骨的生物力學特性范文
時間：2023-11-13 17:49:49
導語：如何才能寫好一篇骨的生物力學特性，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。
篇1
一、職業(yè)道德要求
RICS會員必須證明自己是一位擁有專業(yè)地位、符合社會期望、技術熟練的從業(yè)者，同時，要求會員必須理解執(zhí)業(yè)所在國的法律及法律體制的一般原則。職業(yè)道德共包括12項：行事光明磊落、誠信執(zhí)業(yè)、透明公開、勇于承擔責任 、明了自己的專業(yè)能力、保持客觀、尊重他人、注重形象、敢于堅持自己的立場、遵紀守法、申明可能的利益沖突 、保守機密。
二、專業(yè)能力要求
會員級別共分為三級，專業(yè)能力要求共涵蓋以下10項。申請者可根據(jù)本人專業(yè)水準和不同級別所要求達到的專業(yè)能力選項，申請不同的會員級別。
（一）會計原則與程序（M001）
這項能力涵蓋會計基本原則及公司賬目分析，以向客戶提出合理的評估建議。各級別可能涉及的知識、技能及經(jīng)驗：
（二）資產(chǎn)識別與評估（T086）
運用知識識別和評估一個或多個類型的資產(chǎn)并報告結果，以支持所提出的合理評估建議。資產(chǎn)類型包括企業(yè)交易、企業(yè)資產(chǎn)（包括股別/股權、期權、知識產(chǎn)權、研發(fā)、金融工具）、負債和其他證券、無形資產(chǎn)權利。各級別可能涉及的知識、技能及經(jīng)驗：
（三）融資策劃（T008）
這項能力要求掌握財產(chǎn)和其他有形、無形資產(chǎn)相關的稅收激勵/資本減免知識，申請者應注意在不同地理區(qū)域資本減免相關法規(guī)下可行的資本減免類型，并對實際工作中資本減免類型的選擇問題有透徹的理解。各級別可能涉及的知識、技能及經(jīng)驗：
（四）強制購買及補償（T011）
這項能力強調理解并實際應用有關強制購買權的合適法律框架，包括企業(yè)價值評估在立法和索賠方面應如何估算。即使只服務于其中一方，申請者也需要站在購買方和所有權人兩方的立場進行考慮。各級別可能涉及的知識、技能及經(jīng)驗：
（五）企業(yè)財務（T018）
企業(yè)財務專門研究企業(yè)在商業(yè)世界中利用何種渠道及分析方法來做決策及做何種決策。各級別可能涉及的知識、技能及經(jīng)驗：
（六）企業(yè)復蘇及破產(chǎn)（T020）
此項能力涉及當企業(yè)無力償還債務時為有關各方提供合理的評估建議。這可能需要與固定抵押接管人或破產(chǎn)顧問或周轉專家及債權人等方合作。提供的評估建議涵蓋多種資產(chǎn)，包括商業(yè)資產(chǎn)、無形資產(chǎn)、研發(fā)、負債，以及交易相關的房地產(chǎn)和經(jīng)營場所。各級別可能涉及的知識、技能及經(jīng)驗：
（七）購買與出售（T073）
這項能力涉及企業(yè)的購買和出售、企業(yè)組成部分和其他有形及無形資產(chǎn)，如知識產(chǎn)權、股票、衍生工具及期權。涉及范圍包括所有設押資產(chǎn)與無抵押資產(chǎn)。
申請者應該考慮到所有市場、替代用途與標準。處置涵蓋所有方式，包括私人協(xié)議、招標和公開拍賣方式。各級別可能涉及的知識、技能及經(jīng)驗：
（八）企業(yè)價值與無形資產(chǎn)評估（T087）
