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髋臼生物力学实验中骨盆位置选择的体会
骨盆骨折由高能量创伤所致,随着交通事故,工伤事故增多,骨盆骨折发病率呈上升趋势,开放性骨盆骨折是严重致命性创伤.由骨盆骨折波及髋臼,由髋关节中心性脱位所致髋臼骨折,治疗难度较大.对移位的髋臼骨折应以手术治疗为主,但髋臼骨折固定方法优劣,需要生物力学实验验证,同时生物力学实验推动骨外科学向新的阶段发展.
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骨盆髋臼三维记忆内固定系统对犬骨盆弓状线部骨折力学性能的影响
目的:建立一种骨盆弓状线部骨折的动物模型,探讨骨盆髋臼三维记忆内固定系统(acetabular tri-dimensional memory fixation system,ATMFS)对骨折愈合及力学性能的影响.方法:选用10只成年杂种家犬,建立双侧髋臼臼顶上方1.5 cm处的横形骨折动物模型,分别采用ATMFS前柱固定器和6孔重建钢板内固定,于术后1、2、4、8、12周各取2只动物,行X线检查、大体观察和生物力学测试.结果:动物术后12～24 h开始站立行走,定期复查未发现骨折端移位及内固定断裂.ATMFS侧骨折端无凌乱骨痂,术后4周即可见连续性骨痂通过骨折线.生物力学测试发现术后第1、2周两侧生物力学强度差异无显著性统计学意义(P＞0.05),第4、8周ATMFS侧骨折端生物力学强度明显高于钢板侧(P＜0.05),术后第12周两侧生物力学强度差距缩小,但ATMFS侧仍大于钢板侧.结论:通过双侧髋臼臼顶上方的横形截骨能够建立可靠的骨盆弓状线部骨折动物模型,ATMFS的解剖位固定和其产生的持续顺应生理力线的压应力能够促进骨折愈合.
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髋臼骨折不同内固定方式的生物力学稳定性研究
目的:探讨3种不同的内固定方式固定髋臼双柱骨折的生物力学稳定性.方法:16个髋关节标本随机分为4组,其中1组完整髋臼作为正常对照组,其余3组模拟双柱骨折后,分别按下列方法内固定:前柱螺钉加后柱钢板(SP),前柱钢板加后柱螺钉(PS),后柱双钢板(PP).通过连续垂直加载,记录骨折的位移程度和髋臼的接触特性.结果:在载荷800N时,SP、PS和PP 3组髋臼平均纵向位移位分别为(1.92±0.81)、(2.09±1.13)、(3.44±0.75) mm,SP与PP组比较差异有统计学意义(P=0.033).SP、PS和PP 3组髋臼平均横向位移位分别为(0.63±0.33)、(0.77±0.45)、(1.44±0.56) mm,SP组与PS组相比较差异有统计学意义(P=0.047).800 N载荷压力下,在髋臼负重区,与正常对照组相比,SP、PS和PP组分别接触面积增加了6％、9％和27％,其中PP组与正常对照组差异存在统计学意义(P=0.027);在髋臼负重区,与正常对照组相比,SP、PS和PP组平均应力分别增加了4％、29％和39％,其中PP组与正常对照组差异存在统计学意义(P=0.003).结论:在生物力学的稳定性和接触性方面,前柱螺钉加后柱钢板有较大优势.
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微创动力髋螺钉的应力测试和临床初步应用
目的:通过生物力学测试和临床初步应用明确微创动力髋螺钉(MTDHS)治疗股骨转子间骨折的效果.方法:采用成人新鲜尸体10根股骨标本,制成股骨转子间骨折模型,随机分为MTDHS组和动力髋螺钉(DHS)组进行骨折固定.标本在WE-5型万能试验机上加载不同级别载荷,以检测载荷-应变变化、载荷-位移变化、股骨的强度和刚度,试验数据经统计学处理,进行组间对比.临床应用MTDHS治疗股骨转子间骨折15例,按Harris标准评分,确定疗效.结果:MTDHS组股骨张力侧应变变化比DHS组小14%,压力侧应变小11%;下沉位移比DHS组小19%,水平位移小22%;外侧应力强度比DHS组高12%,内侧应力强度高11%;轴向刚度和弯曲刚度比DHS组分别高19%和37%:MTDHS组大破坏扭矩比DHS组高15%,而扭角变形小18%,大平均扭转刚度比DHS组高15%;在1800N的作用下,MTDHS组骨折断面张开角为2.28°,而DHS组达到3.60°,相差37%.以上数据经统计学处理,差异都具有统计学意义(P＜0.01).15例股骨转子间骨折经MTDHS固定,平均得分91分,优良率为92.7%,未发生内固定失效、术后感染等并发症.结论:MTDHS结构合理,能实现小切口微创植入固定,有效对抗骨折端旋转、剪切和内翻应力,是治疗股骨转子间骨折理想的内固定器械.
