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颈部肌力和软组织刚度测试的研究进展
颈部肌肉的生物力学评价对颈椎病的诊疗有着重要意义,颈部肌力和软组织刚度测试是颈部肌肉生物力学测试的两个方面.等长肌力测试操作相对简单、成本较低,能对3级以下的肌力进行评价,而等速肌力测试可评定关节活动在任意位置上的肌力情况.利用载荷-位移曲线评价局部软组织刚度时不能区分不同组织间的刚度差别,而弹性成像技术不仅能够利用图像显示不同组织的弹性差异,还可以对皮下组织和肌肉的弹性模量分别进行量化分析,但很难通过分析颈部整体的刚度来观察颈椎柔韧性的不同.总之,多种测试方法的联合运用不仅有助于颈部肌肉的生物力学评价,而且有助于有效的颈部肌肉的生物力学数学模型的建立.另外,等速肌力测试和弹性成像技术更好地应用到颈部肌肉的生物力学测试上还有待进一步验证和优化.
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脊柱生物力学测试研究进展
随着现代力学测试手段的不断改进,各种生物力学测试方法广泛运用于脊柱力学研究.然而不同测量方法受到诸如适应范围、精度等因素影响,所以根据研究目的选择合适测试手段非常重要.本文就近年来有关脊柱生物力学测试的测量模型类型、标本长度的影响、脊柱运动测试方法进展以及加载负荷的运用等方面作一综述.
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一种新型腰椎动态固定系统的初步生物力学分析
目的 设计一种后路腰椎椎弓根动态固定系统,并对其进行生物力学试验,从而为其临床应用提供一定可行性依据.方法 选取新鲜小牛腰椎(L2-5),将标本分成4组:A组(正常试验组)、B组(腰椎减压非固定组)、C组(动态系统固定组)、D组(传统坚强钉棒系统固定组),5个标本按一定顺序依次在指定力学测试机器上进行生物力学试验,测定给定载荷下(500、1 000、2 000、3 000、4 000、5 000 N)小牛腰椎标本的形变量,并对相关数据进行统计学分析.结果 首先对500 N载荷下的形变量进行统计学分析,500 N载荷下各组样本所在总体的方差齐(Levene值为1.923,P=0.169＞0.05),ANOVA分析结果显示500 N的负荷下各组形变量不全相同(F =90.251,P＜0.05),SNK法分析结果显示4组中任意2组之间的差异有统计学意义(P＜0.05).测量结果显示在给定压力下B组标本形变量值均大于A组,C、D组标本的形变量值均大于A、B组,C组形变量均大于D组对应值,差异有统计学意义(P＜0.05).对4组在1 000N、2000N、3000N、4000 N、5 000 N载荷下也做了同样的比较分析,得到类似的结果.结论 新设计的动态固定系统分散了应力的集中,稳定了腰椎,一定程度保留了固定腰椎节段的运动,承载了部分固定邻近节段的负荷,固定有效.
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带有BMP中空侧孔新型椎弓根钉作用特点的实验研究
目的 探讨带有MBP中空侧孔新型椎弓根钉的作用特点,明确其在腰椎骨折模型中内固定的效果.方法 比较两种不同椎弓根钉的生物力学测试,包括轴向大拔出力,垂直压缩刚度及极限压缩强度.采用X线摄片及CT观察伤椎内固定后的大体形态,比较两组中伤椎前缘高度及椎管正中矢状径(MD)的差异.结果 新型椎弓根钉组其平均轴向大拔出力明显高于普通型组,差异有统计学意义(P＜0.05)；两种椎弓根钉行椎弓根钉固定后即刻状态的整体刚度差异无统计学意义(P＞0.05),极限抗压强度差异有统计学意义(P＜0.05).普通型与新型椎弓根钉相比较,其平均前缘高度及伤椎平均MD值差异均有统计学意义(P＜0.05).结论 新型椎弓根钉内固定的稳定性明显优于普通型椎弓根钉,值得推广应用.