這項能力涉及準備并提出符合相應評估標準的、經(jīng)過適當研究的評估建議，使客戶能在企業(yè)價值和無形資產(chǎn)方面做出明智的決策。各級別可能涉及的知識、技能及經(jīng)驗：
（九）評估報告與研究（T088）
這項能力涉及準備正式的評估報告，使之滿足使用需求并能結合背景提出合理、明確的評估評論和分析。各級別可能涉及的知識、技能及經(jīng)驗：
（十）稅收（T089）
篇2
關鍵詞：髖關節(jié)肌肉模型；生物力學；膝關節(jié)
引言
人體髖關節(jié)的運送生物力學模型研究屬于運動生物力學研究范疇，而運動生物力學是運動科學中起步較晚，發(fā)展卻很迅速的一門學科，其研究范圍比較廣泛，主要包括生物與測量學、生物力學模型的建立和生物運動機制的電腦模擬等。其中，人體自身的研究是運動生物力學中一個重要的研究方向，主要通過建模來實現(xiàn)。
髖關節(jié)是人體最大的一個關節(jié)，其結構穩(wěn)定性與活動度兼?zhèn)?，能夠高效地維持人身體的運動和平衡。髖關節(jié)是由盆骨和股骨兩部分組成，通過股骨頭和髖臼連接在一起，大概有二十條肌肉參與了髖關節(jié)的運動。近年來，髖關節(jié)在生物力學的基礎理論研究和骨科臨床的應用研究中都是非常受重視的環(huán)節(jié)。
1 髖關節(jié)力學模型和肌肉模型的概況
運動生物力學的能取得長足的進步，是與國內(nèi)外學者不斷的努力換來的結果，從而誕生了許多人體關節(jié)模型研究的成熟理論。人體關節(jié)力學模型的建立主要包括以下幾個部分：肌肉力學的研究、關節(jié)周圍肌肉的簡化、關節(jié)肌骨力學模型的建立、模型調試和模型驗證。
肌肉張力-長度特性和肌肉張力-速度特性是肌肉得以正常收縮的兩個重要關系，兩者既相互制約又相互影響。1938年，經(jīng)典Hill方程的得出，使人們第一次從量的角度認識到了肌肉張力-速度的變化關系。Huxley從橫橋和肌動蛋白理論的微觀角度得出了橫橋模型，其與Hill方程具有很強的相似度。兩者的正確性得到了后來學者的研究認同。肌肉是動作的主要肌肉（原動機）、肌肉不是動作的主動肌肉，在運動中被拉伸的這兩種形式是肌肉張力-長度特性的兩種表現(xiàn)方式。在等張條件下肌肉張力-長度曲線中最大作用力比較大，對應的肌肉比較長，在運動荷載相同的條件下獲得的肌肉張力-長度曲線中的最大力與同樣情況下用等長條件所獲得的的最大力相比有相當大地減少，骨骼肌不同工作條件下獲得的數(shù)據(jù)將不能進行合成。當前的關節(jié)的肌骨模型研究瓶頸主要在于完整的肌肉張力-長度-速度模型的建立，而不是將兩者孤立起來研究。
現(xiàn)在，研究關于下肢肌肉功能模型越來越多。2000年，一個解剖基人體下肢的生物動力模型有王西十、白瑞蒲所提出，該模型可以在仿真人體下肢運動的基礎之上，計算人體下肢的沖擊荷載或下肢節(jié)作用反力和肌肉群力，基本上堪稱一個完整的二維人體下肢解剖模型。
隨著人體動力學模型研究的不斷深入，人體動力學的建模正在走向由整體到局部、由簡單到復雜的發(fā)展道路。單純的肌肉張力-長度或肌肉張力-速度模型以滿足不了對肌肉的研究，并且模型中的參數(shù)越來越多，越來越精確。
2 肌肉力學模型的建立
2.1 肌肉生理特性分析
人體中的肌有多樣性，附著在髖關節(jié)周圍股骨和骨盆上的肌肉主要為骨骼肌，骨骼肌是髖關節(jié)運動的動力。骨骼肌主要由腹肌和福建兩部分組成，其中肌腱是肌腹與骨骼的連接部分，結締組織和肌外膜包裹在肌肉外邊，起保護作用。
