髌骨的生物力学研究进展

髌骨的生物力学是近年来研究的热点之一,髌股关节之间的运动十分复杂,对合不良被认为和膝前痛密切相关.作者从髌骨在伸膝机制中的作用、髌骨软骨的特性与髌股关节活动的匹配性、髌股关节面在伸屈膝过程中的接触区域变化、髌股关节作用力和压应力、髌骨的运动轨迹五个方面阐述近年来的一些研究进展,并分析了一些问题、挑战和前景.

脊髓及脊髓损伤的生物力学

脊髓及脊髓损伤的生物力学研究有助于我们认识损伤机制,理解损伤的临床病理结果,进一步指导预防、治疗.作者重点对脊髓(包括灰白质、脑脊液、齿状韧带、软膜、硬脊膜)的力学特性及脊髓损伤力学研究中的动物模型(包括撞击损伤模型、压迫损伤模型)和有限元模型进行了综述,并对近年脊髓损伤在细胞水平的生物力学研究作了简要介绍.

虹膜组织力学特性的实验研究

目的模拟眼内前后房压强差,对人眼和兔眼虹膜整体加压,研究其力学特性.方法将瞳孔水密缝合,不破坏其几何形态,对虹膜整体加压.结果首次实现了对虹膜整体力学特性的认识,人眼和兔眼虹膜力学特性相似,虹膜是典型的粘弹性物质,面积模量与前后房压强差之间基本呈线性关系,并且在相同的前后房压强差下人眼虹膜的面积模量比兔眼虹模的略小.结论实验结果可为青光眼致盲机理解释和瞳孔阻滞力的估算提供参考;同时,经适当修正后,兔虹膜可作为人虹膜力学特性的研究样本,大大降低研究成本.

动物卵母细胞透明带弹性系数的一种测定方法

目的寻求一种检测一般动物卵母细胞透明带准静态弹性模量的有效途径.方法根据水牛卵细胞在微管吸吮下的行为,作者合理地采用内含无压缩流体固体弹性球壳模型,研究水牛卵细胞透明带的力学性质.通过力学分析,推导出一个近似计算卵母细胞透明带静态杨氏模量的实验公式.结果在24℃～26℃温度下,在较大应变范围内测量了20个培养液中成熟无极体卵细胞的杨氏弹性系数,数据显示出较好的线弹性特点,得到卵细胞透明带的平均弹性系数为2.2×104Pa.结论本研究结果为今后研究动物卵细胞透明带的力学研究提供一种有效的测量方法.

压力对髁突软骨细胞超微结构及可聚蛋白多糖分泌的影响

目的探讨髁突软骨细胞超微结构及软骨可聚蛋白多糖(aggrecan)分泌随压力的变化过程.方法体外培养髁突软骨细胞,采用可控液压细胞加载装置90kPa压强下分别加载60min、360min,透射电镜观察细胞的超微结构,原位杂交方法观察髁突软骨细胞(MCC)中软骨可聚蛋白多糖mRNA的表达.结果对照组细胞在透射电镜下生长良好,未见到细胞凋亡现象;90kPaa加压60min后细胞生长状态亦良好,多见到明显伸长盘绕的微绒毛;90kPa加压360min后细胞部分出现明显的细胞凋亡指征;软骨可聚蛋白多糖mRNA在受压60min后表达明显增强,加压时间延长到360min后表达弱于60min组但仍高于对照.结论适宜的压力可使MCC结构及功能都发生一定的变化,aggrecan代谢水平升高.

有锥度角的主动脉弓血液脉动流数值分析

目的探求在正常生理脉动流条件下主动脉弓内血液流动速度和压力脉动分布,为动脉粥样硬化的成因和排除方法的研究提供理论依据.方法运用计算流体力学方法和血流动力学的基本原理,对具有锥度角的主动脉弓内血液脉动流动进行数值模拟和可视化分析.结果计算获得了具有锥度角的主动脉弓内血液流动在心动周期不同时刻的压力分布、速度分布、流线分布.结论主动脉弓内的血液脉动流流态表现复杂的原因是多方面的,而其中为重要的原因就是主动脉弓的锥度角和曲率.

弯曲圆管入口段定常流动的三维数值模拟

目的研究定常流动条件下弯曲圆管入口段内的流动情况.方法用有限体积法对弯曲圆管入口段定常流动作三维数值模拟.结果分别计算了管内流线、截面等速度线、沿对称面直径的速度剖面和壁面切应力分布等.沿对称面直径的速度剖面计算值与实验结果吻合很好.结论弯管的外侧壁是高切应力区,内侧壁是低切应力区,证实内侧壁是动脉粥样斑块的高发区.

股骨颈骨折内固定方式的有限元分析

目的研究股骨颈骨折不同内固定方式对骨折端应力分布规律的影响,寻找符合生物力学原理的佳内固定方式,为临床应用提供理论依据.方法在Pro/ENGINEER中建立股骨近端实体模型,导入ANSYS 5.7建立有限元模型.在单钉固定的情况下对Pauwel,s角为50.的经颈型骨折模型施加载荷,通过不同固定角度时的力学特征综合评价固定效果,并找出佳固定角度;对该佳固定角度下多钉不同固定方式进行计算和分析,评价不同固定方式的优劣.结果单钉固定时当固定角度为50.时,各参数同时达到小值,说明以该角度固定可取得佳的力学效果;如采用多钉固定,两钉横放效果差,两钉竖放抗扭性较差,两钉斜放和三钉固定时力学环境好.从临床实用角度综合分析,单钉固定力学效果较好,且操作简单.结论不同固定角度和螺钉组合方式对骨折面的力学环境有重要影响.