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单钉-沟槽柱翼钢板加WDFC治疗腰椎滑脱症的生物力学实验
目的:采用力学实验的方法,检验单钉一沟槽柱翼钢板加WDFC (Wendeng fusion cage)对腰椎滑脱复位固定后腰骶部的稳定程度.方法:取死后1～2 h内生前健康成人尸体,男9具,女3具,随机分2组,各取腰骶段(L3-S3)湿骨,制作腰椎滑脱疾病模型;采用单钉-沟槽柱翼钢板加WDFC分别制成单节段和跨节段固定试件,贴应变片.采用电测法,对每个试件分别测试2次应变值.实验获得的数据运用GRAFTOOL软件进行处理.结果:单节段与跨节段非破坏性压缩实验中相关系数、相关曲线无明显斜率变化.在单节段弯扭组合试验中试件各点应力均大致呈线性增长.在跨节段弯扭实验中,出现两侧对应点不对称斜率,失去稳定状态.结论:通过实验证明单钉-沟槽柱翼钢板加WDFC治疗腰椎滑脱复位固定后有着良好的稳定性.在各种加栽过程当中,应力与应变在大于人体行走负荷状态下均呈线性分布.同时,通过弯扭实验也证明单节段固定抗扭转性较跨节段固定有更好稳定性.
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通用脊柱椎弓根钉棒矫形固定系统治疗胸腰椎失稳性伤病的生物力学测试
目的:评价通用脊柱椎弓根钉棒矫形固定系统(GSPS)治疗脊柱失稳性伤痛的生物力学性能.方法:用新鲜猪胸腰段脊柱标本(T10-L3)制成失稳模型和骨折模型各4具,分别用自行研制的GSPS模拟手术固定.对试件进行轴向和弯曲扭转加载测试,观察GSPS的应力、应变关系特点.测试GSPS连接棒从弹性央块中的拔出力.结果:在0～600 N轴向加栽范围内,GSPS各点应变与应力呈线性关系;弯曲扭转实验中,试件两端之间相对扭转角与弯扭矩呈线性关系,当弯扭矩达到300 N·cm时,扭转角不到6°;GSPS的连接棒从弹性夹块中拔出的小拔出力大于3300 N.结论:GSPS具有较高的抗轴向和弯扭栽荷的能力,显示出高弹性.采用弹簧垫连接钉棒具有很高的可靠性.
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钢丝与不同钛缆内固定系统固定寰枢椎失稳的抗扭转生物力学比较研究
目的:比较襄枢椎不稳后路Brooks法固定技术中钢丝及不同钛缆内固定系统抗扭转生物力学性能.方法:6例新鲜寰枢椎复合体标本(枕骨-C3).在WD-5力学试验机上,分别测量正常寰枢椎复合体(N组)、寰枢椎不稳(M组)以及不稳时行寰枢椎Brooks法新型钛缆固定(A组)、Atlas钛缆固定(B组)、Songer钛缆固定(C组)、钢丝固定(D组)的寰枢椎复合体抗旋转刚度和强度的大小.结果:A、B、C、D组大扭矩分别为12.5、11.3、11.52、11.55N·m,抗扭刚度分别为58.81、53.17、54.11、54.35 N·cm/deg,新型双向锁定式钛缆(A组)在相同锁紧拉力条件下抗扭转强度高,同各内固定组与正常组(N组)相比差异有统计学意义(P<0.05).结论:Brooks法钛缆固定时,新型钛缆因为锁紧方式的改变达到了比钢丝和进口钛缆更好的抗旋转固定效果.
