界、手动定义灰度阈值法,能够有效提高椎旁肌肉脂肪浸润评价的准确度。

光生物调节对大鼠脊髓损伤结构性生物标志物的影响以及临床验证

目的探索光生物调节(PBM)对脊髓损伤(SCI)结构性生物标志物的影响,为后期SCI结构性生物标志物作为PBM疗效评估指标创造可能性。方法在动物实验中,将大鼠分为假手术组(Sham组)、SCI组、SCI+光照组(PBM组)3组,每组9只,在造模前与造模后1、3、7 d进行BBB评分并采集血清与脑脊液,利用酶联免疫法检测各组大鼠各时间点血清与脑脊液中结构性生物标志物(S100β、GFAP、TAU、MMPs、pNF-H、NSE)的浓度,对比分析其与大鼠BBB评分在PBM干预下的变化特征,并以此结果为基础,在临床展开验证。在临床实验中,根据纳入排除标准,将招募的SCI患者按照是否接受PBM治疗分为单纯减压手术+光照组(DP组)和单纯减压手术组(D组),在术前对两组患者进行ASIA评分,并于术前与术后1、3、7 d采集两组患者血清标本,检测并比较在动物实验中受PBM影响较大的结构性生物标志物(S100β、TAU、pNF-H、GFAP),在术后3个月随访时再次对患者进行ASIA评分,并与术前检查结果进行比较。结果在动物实验中,PBM组大鼠的BBB评分在造模后第3日开始高于SCI组,并于第7日显著高于SCI组(P<0.01)。PBM组与SCI组大鼠血清与脑脊液中的结构性生物标志物浓度均在造模后开始升高,并都在1~3 d内达到峰值,PBM组大鼠1、3、7 d血清中S100β、GFAP、TAU、pNF-H的浓度均显著低于SCI组(P<0.01),PBM组大鼠1、3、7 d脑脊液中的S100β、GFAP、TAU、MMPs、pNF-H、NSE浓度显著低于SCI组(P<0.01)。在临床实验中,DP组患者术后3、7 d血清中的TAU、pNF-H、GFAP浓度显著低于D组(P<0.01),并且随访发现,术后3个月DP组患者的ASIA针刺觉与轻触觉评分显著高于术前(P<0.05)。结论PBM在促进神经功能恢复的同时,可降低血清和脑脊液中SCI结构性生物标志物的浓度。

磁共振3D-DESS序列在小儿多指(趾)畸形术前评估中的应用

目的 探讨MRI三维双重回波稳态成像(3D-DESS)序列在小儿多指(趾)畸形术前评估中的应用价值。方法 前瞻性选择2021年5月至2022年4月期间我院骨科收治的多指(趾)畸形患儿18例为研究对象,术前对患儿进行MRI 3D-DESS序列列扫描,由两名高年资医生采用双盲3分制法分析图像质量;且以手术探查结果为金标准,分析图像结果与术中探查结果的一致性。结果 18例患儿均扫描成功,图像能清晰显示软骨骨骺、肌腱及骨组织,所有图像质量均满足诊断要求,其中16例(88.9%)评分为3分,平均为2.6±0.3,两位医生对图像质量的评估ICC值为0.8579(95%CI:0.7253-0.9658)。所有病例图像诊断结果与术中探查结果完全一致。结论 无创无辐射的MRI 3D-DESS序列可提供患儿畸形指(趾)的软骨骨骺、肌腱及骨组织生长发育情况,对于小儿多指(趾)畸形术前的评估及手术方案的制定具有较高的临床诊断价值。

老年患者跌倒检测系统的设计与实现

目的:设计老年患者跌倒检测系统用以解决老年患者因意外跌倒而未能被及时发现的问题,提高医疗护理效率。方法:基于实时流传输协议(RTSP),结合YOLOv5和Kalman算法,采用Vue及Flask等技术设计老年患者跌倒检测系统,搭建可视化后台系统管理,通过多路视频流综合处理为医疗工作者提供统一管理平台,实现人体跌倒行为的自主检测与报警。选取2020-2022年在空军军医大学西京医院进行跌倒检测的30名健康志愿者,根据模拟行为类别将其分为正常行走组、蹲起组和跌倒组,每组10名,采用检测准确率和检测速度两项评价指标对跌倒检测性能进行评估,验证判断老年患者跌倒检测系统能否达到及时准确的跌倒检测与报警要求。结果:正常行走组、蹲起组和跌倒组的总体跌倒检测速率可达29帧/s,准确率可达95.24%,系统能够及时响应跌倒警报。结论:老年患者跌倒检测系统可辅助医护工作者及时发现并处理跌倒行为的发生,提升老年患者跌倒检测效率,能够满足老年患者跌倒行为的实时检测和报警。