近似于連鎖式的肌細胞排列而成肌纖維，又有多條肌纖維“捆綁”而成纖維素，二纖維素是肌肉產(chǎn)生張力的主要部分。梭形肌或菱形肌，是纖維束與肌長軸方向平行；半羽狀肌與羽狀肌，是與肌長軸成一定的夾角；這兩種類型按纖維束排列方向和與肌長軸關系把肌肉分成了兩種類型：單關節(jié)肌和多關節(jié)肌。單關節(jié)肌，顧名思義，即為直接穿過一個關節(jié)的肌肉，例如股四頭肌中的股中肌、肌內(nèi)側肌等。膝關節(jié)的伸展與股中肌的伸展有直接關系，雙關節(jié)肌是穿過兩個關節(jié)的肌肉。多關節(jié)肌中最為常見的是雙關節(jié)肌，其主要存在于人體的下肢肌肉群中。雙關節(jié)肌的作用取決于關節(jié)中心到肌肉的垂直距離。若該距離較長，則具有較大的作用力臂和力矩。膝關節(jié)的功能主要通過股直肌實現(xiàn)，其力矩遠比髖關節(jié)大，屬于膝關節(jié)肌群范疇。而髖關節(jié)的功能主要表現(xiàn)在大腿的后群肌，后群肌的力臂又大于膝關節(jié)，故稱之為髖關節(jié)肌。關節(jié)的角度位置決定著雙關節(jié)肌的作用效率。股直肌對膝關節(jié)的伸膝效率增大，說明髖關節(jié)在伸展，如跑步中的后蹬階段。當髖關節(jié)屈時，伸膝運動就會受到抑制。雙關節(jié)肌在人體的運動過程中起到了儲存和釋放彈性的功能。起到減少單關節(jié)的做工量的主要作用的是下肢肌群中的雙關節(jié)肌。雙關節(jié)肌能夠利用一個關節(jié)做功另一個關節(jié)做負功來實現(xiàn)能量的儲存。
2.2 肌肉力學模型的分析
肌肉作為動物體最為主要的構成組織，具有極其重要的功能特性，最為主要的是能夠接受神經(jīng)刺激產(chǎn)生收縮，進一步牽引兩端的骨骼實現(xiàn)相對運動。生物力學研究發(fā)現(xiàn)，影響肌肉張力大小的兩個最主要的因素是肌肉纖維的長度變化關系和肌肉纖維的收縮速度變化關系，另外還與許多生理學因素相關。該項發(fā)現(xiàn)對肌肉的發(fā)力過程研究來說具有十分重大的意義。
隨著人們對肌肉力學模型的研究不斷深入，運用數(shù)學、力學等交叉學科的研究手段對模型的建立和修改發(fā)揮著越來越重要的作用。張力-長度特性和張力-速度特性是肌肉運動變化規(guī)律中最為重要的兩個關系，也是肌肉力學建模中需要處理的兩項主要內(nèi)容。肌肉力學模型的未來發(fā)展方向，必將是兩者關系的整合體。
3 結束語
綜合上述，進一步完善人體肌肉力學模型，使肌肉力學模型能夠充分反映肌肉收縮長度、速度和肌肉張力之間的變化關系；通過解剖學、生理學進一步清理髖關節(jié)周圍肌肉在不同動作、不同位置和同一動作的不同時間段所起到的作用，以及韌帶在運動過程中保護作用；將髖關節(jié)模型建立一個完善的空間三維模型，并和膝關節(jié)、踝關節(jié)的研究結合實現(xiàn)人體下肢運動的仿真。
參考文獻
[1]郝智秀，周吉彬，金德聞，等. 不同足地界面對人體三維步態(tài)的影響[J]. 清華大學學報（自然科學版），2006（08）.
[2]蘇佳燦. 髖臼三維記憶內(nèi)固定系統(tǒng)治療髖臼骨折記憶生物力學研究――骨盆、髖臼三維模型仿真、力學模擬與有限元分析[D]. 第二軍醫(yī)大學，2004.
[3]韓東太. 金屬氧化物/尼龍1010復合材料熱力學性能與摩擦熱行為研究[D]. 中國礦業(yè)大學，2009.