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骶髂关节解剖型棒-板内固定系统的生物力学评价
目的:探讨采用新型骶髂关节解剖型棒-板内固定系统(SABP)治疗骨盆骶髂关节骨折脱位的生物力学性能.方法:采集新鲜的冷冻尸体骨盆标本20具,造成骨盆骨折模型,采用实验应力分析方法,对SABP内固定和骶骨螺钉结合Galveston技术内固定、骶骨棒固定、重建钢板固定、骶髂关节螺钉等5种固定作对照比较,分别测定它们的刚度和强度.用以评价骨盆的稳定性.结果:采用新型骶髂关节解剖型棒-板内固定系统治疗骨盆骶髂关节骨折脱位,较骶骨螺钉结合Galveston技术内固定、骶髂关节螺钉、重建钢板固定、骶骨棒固定其骨盆的刚度分别高10%、11%、16%、21%,强度分别高12%、14%、21%、31%;应变分别小13%、14%、22%、25%,位移分别小10%、12%、16%、20%,差异有统计学意义(P<0.05),并且超过正常人骨盆标本,但差异无统计学意义(P>0.05).结论:采用新型SABP内固定装置治疗骨盆骨折,其强度、刚度佳,优于其他内固定方法,是一种理想的新型内固定器械.
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桡骨远端解剖型记忆聚合器的设计与临床应用
目的:寻找一种新的治疗桡骨远端骨折与骨不连的内固定方法.方法:根据桡骨远端的解剖学特点、骨折发生机制及骨折端的应力情况,利用镍钛生物记忆材料的特殊力学行为,设计一种专门处理此类骨折、骨不连的形状记忆合金接骨器.临床上采用该接骨器治疗桡骨远端粉碎性骨折5例,桡骨远端骨折骨不连20例.桡骨远端粉碎骨折组中,男3例,女2例;年龄44～65岁,平均51.3岁.骨不连组中,男14例,女6例;年龄34～70岁,平均55.7岁;其中采用普通钢板固定7例,三棱针固定8例,克氏针加钢丝固定2例,外固定架固定1例,石膏固定2例.结果:生物力学测试表明本接骨器具有良好的耐疲劳与重复使用性,初期产生的大环抱持骨力12.82 MPa,纵向压力13.6MPa.本组所有患者均得到随访,时间6个月～2年,平均1. 3年.1例出现切口软组织的浅表感染,经局部换药2周后,切口愈合.其余患者切口均Ⅰ期愈合.腕关节伸屈活动范围120°～140°,术后6～10周骨折线消失.所有患者术后骨折无成角畸形、骨折再移位出现,无骨不连发生,取出聚合器后无再骨折.结论:桡骨远端解剖型记忆聚合器符合桡骨远端的解剖特点,可以在骨折端产生持续纵向加压的作用,具有抗剪力、抗折弯力、抗分离、抗旋转作用,可以促进骨折愈合.
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评《骨伤科生物力学》
在当今信息时代,知识不断更新,骨伤学科也随着社会节奏的加快,交通、生产现代化的发展而发展很快.科学发展的特点是学科之间相互交叉而又相互促进.由于生物力学等边缘学科的迅速发展,给骨伤的救治,正确、合理有效的治疗,提供了可靠的理论根据.因此,为了适应骨伤学科生物力学知识更新日益加快的特点,编写一本既有基本理论、基础知识、基本技能,又能反映当代新进展,知识新颖而全面的教程——《骨伤科生物力学》,就显得十分必要.
