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克氏钉和外固定架修复Bennett骨折的三维有限元分析
背景：克氏钉和外固定支架是修复Bennett骨折比较常用的方法，但关于两者生物力学比较的研究不多。目的：建立Bennett骨折克氏钉内固定和外固定架治疗的三维有限元模型，对其进行生物力学分析。
方法：建立Bennett骨折微型外固定支架和克氏钉内固定治疗三维模型，将Bennett骨折微型外固定支架治疗模型设为A模型，将Bennett骨折克氏钉内固定模型设为B模型。在第一掌骨沿X轴方向施加120 N的载荷。观察A模型和B模型在X轴方向的位移情况、总位移情况以及骨折断端应力值变化。
结果与结论：①在X轴方向上，A模型近端骨折块、远端骨折块的大位移和小位移的绝对值小于B模型， A模型大相对位移、小相对位移和平均相对位移小于B模型，两模型近端骨折块、远端骨折块的平均位移及相对平均位移比较差异均有显著性意义(P<0.05)；②在总位移方面，A模型近端骨折块的大位移和小位移的绝对值小于B模型，A模型远端骨折块的大位移和小位移的绝对值小于B模型，A模型大相对位移、小相对位移和平均相对位移均明显小于B模型，两模型近端骨折块、远端骨折块的平均位移及相对平均位移比较差异均有显著性意义(P<0.05)；③A模型骨折断端的大应力值、小应力值和平均应力值均明显小于B模型骨折断端，两模型平均应力值比较差异有显著性意义(P<0.05)；④结果表明，微型外固定支架治疗Bennett骨折在X轴方向上的位移及总位移小，骨折断端的应力分布均匀，提示微型外固定支架治疗Bennett骨折较克氏钉内固定更具优势。 -
有限元分析肌肉力对腰椎内固定系统的影响
背景:内固定系统是治疗腰椎损伤的常用方法,而腰椎肌肉力的作用与矢状面进钉角度的选择是影响内固定手术成功率的主要因素,不能忽视.目的:研究不同姿势下肌肉力对不同矢状角度进钉的万向椎弓根内固定系统的影响.方法:选取健康成年男性L3和L4节段的MRI数据,建立腰椎L3和L4三维有限元模型,并与万向椎弓根螺钉内固定系统以不同矢状角度装配,并按照以下3种加载方案进行设计.方案1:不加载重力、随动载荷和竖脊肌力,模拟腰椎的前屈、后伸、侧弯3种姿势,研究腰椎内固定系统各部分的应力和位移分布.方案2:加载重力和随动载荷,不加载竖脊肌力,研究腰椎前屈、后伸和侧弯3种姿势下模型的应力和位移的分布.方案3:加载重力、随动载荷和竖脊肌力,在3种力共同作用时,研究腰椎在前屈、后伸和侧弯3种姿势下的应力和位移分布.对比在不同工况下,内固定系统各部分的应力和位移.结果与结论:①前屈姿势下,3种方案内固定系统的应力变化趋势相似;后伸姿势下,方案1,2应力趋势都是先上升后下降,方案3的应力值处于下降状态;侧弯姿势下,方案1的模型应力先上升后下降.方案2,3先下降后上升;②在不同姿势下,椎骨位移都是在0°-5°增加,之后随着角度的增加而减小;③3种加载方案下,方案1椎间盘位移量小;④结果提示,引入肌肉力会增加内固定系统在各个工况下的应力,椎间盘的应力也会增加,但是各部分的应力趋势与椎骨的姿势有关.在研究中需要根据进钉角度的不同综合考虑肌肉力的影响.