篇3
【關鍵詞】 脫鈣骨基質顆粒
關鍵詞: 脫鈣骨基質顆粒;骨水泥;生物力學;犬 中圖號:R687.3 文獻標識碼:A
摘 要:目的 研究不同質量比的犬脫鈣骨基質顆粒骨水泥復合材料的生物力學性能，為臨床應用該復合材料修復骨缺損提供理論依據(jù). 方法 按Urist等方法制備犬脫鈣骨基質顆粒后，再與骨水泥混合制成含骨粒質量比為0，400，500和600mg?g-1 的脫鈣骨基質顆粒骨水泥復合材料，對其抗壓極限強度、抗彎極限強度、抗扭轉極限強度進行測定. 結果 含脫鈣骨基質顆粒質量比為0，400，500和600mg?g-1 的復合材料的抗壓極限強度分別為（81.0±3.0），（50.4±5.9），（48.8±2.0）和（33.8±3.6）MPa;抗彎極限強度分別為（65.3±6.7），（42.9±8.1），（37.2±2.9）和（25.0±2.4）MPa;抗扭轉極限強度分別為（35.5±0.8），（16.3±2.2），（13.1±2.0）和（8.0±1.4）MPa. 結論 犬脫鈣骨基質顆粒骨水泥復合材料具有良好的生物力學性能，易于塑形，能根據(jù)需要適應不同部位骨缺損的要求，其中含骨粒質量比為500mg?g
-1 的復合材料生物力學性能及骨誘導活性最為適宜，能作為支架材料有效地修復大塊骨缺損.
Keywords:decalcified bone matrix;bone cement;biome-chanics;dogs
Abstract:AIM To study biomechanical properties of differ-ent mass ratio materials impregnated decalcified bone matrix（DBM）with bone cement（BC）in dogs，and seek some soli-dified processes to repair bone defects with the compound material.METHODS The DBM particles and the materials im-pregnated0，400，500，600mg?g
-1 mass ratio DBM parti-cles with BC were made according to the methods of Urist.The compound material compressive strength，bending strength and torsional strength were measured.RESULTS In the compound materials，the ultimate compressive strengths were（81.0±3.0）MPa for0mg?g-1 DBM，（50.4±5.9）MPa for400mg?g-1 ，（48.8±2.0）MPa for500mg?g-1 ，（33.8±3.6）MPa for600mg?g-1 .The ulti-mate bending strengths were（65.3±6.7）MPa for0mg?g-1 DBM，（42.9±8.1）MPa for400mg?g-1 ，（37.2±2.9）MPa for500mg?g-1 ，（25.0±2.4）MPa for600mg?g-1 .The ultimate torsional strengths were（35.5±0.8）MPa for0mg?g-1 DBM，（16.3±2.2）MPa for400mg?g-1 ，（13.1±2.0）MPa for500mg?g-1 ，（8.0±1.4）MPa for600mg?g-1 .CONCLUSION DBM impregnated with BC has better biomechanical properties and perfect plastic property，which could be used to repair large bone defects when it con-tains DBM of500mg?g-1 .
0 引言
研制理想的人工生物材料作為骨移植替代材料用于修復骨缺損，是當前骨科領域研究的主要課題之一.脫鈣骨基質顆粒（decalcified bone matrix，DBM）用于骨缺損的修復臨床上已多有報道［1-3］ ，由于DBM中含有骨形成蛋白而具有誘導成骨作用，但卻因礦鹽被去除，只留下有機部分骨基質，造成機械強度下降，不能承受應力，因此無法替代骨骼負重功能.骨水泥（bone cement，BC）是一種高分子聚合物，具有一定的生物力學強度，臨床上早已被用作人工關節(jié)固定材料及骨缺損充填材料［4，5］ ，但單純骨水泥填充骨缺損為機械填充，材料不能降解，且與骨界面間存在力學差異等缺陷.為使骨缺損修復材料有較好的生物力學性能，具備良好的骨傳導和骨誘導能力，我們將犬脫鈣骨基質顆粒與骨水泥按一定的比例復合制成生物性復合材料用于骨缺損的修復.我們報道這種復合材料的生物力學性能，為復合材料在臨床的應用提供一定的科學依據(jù).