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股骨转子下骨折2种髓内固定系统的生物力学比较
目的:测定普通股骨顺行髓内钉和股骨重建髓内钉在股骨转子下骨折内固定的生物力学差异.方法:随机采集防腐成人股骨标本8根应用SPSS16.0统计软件对数据进行统计分析,并设P<0.05为相差显著性的标准.结果:(1)轴向压缩载荷实验.股骨顺行髓内钉与股骨重建髓内钉系统在AC32A3.1及AO32B2.1型骨折模型固定中,平均轴向位移和平均侧方位移通过统计学检验,无显著性差异.(2)载荷失效实验.在股骨标准髓内钉固定模型的平均失效负荷为2844N,股骨重建型髓内钉固定模型的平均失效负荷为3281N,两者统计学上存在显著性差异(P<0.05).结论:2种髓内固定系统在股骨小转子完整的转子下骨折中断端稳定性方面无显著性差异.
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颈椎单开门斜拉棘突固定法的生物力学测试与临床应用
颈椎单开门椎管扩大成形术治疗颈椎椎管狭窄性疾病的近远期疗效均较良好,对颈椎的稳定性无明显影响[1].由于固定方法不妥,术后再关门的现象时有发生[2,3].我们设计了颈椎单开门斜拉棘突固定法治疗上述颈椎椎管狭窄性疾病85例.现将生物力学测试及临床随访报道如下.1.实验研究:采用新鲜成年男尸6具,年龄<40岁.实验前自然解冻.枕骨和T3分别用聚甲基丙烯酸甲酯包埋,同时将前方椎体固定,按颈椎原有曲度水平固定在CMT1404多功能力学试验机的测试台上.保留左侧椎旁肌,两侧颈椎韧带及小关节突完整.然后模拟单开门椎管扩大术式.开门自右侧向左侧,开门范围为C3～C6,开门高度为15.0 mm.将标本分为2组:A组单开门后,椎板用10号丝线固定在对侧椎旁肌肌膜和关节囊[2];B组:单开门后,掀起侧椎板缘2 mm处钻孔,用10号丝线穿过此孔斜拉分别固定在C2和C7棘突上.
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手部创伤修复解剖学研究及临床应用
为了提高手部创伤修复的成活率(循环重建问题)和功能恢复的优良率(主要是肌腱修复问题),采用巨微解剖、X线摄影、计算机三维重建、生物力学测试、细胞培养和动物实验等方法探明手部血管的立体构筑规律,并采用量化分析手段,探讨血管各主要分支的供养能力及其在循环代偿中的作用,提供一套完整、系统、细致的国人手血管的解剖学资料.在此基础上,用人体手标本模拟临床常见类型的手部创伤(如断腕、断掌、断指、屈指肌腱损伤等),探讨其创伤后的血供变化规律,为修复时的循环重建提供血管吻接方案;肌腱修复的关键问题是防止粘连,防止粘连的关键是肌腱表面的滑膜化.
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经皮外固定加压螺栓的设计与胫骨平台骨折的治疗
胫骨平台骨折是骨科常见病，虽然治疗方法较多，但并发症十分常见，特别是膝关节强直，膝内、外翻，创伤性关节炎，切口感染等。常严重影响生活、工作，甚至造成病残。我院自1997年1月开始利用自行研制的经皮外固定加压螺栓与单侧外固定支架组合，治疗胫骨平台骨折，并对其进行机械与生物力学测试。设计与原理一、构成(一)外固定加压螺栓的构成:由1个螺栓杆、2个加压螺母和2个垫片组成(图1)。栓杆直径0.5cm，包括全螺纹和带滑面栓杆两种，有不同型号，加压螺帽直径0.8～1.0cm，有“十”字槽。垫片有普通垫片和“U”型垫片，“U”形槽直径略大于栓杆直径，有不同型号。此外还设计了一套手术辅助器械。(二)外固定加压螺栓与单侧外固定支架组合构成一套骨折固定装置。外固定加压螺栓可单枚加用一枚普通外固定钉或双枚与“T”型或线形单侧外固定支架组合，置于胫骨内侧，远端常规使用两枚普通外固定钉。二、原理胫骨平台骨折主要由垂直暴力所致，以单髁、双髁或合并胫骨上端骨折为特点，固定要求即要横向加压，又要纵向加压或支撑，常同时合并严重的局部软组织损伤。本设计正是基于此要求，尽可能减少软组织再损伤，经皮整复骨折、穿栓。由螺栓横向加压，再与单侧支架组合构成立体支撑结构。资料与方法一、一般资料自1997年1月以来，我们应用经皮外固定加压螺栓技术共治疗胫骨平台骨折28例；年龄38～72岁，平均48．3岁。按Hohl分型,Ⅱ型:1例；Ⅲ型:6例；Ⅳ型:10例；Ⅵ型:11例。