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益肾护骨方对废用性骨质疏松的改善作用
目的:观察益肾护骨方对废用性骨质疏松大鼠的血尿生化水平、骨结构及股骨生物力学性能影响,探讨益肾护骨方对废用性骨质疏松的改善作用.方法:选取3月龄SD大鼠70只,随机分为正常组、假手术组、模型组、益肾护骨方高、中、低剂量组和阳性药物对照组(强骨胶囊),每组10只.模型组、益肾护骨方高、中、低剂量组和阳性药物对照组行右侧坐骨神经切断术,假手术组的手术过程只分离显露坐骨神经后缝合切口.益肾护骨方高、中、低剂量组分别于造模后第2天予以益肾护骨方52,26,16.25 g·kg-1,阳性药物对照组造模后第2天予以强骨胶囊0.25 g·kg-1ig,用药4周.检测血尿生化、股骨生物力学、胫骨组织形态计量学指标.结果:血碱性磷酸酶(ALP)、血清骨钙素(BGP)、血抗酒石酸酸性磷酸酶(TRACP)、尿羟脯氨酸(HYP)/肌酐(Cr)、骨小梁节点数、游离末端数及股骨生物力学指标,模型组与假手术组相比显著升高或降低(P＜0.01);与模型组比较,益肾护骨方高、中、低剂量组血ALP,BGP,TRACP,尿HYP/Cr,骨小梁节点数、游离末端数及股骨生物力学指标均显著降低或升高(P＜0.01).结论:益肾护骨方对废用性骨质疏松大鼠有不同程度的成骨作用,可以不同程度延缓或减轻大鼠废用性骨质疏松的发生.
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针刀干预对KOA兔内侧副韧带生物力学特性及软骨Integrin β1、Col-Ⅱ基因表达的影响
目的:通过观察针刀对内侧副韧带(MCL)生物力学特性及软骨整合素β 1(Integrin β 1)、Ⅱ型胶原(Col-Ⅱ)基因表达的影响,探讨针刀“调筋治骨法”治疗膝骨关节炎的作用机制.方法:40只新西兰家兔随机分为空白组、模型组、针刀组、电针组.造模后,针刀组和电针组分别治疗3周.应用Bose Electro Force 3300疲劳试验机对各组MCL进行拉伸、蠕变及应力松弛等力学测试;应用Real-time PCR法检测各组软骨Integrin β 1、Col-Ⅱ基因表达水平.结果:①拉伸试验示模型组MCL的各项指标降低,与空白组相比,差异显著(P＜0.01,P＜0.05),干预后各指标均有上升趋势,针刀组除大应力及弹性模量外,极限载入荷、大位移和大应变与模型组相比均有显著性差异(P＜0.05);模型组蠕变率与空白组相比,差异显著(P＜0.01),针刀组与模型组相比,差异显著(P＜0.05);电针组MCL的各项力学指标与模型组相比均无显著性差异.②Real-time PCR结果示,造模后,模型组膝关节软骨Integrin β 1、Col-ⅡmRNA表达量较空白组明显降低(P＜0.01);针刀及电针干预后,Integrin β 1、Col-ⅡmRNA表达量较模型组均明显升高(P＜0.01,P＜0.05).结论:针刀“调筋治骨”法对软骨Integrin β 1、Col-ⅡmRNA表达量有良性调节作用,这种作用可能与改善膝关节MCL的生物力学特性有关.
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拇外翻术后行“裹帘法”外固定对截骨端稳定性的影响
目的:分析“裹帘法”外固定方式对截骨端造成的应力环境,证实微创截骨手法整复术后行“裹帘法”外固定的可靠性.方法:在新鲜尸体标本上模拟微创第1跖骨截骨术,并行“裹帘法”外固定,在力学测试平台上测量截骨端相对位移变化情况、截骨端及趾蹼间应力数据.结果:“裹帘法”外固定下截骨端位移(0.27±0.03) mm,对截骨端愈合不会产生不利影响;“裹帘法”外固定下截骨端压力(21.03±1.93)N,趾蹼间受夹垫压力(4.89±0.42)N.结论:微创截骨手法整复术后截骨端存在微动,对截骨端愈合不会产生不利影响,截骨端愈合方式符合软骨内成骨.