1 材料和方法
1.1 材料
犬脫鈣骨基質顆粒骨水泥復合材料的制備按Urist等［6］ 方法，取健康雜種家犬的四肢長骨，去除骨髓及軟組織，砸成碎片，流水沖洗4～5h，用5倍于骨片體積的無水乙醇脫水2h，乙醚脫脂1h，室溫下干燥過夜后置-80℃冰柜凍存，取出后用磨碎機將骨片粉碎研磨成骨粒，分樣篩過篩篩取直徑400～800μm的骨粒.骨粒室溫下用0.5mol?L-1 鹽酸脫鈣3h（按1g骨粒比50mL鹽酸），脫鈣后骨粒流水沖洗2h，再用5倍于骨粒體積的無水乙醇浸泡1h，乙醚浸泡30min后通風處干燥過夜，制得脫鈣骨基質顆粒.將脫鈣骨基質顆粒與適量的骨水泥均勻混合，制備成含脫鈣骨基質顆粒質量比分別為0，400，500和600mg?g-1 的復合材料，待骨水泥呈面團狀時立即用力塞入5mL的注射器針筒內(nèi)，并用最大力量推壓以使復合材料在針筒內(nèi)緊密接觸，待復合材料聚合定型后取出，即制成含不同質量比的脫鈣骨基質顆粒骨水泥復合材料樣本（骨水泥為天津合成材料工業(yè)研究所研制）.生物力學測試樣本［7］ 標準抗壓試件為直徑d=12mm，高度h=24mm的圓柱體，含0，400，500和600mg?g-1 質量比骨粒的不同試件各10個，另截取犬的新鮮股骨標本10個，用砂輪磨平加工成直徑d=12mm，高度h=30mm的圓柱體，所有試件兩端光滑平整，上下同心.標準抗彎試件為直徑d=12mm，長度L=60mm的圓柱體，含0，400，500和600mg?g-1 質量比骨粒的不同試件各10個，另截取犬的新鮮股骨標本10個，用砂輪磨平加工成直徑d=12mm，長度L=80mm的圓柱體.標準抗扭轉試件為直徑d=12mm，長度L=60mm的圓柱體，含0，400，500和600mg?g-1 質量比骨粒的不同試件各10個，另截取犬的新鮮股骨標本10個，用砂輪磨平加工成直徑d=12mm，長度L=80mm的圓柱體.
1.2 方法
1.2.1 壓縮試驗
在材料力學綜合試驗臺上，用生物力學測試裝置進行測定.該裝置由加載部分、壓力和位移傳感器、動態(tài)應變儀、微型計算機自動記錄系統(tǒng)組成，試樣測定時統(tǒng)一加載速度為5mm?min-1 .將抗壓試件依次放在試驗臺上，對其施加壓縮載荷，直至試件破壞，記下試件破壞時的載荷并算出抗壓極限強度.
1.2.2 三點彎曲試驗
將抗彎試件置放于綜合試驗臺上，試件跨距為40mm，在其中點加載，直至試件 破壞，記錄試件破壞時的載荷并計算抗彎極限強度.
1.2.3 扭轉試驗
在扭轉試驗機上，用專用夾具將抗扭轉試件的兩端分別裝于扭轉試驗機的固定夾頭和活動夾頭中，對其施加扭矩，加載速度為120°?min-1 ，記錄試件破壞時的載荷并算出扭轉極限強度.
2 結果
經(jīng)統(tǒng)計學分析，復合材料中含DBM骨粒為400，500和600mg?g-1 的生物力學性能均低于犬正常股骨組及骨水泥組（P
3 討論
理想的骨移植材料應具備:①良好的生物相容性;②較強的力學性能;③有誘導成骨作用;④能夠被吸收替代;⑤有良好的賦形性.DBM骨粒作為生物性骨缺損修復材料，在體內(nèi)能被吸收替代，又具有成骨誘導活性，是骨缺損修復的最佳替代材料，但DBM骨粒本身不具備支撐能力，因此不宜用于修復承重長骨.骨水泥作為粘接賦形劑，易于塑形，有一定的力學性能，植入骨內(nèi)起到鑲嵌固定作用.我們將DBM骨粒與骨水泥按一定比例均勻復合，制成復合生物性修復材料，探索一條修復大塊骨缺損的可行途徑.