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生物力学评价颈椎前路椎弓根螺钉植入骨质疏松椎骨内的稳定性
背景：前路颈椎间盘切除植骨融合是治疗颈椎病的有效术式，该术式能够提供坚强固定且植骨融合率相对较高。但是，对于2个节段以上同时受累的颈椎，由于植骨跨度较大，内固定和植骨块稳定性较差，容易产生植骨融合失败、假关节形成等并发症，影响疗效。
目的：观察颈椎前路椎弓根螺钉植入骨质疏松椎骨内的生物力学稳定性。
方法：纳入12具人颈椎骨，包括6具骨密度正常颈椎骨和6具骨质疏松颈椎骨，共60个椎骨标本资料进行分析，将30个骨质疏松椎骨标本植入颈椎前路椎弓根螺钉设为颈椎前路椎弓根螺钉组，将30个骨密度正常椎骨标本植入前路椎体螺钉设为前路椎体螺钉组。从上述两组中根据骨密度值抽取40个椎骨，分别设置为即时正常骨密度组、即时骨密度疏松组、疲劳正常骨密度组以及疲劳骨质疏松组，每组10个椎骨。采用双能X射线骨密度仪测定各椎体骨密度值，采用ElectroForce 3510材料试验机对两种螺钉进行生物力学指标测试。结果与结论：颈椎前路椎弓根螺钉组骨矿盐含量、椎体螺钉拔出力、椎体螺钉拔出刚度、椎弓根螺钉拔出力、椎弓根螺钉拔出刚度均显著高于前路椎体螺钉组(P<0.05)。颈椎前路椎弓根螺钉即时正常骨密度标本大轴向拔出力、即时骨质疏松标本大轴向拔出力、疲劳正常骨密度标本大轴向拔出力、疲劳骨质疏松标本大轴向拔出力均显著高于高于前路椎体螺钉(P<0.05)。结果证实，与颈椎前路椎体螺钉相比，颈椎前路椎弓根螺钉在骨质疏松椎骨内生物力学性能更加稳定。 -
颈椎异体骨螺纹融合支架研制中的思路
近年来,在总结前人经验教训基础上,我们研制了颈椎异体骨螺纹融合支架,并成功进行了生物力学测试、动物病理学观察.经临床初步应用取得较好的效果[1].回顾该支架的研制过程,我们深深体会到科学的思维方式发挥的巨大作用.
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动力髋部螺钉与股骨近端髓内钉固定不稳定股骨转子间骨折的生物力学比较
目的 比较动力髋部螺钉(dynamic hip screw,DHS)与股骨近端髓内钉(proximal femoral nail,PFN)固定不稳定型股骨转子间骨折的生物力学稳定性.方法 8对新鲜冰冻人体股骨标本行标准4部分截骨术,每对分别以DHS及PFN固定后分为DHS组及PFN组,行生物力学测试.在持续加载负荷(0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2和1.4 kN)后测量骨折端分离移位程度以反映内植物的稳定性.每个标本重复加载5次,计算其平均值后绘制载荷-距离曲线,并计算刚度值.设定初载荷为1.4 kN,加载速度10 N/s,每次加载600 N,当压力逐渐增加至高值时停止,维持10 s后压力逐渐减小至0N.记录内固定失败时加载的大压力值作为内植物大强度.结果 所有标本均顺利完成测试,内固定物均无断裂.在不同负荷下DHS组位移变化值与刚度值平均值分别为(3.92±2.21) mm和(215.28 ±58) N/mm;PFN组分别为(4.22±1.80) mm和(197.06±34.20) N/mm,两组比较均无统计学差异性(P＞0.05).PFN组为钉尾端发生新的骨折；DHS组均为钢板远端皮质螺钉处发生骨折,并无螺钉切出股骨头.PFN组内固定失败时平均载荷为(4 312±560)N,DHS组(3 954±520)N,两组比较无统计学差异(P＞0.05).结论 PFN与DHS治疗不稳定型股骨转子间骨折在强度及轴向稳定性上并无本质性差别.临床上需根据具体骨折情况选用合适的内固定材料,治疗中应尽量做到解剖复位,对于难以解剖复位者要力争恢复内后侧骨皮质的连续性.