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新型可吸收螺钉与传统螺钉固定Lauge-Hansen 1型内踝骨折的三维有限元分析
背景:聚L-乳酸等一类材料作为新型生物材料用于骨科领域,具有组织相容性好,可被组织吸收,无需二次手术,不与周围组织发生反应,而且可吸收材料的弹性模量接近骨骼,更有利于骨折愈合.然而目前的文献中尚未对可吸收螺钉的生物力学方面做较为充足的阐述.目的:利用现代计算机有限元分析技术探究新型可吸收螺钉用于固定Lauge-Hansen 1型内踝骨折固定的可行性.方法:利用CT原始数据建立简单内踝骨折模型,利用新型可吸收螺钉、新型金属螺钉以及传统金属螺钉进行固定,并导入有限元分析软件计算分析应力集中以及位移.结果与结论:①新型可吸收螺钉固定模型共有36240个单元,7660个节点,450 N压力下,螺钉大应力为46.78 MPa,螺钉大位移为0.239 mm,骨折远端大位移0.248 mm;②新型金属螺钉固定模型共有36240个单元,7660个节点,450 N压力下,螺钉大应力为46.49 MPa,螺钉大位移为0.223 mm,骨折远端大位移0.214 mm;③传统金属螺钉固定模型共有41236个单元,8121个节点,450 N压力下,螺钉大应力为59.08 MPa,螺钉大位移为0.182 mm,骨折远端大位移0.207 mm;④新型可吸收螺钉用于Lauge-Hansen 1型内踝骨折的固定中,应力总体分布均匀,发生断钉可能性小;⑤实验验证了可吸收螺钉用于简单内踝骨折的生物力学可行性.对于临床医生而言,选择新型可吸收螺钉固定治疗Lauge-Hansen 1型内踝骨折是一个行之有效的选择.
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膝关节半月板三维有限元模型的动态仿真生物力学分析
背景：目前虽然膝关节半月板三维有限元生物力学分析的研究已有报道，对半月板的生物力学变化过程有了一定的认识，但动态仿真模拟在同一载荷条件下屈曲过程中膝关节半月板生物力学分析的报道较少。目的：应用有限元法动态仿真模拟并分析不同屈曲角度下膝关节半月板的生物力学特性。方法：基于正常成人志愿者膝关节MRI数据，运用医学有限元仿真软件Mimics 10.01及逆向工程软件Rapidform XOR3重建全膝关节半月板三维有限元模型，并运用高级有限元分析软件Abaqus 6.10-1仿真模拟分析该模型在承载300 N垂直载荷下屈曲过程中的生物力学变化。结果与结论：①膝关节屈曲0°，30°，60°，90°时，随着角度的增加，大应力点从内侧半月板后角胫骨附着面前缘移动到外侧半月板前角胫骨附着面后缘，且外侧半月板应力范围大于内侧半月板；②膝关节屈曲0°，30°，60°，90°时，随着角度的增加，大位移点从接近内侧半月板内缘中点的地方移动到外侧半月板前外上缘，且外侧半月板的位移范围较内侧半月板位移大；③结果提示，半月板是膝关节屈曲过程中主要的承重结构，运动过程中外侧半月板的损伤率大于内侧半月板，与此处应力及位移较大有关。
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三维有限元分析椎体联合后部结构损伤胸椎转移瘤的生物力学特性
背景：转移瘤常累及脊柱，以往的生物力学实验多限于模拟转移瘤累及椎体部分或椎体后部结构，而转移瘤同时累及胸椎椎体和后部不同结构时的生物力学改变还有待进一步明确。目的：建立三维有限元模型分析转移瘤同时累及胸椎椎体及不同后部结构时的生物力学特性。方法：基于CT数据，利用Mimics软件三维重建包括椎间盘、韧带、肋骨的胸椎(T9-T11)几何模型。模拟胸椎转移瘤累及T9椎体和不同后部结构的三维模型，分别为解剖结构完整的对照组，T10椎体右侧半椎体缺损组，椎体缺损基础上破坏同侧椎弓根组，椎体缺损基础上破坏同侧肋椎关节组，椎体缺损基础上破坏同侧椎弓根和肋椎关节组，椎体缺损基础上破坏同侧椎弓根、肋椎关节、横突组。在 Abaqus软件中建立相应的三维有限元模型，分析前屈压缩负荷下的位移和Von Mises应力分布情况。结果与结论：在前屈压缩负荷时，随着胸椎转移瘤累及后部结构的增多，整体刚度减少，其中椎体、椎弓根破坏有明显影响，而胸肋关节、横突等后部结构破坏影响并不大。椎体、椎弓根破坏时大 Von Mises应力值明显增加，而胸肋关节破坏导致应力重新分布，大Von Mises应力值反而有所减少。