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推拿治疗颈椎病经筋机制生物力学研究
目的:揭示推拿治疗颈椎病患者经筋作用生物力学机制.方法:2008年8月至2009年12月,采用简单随机方法,根据DAS 2.1.1版软件生成随机数字表,将65例颈椎病患者随机分为治疗组(微调手法组:包括理筋手法和颈椎关节调整手法)与对照组(牵引组),治疗组30例,男10例,女20例;年龄30-65岁,平均(42.31±13.23)岁;平均病程(12.40±6.23)月;平均体质量(61.21±10.23)kg.牵引组30例,男11例,女19例;年龄30-65岁,平均(45.54±14.35)岁;平均病程(13.25±6.06)月;平均体质量(62.31±10.45)kg.应用BiodexⅢsvstem等速测试系统测试颈部肌群力学性能,治疗前和疗程结束后各测试1次.结果:两组治疗前峰力矩(PT)、平均功率(AP)、屈肌峰力矩/伸肌峰力矩比值(F/E)比较没有统计学差异,治疗后PT、AP、F/E比较,治疗组优于对照组(P＜0.05);治疗组治疗前后PT、AP、F/E比较有统计学差异(P＜0.05).结论:推拿手法可以改善颈椎病患者颈部肌群收缩力量、做功效率,改善颈部肌群屈肌群和伸肌群的协调能力,从而有利于恢复颈椎病患者颈部经筋的生物力学性能.
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智能气囊小夹板治疗桡骨远端不稳定骨折的生物力学研究
目的:评价智能气囊小夹板治疗桡骨远端不稳定骨折的生物力学特性.方法:10只新鲜冷冻前臂取材于5具无骨病的尸体标本,随机制成模型A和模型B,分别用普通夹板与试验夹板固定,运用生物力学分析方法测量骨折稳定所需扎带与压垫的压强范围与两种夹板固定的生物力学特性.结果:①在大生理载荷下两组比较,桡骨远端不稳定骨折在试验夹板固定下骨折断端应力强度和刚度值均高于对照组,但无显著差异;②试验组夹板对肢体加载的压强值高于对照组,而断端移位小于对照组,且差异均无显著差异;③试验夹板压强在27-28KPa下能快速、高效、安全地获得生物力学稳定;纠正骨折块1cm需调高气囊压垫压强10-12KPa;④试验组夹板扭转生物力学特性及耐屈曲循环力学性能均显著优于对照组夹板(P＜0.05).结论:智能气囊小夹板是治疗桡骨远端不稳定骨折理想的外固定器械,符合新“动静结合理论”,有效防止骨块再移位并可调节骨折对位.
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腰段脊柱多体动力学模型模拟脊柱关节手法力学分析研究
目的:通过构建包含肌肉和韧带的腰段脊柱多柔体动力学模型,并模拟手法的力学条件,为分析手法的软组织力学效应提供新方法.方法:包含主要肌肉韧带的新鲜尸体的脊柱标本进行CT和核磁扫描,获取标本骨骼和脊柱周围软组织信息,通过清华大学多体动力学软件ThuDynamics进行建模,基于以上研究数据,OpenSim软件人体数据库及参考文献,分别构建腰椎骨骼、肌肉、韧带、椎间盘、关节接触模型,模拟手法的力学条件,分析手法的力学效应.结果:仿真计算发现松动手法应力主要集中在后关节和深部肌肉,对椎间盘影响小.冲击手法对于深浅层肌群、后关节、椎间盘应力影响较大,在扭力中心有明显的扭力集中现象.腰椎多体动力学模型可以数字化说明脊柱在不同力学状态下、关节应力变化、椎间盘内压变化,为脊柱手法力学机制的研究提供了有力的工具和基础数据.结论:腰椎多体动力学模型可以真实模拟不同手法时,肌肉、关节、椎间盘的应力变化,为手法机制等基础研究提供力学数据,并且为脊柱力学相关研究提供科学便捷的研究技术和新的方法.
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肠润通煎剂对糖尿病大鼠结肠重构的改善作用
目的:研究肠润通煎剂对链脲佐菌素所诱导的糖尿病大鼠结肠重构的影响.方法:40只SD雄性大鼠,30只大鼠造模后随机分为糖尿病对照组(DM组),肠润通高剂量治疗组(T1组)和肠润通低剂量治疗组(T2组),另外10只作为正常对照组(Con组).肠润通治疗组经灌胃给药,定期测量大鼠体质量.实验结束时取出结肠中段,0.9％氯化钠溶液冲洗称湿重后,切取3个1-2mm厚的肠环用作无载荷和零应力状态测量,剩余肠段用作充压(从0-20cm水柱)实验.形态几何数据,展开角和残余应变可从无载荷和零应力状态测量中获得,结合充压肠管的压力和直径的变化,计算肠管的周向和纵向的应力和应变.结果:与Con组比较,DM,T1和T2组体质量显著降低(P＜0.01).与Con组比较,DM组的结肠肠管单位长度湿重体重比,壁厚,壁横截面积和展开角均明显增高(P＜0.01),结肠壁的内外残余应变绝对值及周向和纵向刚度也明显增加(P＜0.05).T1处理能逆转糖尿病所致的形态学和生物力学变化(P＜0.05),但T2处理后各项指标与DM组无显著差异.结论:肠润通煎剂(高剂量)治疗可以改善糖尿病所致的结肠形态学和生物力学重构.肠润通煎剂可能是通过改善肠道生物力学特性的重构而发挥治疗便秘的作用.