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离体脊柱生物力学测试的加载方法研究进展
离体脊柱标本三维运动载荷-位移特性的描述是脊柱生物力学研究的基础,如何准确地模拟在体脊柱的载荷与运动情况是脊柱生物力学研究的难点.国内外学者从测试理论与测试工具上都进行了大量的研究.目前脊柱三维运动测试按照控制方法主要分为载荷控制、位移控制和混合控制.基于不同的控制方法,测试工具也在不断的发展与完善之中.总结目前国内外研制的脊柱离体加载装置的工作原理,并分析其主要优缺点,为离体脊柱生物力学加载装置研究提供参考.
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关节镜下双排缝合桥技术治疗肩袖损伤
肩袖损伤是肩部疼痛和功能障碍的常见原因。肩袖修补的目标是恢复肩袖与肱骨头的解剖位置从而减少疼痛，恢复肩关节功能。据生物力学测试，双排缝合桥技术能使肌腱和骨面的接触面积和压力大化，从而达到较高的初固定力而成为推荐的治疗方法[1，2]。本次研究回顾性分析关节镜下双排缝合桥技术修复肩袖全层损伤的临床疗效，并评估应用该方法时术前肩袖撕裂大小对术后终疗效的影响。现报道如下。
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两节段颈前路椎间盘切除的力学研究
目的评价两节段颈前路椎间盘切除、植骨、钢板内固定稳定性情况.方法取5具新鲜成人尸体颈椎标本(C2～T1),先后制成完整颈椎标本、C4～5、C5～6颈椎间盘切除、植骨、植骨加前路钢板内固定模型.非破坏方式下依次检测和评价颈椎在上下、后前、左右水平方向的载荷及移位情况.结果单纯植骨能增加两节段颈椎间盘切除模型上下、左右方向刚度,具有统计学意义(P＜0.05),而对后前剪切刚度意义不大.前路钢板则增加以上3个方向的刚度(P＜0.05).结论植骨可以提高两节段颈椎间盘切除后颈椎的稳定性,但不能提供后前方向稳定.前路钢板则可以明显提高3个方向的颈椎稳定性.
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DCS、GSH、CBP及LISS术式治疗股骨髁间骨折的生物力学测试及临床效应
目的 从模型、临床两方面评估四种C型股骨髁间骨折固定方式的效应.方法 选取12具新鲜的成人尸体股骨远端与胫骨近端标本制作C1型骨折模型,随机分成四组行髁动力螺钉(dynamic condylar screw,DCS)、交锁髓内钉(green-seligson-henry,GSH)、股骨髁支持钢板(condylar buttress plate,CBP)及微创稳定系统(less invasive stabilization system,LISS)术式固定.在模型上施加600N的载荷后,观测四种内固定的抗扭转生物力学性能及刚度差异.临床中选取单侧C型股骨髁间骨折患者行四种固定方式固定后,对患者行12 ～24个月的短中期随访,观察术后严重并发症(感染、关节畸形、骨折延迟愈合或不愈合)及膝关节功能评定.结果 LISS术式的抗扭转性能及刚度明显优于其他各组(P＜0.05)；随访结果LISS术式患者的严重并发症发生率低(P＜0.05),而膝关节功能评分高于其他各组(P＜0.05).结论 LISS系统广泛适用于股骨髁间骨折,由于其良好的生物力学性能(抗扭转性能及刚度),患者术后严重并发症少,膝关节功能评定优良率高,可作为股骨髁间骨折患者的临床首选.