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可吸收螺钉置入固定简单外踝骨折的有限元分析
背景：可吸收螺钉与金属螺钉相比具有明显优势，例如无需行内固定去除，不含金属成分，不会影响患者置入后的核磁共振检查。而且置入操作相对简单，即钻孔-攻丝-螺钉固定更加符合骨科微创原则。目的：借助于有限单元技术探讨可吸收螺钉固定简单外踝骨折的生物力学特性。方法：建立简单外踝骨折的三维有限元模型以及可吸收螺钉模型，按照标准骨科手术技术予以固定，加载模拟正常成人一个步态周期中腓距关节承载大值时的参考负载，分析腓骨和可吸收螺钉的应力分布状态和位移。结果与结论：单一螺钉固定模型共有38542个单元，8790个节点。当外踝关节面加载300 N 力时，螺钉大应力为89.35 MPa，螺钉大位移为0.5 mm，骨折远端大位移0.5 mm。当外踝关节面加载450 N 力时，螺钉大应力为152.58 MPa，螺钉大位移为0.59 mm，骨折远端大位移0.77 mm。双螺钉固定模型共有43115个单元，9496个节点。当外踝关节面加载300 N 力时，螺钉大应力为38 MPa，螺钉大位移为0.44 mm，骨折远端大位移0.44 mm。当外踝关节面加载450 N 力时，螺钉大应力为66.68 MPa，螺钉大位移为0.48 mm，骨折远端大位移0.49 mm。实验验证了可吸收螺钉用于简单外踝骨折的生物力学可行性。对于简单的只累及腓骨下段的外踝骨折，可吸收螺钉固定是完全可行的，而且通常需要至少2枚螺钉以维持关节面的稳定复位。
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聚丙烯酰胺水凝胶体内动力学研究
目的研究聚丙烯酰胺水凝胶置入体内的动力学变化 .方法新西兰大白兔48只均分4组,注射填充部位为耳部、前额、背部和臀大肌内;分别于术后3、6、9、12个月进行临床观察,解剖检查和用WD-5A电子式万能试验机进行压缩位移实验.结果 1～3组包膜均形成良好,3组有3 3%包囊移位在侧腹或前腹部,4组水凝胶消失,无包膜形成.实验大载荷2?905 N,均数( 774.38±805.55)N,位移(57.85±19.92)mm;3～6个月承受力较小,9～12个月承受力较大 ;背部软组织内包膜承受压力位移大.结论水凝胶置入体内均可以形成承受较大压力载荷和位移的包膜囊;不同部位形成包膜囊受力不同,以背部皮下组织内包囊载荷和位移大,同时,9～12个月的所有包膜囊承受压力位移的能力相对增加并稳定,且完全可以耐受日常活动中的压力和特殊冲击力;运动的肌肉内水凝胶不能形成包膜.
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上颌第一磨牙控制的生物力学研究
目的 利用三维有限元方法模拟在上颌第一磨牙加载不同角度及位置的后倾曲和末端内收曲时,其受力分布规律和位移趋势,并阐明其生物力学机制.方法 建立上颌全牙弓三维有限元模型.(1)使用0.018英寸×0.025英寸(0.48 mm×0.64 mm)不锈钢方丝在不同部位建立弯折15°、30°及45°后倾曲弓丝模型.观测不同工况下上颌第一磨牙在Z向的位移;(2)在不同部位建立弯折15°、30°以及45° Toe-in曲弓丝模型,观测不同工况下上颌第一磨牙在X和Y向的位移情况.结果 (1)后倾曲弯折的角度增加,第一磨牙受到净力随之增加;弯折点越靠近第一磨牙近中,其压入力量越大;弯折点靠近第二前磨牙时,磨牙呈整体伸长趋势.(2)Toe-in曲弯折角度增加,第一磨牙的旋转位移角度随之增加;Toe-in曲弯折点靠近第一磨牙颊面管近中时,第一磨牙呈整体舌向位移;弯折点靠近第二前磨牙时,呈顺时针旋转趋势.结论 后倾曲对第一磨牙垂直位移影响较大,其弯折点靠近第二前磨牙时有利于支抗控制及咬合打开;Toe-in曲的弯折则有利于平衡第一磨牙旋转的副作用.