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智能气囊小夹板治疗桡骨远端伸直型关节内骨折的三维有限元分析研究
目的:运用三维有限元(FE)对自行研制的智能气囊小夹板治疗桡骨远端伸直型关节内骨折的力学稳定性进行分析,评价其治疗有效性.方法:将1位26岁健康成年男性志愿者前臂通过智能气囊小夹板固定于掌屈尺偏位,CT扫描获得数据通过Imageware 13.0、Mimics 15.0、Ansys Workbench 15.0等软件建模分析,模型均施加100N轴向恒定载荷及28KPa基础约束载荷,骨折采用AO分型,对不同骨折模型夹板固定后的应力分布进行研究,分析试验夹板的生物力学有效性.结果:构件应力云图分布示,由于腕部软组织薄,应力主要集中于桡腕关节处.C2.3,C3.2,C3.3型骨折由于骨折块数量较多、较小,在载荷条件下,其骨折固定轴向稳定性较差.而对于C1.1,C1.2,C1.3,C2.1,C2.2及C3.1型骨折力学较稳定.气囊压垫在骨折端的基础压强在0.28-0.50KPa之间,纠正移位在lcm内的骨折块需调高基础压强0.13-0.22KPa.结论:智能气囊夹板对C1.1,C1.2,C1.3,C2.1,C2.2及C3.1型桡骨远端伸直型骨折生物力学稳定性较高,通过调节夹板气囊压垫压强可有效防止和纠正骨折块移位.
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四维调曲整脊法配合平衡针治疗寰枢关节错位临床研究
目的:从生物力学平衡和生命科学中枢调控角度,运用四维调曲整脊法配合平衡针治疗寰枢关节错位,并观察其疗效和安全性.方法:将96例寰枢关节错位患者随机分成治疗组和对照组,每组48例.治疗组用平衡针灸针刺后予四维调曲整脊法,对照组只用四维调曲整脊法.连续治疗15d为1个疗程,1个疗程后按标准评定疗效和进行随访.因失访病例9例,治疗后拒绝复查影像病例7例,故实际纳入研究共80例,治疗组42例,对照组38例.结果:治疗组总有效率100％,临床治愈率为90.4％,对照组总有效率94.7％,临床治愈率为76.3％,治疗组显著疗效高于对照组(P＜0.01).治疗组较对照组头痛、头晕的主要症状及其他合并症、张口位齿状突偏移、颈曲改变均有显著改善.结论:平衡针以中枢调控为手段及时镇痛,四维调曲整脊法是通过调整腰椎曲度,改善寰枢椎间的位置关系为目标,两者结合,急缓同治、标本兼治,能够有效改善或消除寰枢关节错位的症状和体征,治疗无不良反应.
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基于筋骨理论探讨膝骨关节炎筋骨失衡的治疗策略
筋骨系统是维持膝关节生物力学平衡的关键,筋在外,为肝所主,是膝关节的稳定体系;骨在内,为肾所主,是膝关节的支撑体系.膝骨关节炎时筋先病变,随着疾病发展,再伤及骨,提示了膝骨关节炎病在筋骨,病位在肝肾,生物力学失衡是筋骨失衡的关键病因.基于膝为筋之府,以膝关节筋骨结构为立足点,以筋骨力学平衡为切入点,结合膝骨关节炎“筋-骨”病机演变规律,归纳膝骨关节炎筋骨失衡的病理特点,提出筋骨互用是指导膝骨关节炎治疗的核心理念,并以此为基础,形成治筋、治骨与筋骨同治的新策略,从而恢复膝关节的筋骨力学平衡.