膨胀式椎弓根螺钉脊柱后路内固定的生物力学测试

目的测试并比较自行设计的膨胀式椎弓根螺钉(expansive pedicle screw,EPS)与USS,Tenor,CDH椎弓根螺钉的大轴向拔出力,评价EPS螺钉的椎弓根固定作用.方法将60个新鲜小牛腰椎随机分成3组,每组加个椎体(40侧椎弓根),每组均随机在一侧拧入EPS螺钉,对侧则分别拧入USS,Tenor,CDH螺钉,进行螺钉拔出实验,测试并记录大轴向拔出力.结果EPS,USS,Tenor,CDH螺钉的大轴向拔出力分别为2 658.4 N±816.7N,1 929.9 N±484.9N,1 849.8 N±575.9N,1 980.9 N±836.4N.EPS螺钉和其它三种螺钉的大轴向拔出力相比均有非常显著差异(P＜0.01).结论EPS螺钉较目前使用的USS,Tenor,CDH非膨胀椎弓根螺钉有更好的固定作用.

伞式经跟骨缝合组合修复跟腱断裂的实验研究

目的评价伞式经跟骨组合缝合法修复跟腱断裂的生物力学特性.方法采用伞式经跟骨缝合法,组合应用0-薇乔线(Poliglactin-9lO)、腱周采用交叉缝合法修复8只家兔单侧跟腱断裂模型,术后固定3天,功能锻炼25天后行离体生物力学实验.结果术后28天组达正常组跟腱生物力学特性的90%.结论采用伞式经跟骨组合缝合法修复跟腱允许早期康复活动,早期功能锻炼可以迅速提高跟腱的生物力学特性.

骨盆骨折S1螺钉结合棒-板内固定系统的生物力学评价

目的探讨采用自行研制的S1螺钉结合棒-板内固定系统治疗骨盆骨折的生物力学性能,为临床应用提供科学依据.方法采集新鲜的冷冻尸体骨盆标本10具,造成C1～3骨盆骨折模型,分别应用S1螺钉结合棒-板内固定系统、S1螺钉结合Galveston技术内固定、骶骨棒、骶髂关节螺钉、前路重建钢板等内固定方法固定,采用实验应力分析方法对其力学性能进行比较研究.结果骨盆骨折采用S1螺钉结合棒-板内固定系统,其强度、刚度、稳定性均接近正常骨盆,统计学无显著性差异(P＞O.05),与其它内固定方法比较均有显著差异(P＜0.05).结论采用S1螺钉结合棒-板内固定系统治疗骨盆骨折,其强度、刚度佳,优于其它内固定方法,是一种理想的新型内固定器械.

记忆加压接骨器在肱骨骨折治疗中的生物力学分析

目的分析接骨器对于肱骨骨折的愈合提供的应力环境,分折接骨器在骨折愈合过程中的应力遮挡效应,同时应用骨重建理论分析接骨器加压支提供的应力环境对于骨折愈合的影响.方法运用三维有限单元法,对新型记忆加压接骨器以及肱骨分别进行三维有限元计算.结果肱骨骨折段始终处于三向压应力状态,剪应力不会引起骨内部的剪切破坏,同时接骨器固定后肱骨产生的变形很小.接骨器在环抱支的腕部产生大的弯矩,产生的应力较大.结论加压支提供的持续压应力使接骨器产生的应力遮挡效应消失,肱骨的压应力刺激在骨折愈合过程中不断得到改善.

《中国修复重建外科杂志》启事

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脉冲振荡技术阻力流速依赖对气道病变诊断价值的初步探讨

目的探讨脉冲振荡技术(IOS)阻力和流速依赖(dR/dV′)对气道病变的诊断价值.方法采用德国IOS 肺功能仪对正常、吸烟和慢性阻塞性肺病(COPD)共72例进行阻力/流速依赖(dR/dV′)和FVC曲线有关指标检测、比较,并做回归分析.结果dR/dV′正常组分别与吸烟组和COPD组之间均有显著差异(P＜0.01),但COPD 组与吸烟组无差异(P＞0.05);dR/dV′与FEV1、V50和V25分别呈显著负相关(P＜O.001);采用"正常组的均值+1.65标准差"作为异常判别标准对正常组的误检率为4.17%,对吸烟组和COPD组共48例阳性率为41.67%.结论dR/dV′可以作为判断有无气道阻塞比较特异的指标,但可能无法反映病情的严重程度.

股骨-人工假体之间的界面生物力学分析

目的对股骨-人工假体之间的界面生物力学进行分析.方法应用非均质层状材料弯曲和扭转理论计算模型,定量分析了单足站立相及坐位起立时股骨干在不同假体植入前、后的应力分布情况.结果由于股骨-假体界面两边材料性能不同,产生的较大应力差异是引起界面松动、剥离和损坏的生物力学原因.不同假体的弹性模量不同,产生应力遮挡的程度不同.结论复合材料假体植入后应力遮挡率低.羟磷灰石表面涂层假体能缓和界面层的应力差异.