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圆锥形套筒冠义齿修复游离端缺失的三维有限元分析
目的：采用有限元法研究套筒冠义齿在牙槽骨不同吸收程度情况下基牙在不同方向的位移及基托下支持组织应力分布。方法采用CT技术、计算机图像处理系统及Solidworks有限元软件，根据牙槽骨不同吸收程度，建立8组套筒冠义齿的三维有限元模型。对8组模型中基牙位移及各模型基托下支持组织应力进行计算对比、分析。结果各模型位移方向一致，基牙位移垂直方向向根尖移位，水平方向由近中向远中移位，随着牙槽骨吸收的增加，位移加大。各模型基托下支持组织的应力分布情况较均匀，随着牙周支持组织吸收程度加剧，会导致支持组织应力增大，但这种变化是逐渐的，未见明显的突变区。结论对牙槽骨吸收严重的牙周病患牙，设计上应该增大义齿基托面积，减轻基牙承受的力；套筒冠义齿适用于修复游离端缺失的病例。
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青年女性拇外翻畸形病因分析
第一跖骨内翻,拇趾斜向外侧,称拇外翻.它是由多种因素引起的第一跖骨向内位移,拇趾因拇收肌和拇长伸肌牵拉而斜向外侧的畸形.尤以青年女性发病率较高,发病后常并发足痛、拇滑囊炎,甚至骨关节炎,给患者带来极大的痛苦.现将2003年11月-2004年3月吉林大学临床三系在校100名女大学生的拇趾外翻情况及其发病的相关因素报道如下.
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不同载荷下中间种植体基牙天然牙-种植体联合桥基牙应力分布及位移
目的:揭示在不同载荷下中间种植体基牙天然牙-种植体联合桥基牙应力分布及位移规律,指导临床义齿制作.方法:用三维有限元法研究天然牙及中间种植体受力后的应力分布特点及位移规律.结果:4种载荷下种植体大应力值均是天然牙的4～5倍;集中垂直载荷下种植体大应力值大约是分散垂直载荷下的2倍;斜向集中载荷与斜向分散载荷下种植体大应力值无明显差异,大约是分散垂直载荷下种植体大应力值的3倍;分散载荷下天然牙大应力值均较集中载荷时低.牙合龈向种植体大位移值远小于天然牙|3位移值,在颊舌向和近远中向两者位移差值较小.结论:颊舌向力是破坏修复体的主要因素,应降低牙尖斜度;集中载荷比分散载荷破坏作用大,应消除咬合高点,建立分布均匀的多点咬合接触.这种固定桥是可行的.
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周围型肺癌三维适形放疗的体位固定探讨
随着三维适形和强调放疗技术的发展,肺癌放疗中的呼吸运动问题越来越引起重视,相关报道也日渐增多[1-3].中央型肺癌相对于周围型肺癌其肿块随呼吸运动所移动的范围要小,我们通过两种不同的体位固定方法,对周围型肺癌肿块的位移范围大小进行测量并对比,探索周围型肺癌三维适形放疗的体位固定方法.
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低频交变磁场对肿瘤细胞作用的理论分析和实验结果
本文研究了低频交变磁场对细胞作用的理论机理和实验结果.交变磁场和交变磁场感应的电场对运动离子产生电场力,加速离子的运行.基于该理论分析,设计了一系列的实验来验证假定的理论,实验采用两种肿瘤细胞系(HL-60 and SK-Hep -1).将肿瘤细胞暴露于50Hz,20mT连续正弦磁场4天,每24小时检测上清液Na+和K+浓度.结果发现,照射组和对照组的Na+和K+浓度有显著变化,实验结果和理论分析相符.
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细胞离子在振荡电磁场作用下的受力模型分析
本文通过生物细胞模型,研究振荡电场、振荡磁场以及振荡磁场产生的感应电场对细胞离子的作用机理.模型分析结果表明,电场力和罗仑兹力对细胞膜两侧的自由离子将产生加速度,振荡离子将产生周期性电位移.该模型同时也解释了脉冲电磁场比同参数的连续场产生更多的生物效应,以及连续场在开始施加和切除时的效应大.
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脊椎源性胃脘痛的观察治疗
脊椎源性胃脘痛是指由于胸椎发生解剖位移后所致的胃脘痛症状,采用推拿针灸治疗本病20例,取得了满意疗效,现报道如下.
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脊柱疾病的亚临床表现与脊柱功能锻炼(附100名机关工作人员的调查)
脊柱相关疾病的主要病理改变,是急慢性损伤和退行变引起的椎体及相应关节的变性、位移、增生,发病具有渐进性、隐蔽性,特别是亚临床状态更不易发现.脊柱功能锻炼是预防脊柱相关疾病的有效措施.
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不同康复训练方法对术后拇外翻第1跖列的生物力学影响
目的 研究拇外翻术后不同康复训练对第1跖列的生物力学影响.方法 通过拇外翻医学影像数据建立完整的足部三维有限元模型,此模型包括骨骼、籽骨、软骨、韧带、软组织、跟腱等结构.模拟分析拇外翻患者术后被动跖屈和背屈、主动跖屈和背屈、站立位对截骨远端的生物力学影响.结果 被动训练情况下,截骨远端截骨面的应力分布较均匀,且峰值(7.78 MPa)较站立位和主动训练时大;被动训练时的大位移量(0.98 mm)在前后方向上大于站立位(0.69 mm)和主动训练(0.38 mm)的位移量.结论 被动训练可促进截骨面的接触,并减少截骨端的愈合时间,有利于术后拇外翻患者的康复.