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生物力学在人工椎体研究中的意义
自1969年Hamdi首次报道L2浆细胞瘤和转移性腺癌行椎体肿瘤切除、假体替代以来,经过近四十年的发展,人工椎体作为一类有效的椎体替代物在临床上得到广泛应用,目前报道的人工椎体模型,经过一系列生物力学测试和临床应用发现,对不同脊柱节段的椎体骨折、不同类型的人工椎体的选择、术中放置人工椎体位置的差异[1],乃至辅加不同类型的内固定物,均可对脊柱重建术后的稳定性产生不同的影响.因此本文对近年来生物力学应用在人工椎体上的研究进行如下的综述.
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腰椎融合术
在重建腰椎稳定性的手术中,融合术具有重要地位.了解腰椎融合术的适应证、手术方式、内固定的应用、生物力学及相关研究,具有一定的临床意义.1腰椎融合术的发展及适应证腰椎融合术的发展已近百年历史,出现了许多改良术式用以提高临床疗效;特别是自二十世纪八十年代发展起来的脊柱生物力学,通过对脊柱正常解剖结构的生物力学测试,椎间盘结构的应力分析、手术方式对脊柱结构及稳定性的影响以及脊柱内固定器械的生物力学研究,进一步阐明了腰椎后结构和腰椎椎间关节对腰椎稳定的重要性,为脊柱融合术提供了理论依据[1].其适应症主要包括椎间盘源性腰背痛、腰椎滑脱、节段不稳、结核、肿瘤、创伤及腰椎二次手术[2].
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新型3D打印多孔钛人工椎体在猪脊柱模型置换前后的生物力学测试研究
目的 通过对新型3D打印多孔钛人工椎体在猪脊柱模型置换前后的生物力学测试比较研究,评价该新型3D打印人工椎体的活动范围情况和即刻的生物力学稳定性.方法 选取18具新鲜相近的猪脊柱标本(L1-L6),根据L3椎体置换前后,分为置换前组和置换后组.分别测试前屈、后伸、左右侧屈、左右旋转的位移角度变化.结果 在0～8N.m逐级加载中,置换后组运动节段在前屈、后伸、左右侧屈各向量的位移角度变化明显小于置换前组,差异有统计学意义(P＜0.05),而在轴位旋转位上,两者无显著性差异(P＞0.05).结论 新型3D打印人工椎体的设计具有合理性和创新性,在猪脊柱模型L3椎体置换后,即刻可获得良好的生物力学稳定性.
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Cem-OsteticTM人工骨浆复合骨形态发生蛋白对山羊椎体骨缺损修复作用研究
目的 观察人工骨浆复合骨形态发生蛋白(BMP)对成年山羊椎体骨缺损的修复作用,并探讨其临床应用的可行性.方法 将健康成年山羊24只随即分成单纯Cem-OsteticTM人工骨浆组(A组)和Cem-OsteticTM/BMP人工骨浆复合骨形态发生蛋白组(B组),每组12只动物.在山羊胸腰段3处不相邻椎体分别建立椎体压缩性骨折撑开复位后骨缺损模型.将Cem-OsteticTM/BMP人工骨浆复合材料填充于缺损处,同时设立单纯人工骨浆对照组.术后4周、8周、12周分别处死动物,每组每次处死4只.通过大体观察,影像学检查,HE染色和生物力学测试.结果 术后4周及8周时B组成骨情况、材料降解速度及生物力学强度和刚度测试明显优于A组(P<0.05),但仍未达到正常椎体的力学性能,差异有显著性(P<0.01).第12周时,两组X线及CT下均可见大量新骨生成,基本完整填充空隙,填充材料均基本完全降解,生物力学测试两组强度和刚度无显著性差异,基本达到了正常椎体的力学性能.结论 Cem-OsteticTM人工骨浆是BMP的良好载体,Cem-OsteticTM/BMP复合材料具有较强的传导成骨和诱导成骨活性,生成的新骨有良好的强度和刚度.
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脊柱内固定器械稳定性测试的不稳模型
脊柱内固定器械广泛用于治疗诸如创伤、肿瘤、先天性畸形以及脊柱退变等疾病,随着学科的发展,内固定器械也不断发展.任何一种新的器械应用于临床之前必须进行一系列生物力学测试.