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隐形矫治中不同移动方式下颌尖牙的机械响应
目的 比较隐形矫治中下颌尖牙在不同移动方式下的机械响应.方法 根据牙齿及其支持组织的计算机断层扫描图像,建立下颌前牙及牙周组织有限元模型,模拟尖牙在颊舌方向上的平移、倾斜、旋转,以获得这3种不同移动方式下尖牙及其牙周膜的位移和应力.结果 尖牙的初始运动和牙周膜的应力分布主要由尖牙的运动类型决定.在平移和倾斜移动中,牙周膜的应力分布和尖牙移动趋势相似.尖牙旋转的整体移动趋势在相同的位移幅度下远远大于平移移动的整体运动趋势.结论 下颌尖牙对不同移动方式的机械响应方式及程度是不同的.熟悉牙齿的这些响应的差异有助于利用不同运动方式牙齿的机械响应特点,设计更加合理的隐形矫治方案,避免损伤牙周组织,并且以短的时间完成牙齿矫正.
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运用数字体相关方法追踪呼吸过程中肺部肿瘤和胸腔的运动
目的 研究数字体相关(digital volume correlation,DVC)方法测量肺部肿瘤和胸腔随患者呼吸运动的变形及位移情况的可行性.方法 利用DVC跟踪胸腔内组织三维运动的算法,通过四维CT成像技术拍摄肺癌患者一个完整的呼吸过程.以吸气开始为初始状态,确定肿瘤和胸腔位置,运用DVC软件,分析初始状态下肺部4个特征体域在20％、40％、60％、80％和100％呼吸相位下以及胸腔上4个特征体域在100％呼吸相位下的三维位移值.结果 肿瘤的位移和变形的误差在1 mm以内,胸腔的位移和变形的误差在0.5 mm以内;肿瘤在呼吸过程中沿人体竖直方向运动大,胸腔在吸气结束时刻沿人体前后方向运动大.结论 DVC测试技术可用于检测呼吸过程中肺部肿瘤和胸腔等胸部组织的位移和变形情况.本研究为基于DVC方法实现肺部肿瘤无创、非射线、实时的图像引导放射治疗提供了依据.
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PMMA模型股骨与防腐股骨生物力学性能的差异
目的 对比轴向载荷下PMMA模型股骨与防腐股骨的生物力学性能差异,为实验工作者提供较为可靠统一的股骨替代模型.方法 选取PMMA模型股骨和防腐股骨各10根,分别在两种股骨的内外两侧共粘贴49枚应变片,轴向动态连续加载1.2 kN载荷,记录各点应变值及载荷-位移变化情况.结果 两种股骨内外侧的应变变化情况相近,载荷-位移关系均呈线性,不同载荷下两种股骨的轴向位移有统计学差异(P＜0.05)；PMMA模型股骨和防腐股骨的轴向抗压刚度分别为(259.84±24.63)、(600.40±78.56) N/mm,有统计学差异(P＜0.01)；两种股骨在股骨近端的应变集中部位相同,但平均应变值应变片1～5号:PMMA模型股骨和防腐股骨分别为(-3 420.63±373.31)、(-1 289.42±417.89)με；26 ～27号:PMMA模型股骨和防腐股骨分别为(1 748.67±193.98)、(673.42±104.49) με;7～ 10号:PMMA模型股骨和防腐股骨分别为(-4 028.25±267.27)、(-1 139.01±288.83)με；30 ～36号:PMMA模型股骨和防腐股骨分别为(1 599.02±194.68)、(590.52±153.18)με,有统计学差异(P＜0.01).两种股骨在股骨远端的应变集中部位不同,内外应变正负转变的部位相近；2、26号、6、29号、8、33号应变片的应变值均与载荷呈线性关系,但是两者应变值的差异有统计学意义(P＜0.05).结论 PMMA模型股骨在一定程度上可以替代防腐股骨进行股骨中上部的轴向生物力学研究.在股骨获得日益困难的情况下,它为实验工作者提供了较为可靠统一的股骨替代模型.