骨的生長及骨小梁的構建是根據(jù)Wolff定律，按機體生長的需要的應力分布排列，因此骨的生物力學特性較為復雜.修復骨缺損不僅要恢復骨形態(tài)的連續(xù)，更重要的是重建骨的支撐功能.這就要求骨移植材料的生物力學性能應達到正常皮質骨的力學性能，而不同的部位和不同程度的骨缺損修復要求不盡相同.本組實驗中復合材料的生物力學性能低于犬正常股骨組，提示應用復合材料修復承重長骨骨缺損時，肢體應在保護下負重以分散部分載荷.在復合材料中隨DBM骨粒所占的質量比增加，材料的抗壓極限強度、抗彎極限強度和抗扭轉極限強度均呈下降趨勢，這是因隨材料中DBM骨粒增加，材料間的孔隙及通道增多，造成材料的生物力學性能下降.我們既往在制作復合材料標準試件時［8］ ，模具中的材料不予加壓使成自然裂隙狀態(tài)下測定試件的生物力學性能，其結果為BC的抗壓極限強度為（59.3±2.2）MPa、抗彎極限強度為（64.3±3.7）MPa;含DBM骨粒400mg?g-1 組的抗壓極限強度為（19.3±1.6）MPa、抗彎極限強度為（13.3±1.4）MPa.與模具中材料盡量加壓塞緊后測定的力學性能（Tab1）有顯著差異.提示臨床上修復骨缺損填入復合材料時應盡量加壓塞緊，以減少骨粒間的裂隙，便于提高復合材料的機械強度.
含骨粒為400mg?g-1 組及500mg?g-1 組的生物力學性能均高于600mg?g-1 組，P
由于復合材料具有一定的孔隙和較強的生物力學性能，它在修復骨缺損時可作為支架發(fā)揮骨傳導作用，又因DBM骨粒具有誘導成骨活性，故此種生物源性復合材料有可能成為很有發(fā)展前景的骨移植替代材料.我們在動物實驗的基礎上［9］ ，已將復合材料應用于臨床治療腫瘤性骨缺損和長骨大段骨缺損，取得了令人鼓舞的療效［10，11］ ，但其材料在體內(nèi)的力學性能及吸收降解等問題尚有待于進一步研究.
致 謝 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計學處理得到本校統(tǒng)計學教研室尚 磊的指導.
參考文獻
［1］Tuli SM，Gupta KB.Bridging of large chronic osteoperiosteal gaps by allogeneic decalcified bone matrix implants in rabbits ［J］.J Trauma，1981;21（10）:894-898.
［2］Einhorn TA，Lane JM，Burstein AH，Kopman CR，Vigorita VJ.The healing of segmental bone defects induced by deminer-alized bone matrix ［J］.J Bone Joint Surg，1984;66A（2）:274-278.
［3］Rosenthal RK，F(xiàn)olkman J，Glowacki J.Demineralized bone im-plants for nonunion fractures，bone cysts，and fibrous lesions ［J］.Clin Orthop，1999;364:61-69.
［4］Lu SB，Zhu SX，Chen JY，Wang JF，Wang ZL，Tong YC，Sun BQ，Zhang JH.TJ-bone cement:Preparation and clinical appli-cation ［J］.Zhonghua Waike Zazhi（J Chin Surg），1980;18（3）:258-261.
［5］O’Donnell RJ，Springfield DS，Motwani HK，Ready JE，Geb-hardt MC，Mankin HJ.Recuurence of giant-cell tumors of the long bones after curettage and packing with cement ［J］.J Bone Joint Surg，1994;76A（12）:1827-1833.
［6］Urist MR，Strates BS.Bone formation in implants of partially and wholly.Demineralized bone matrix ［J］.Clin Orthop，1970;71:271-278.
［7］Meng H，Gu ZH，Tan ZQ.Orthopedic biomechanics ［M］.Bei-jing:Renmin Weisheng Chubanshe（People’s Medical Publish-ing House），1991:13-46.
［8］Zhou Y，F(xiàn)an QY，Cai HP.Constructive and biomechenical properties of material of decalcified bone matrix impregnated with bone cement ［J］.Di-si Junyi DaxueXuebao（J Fourth Mil Med Univ），1999;20（3）:233-235.
［9］Zhou Y，F(xiàn)an QY，Jiang WZ，Cai HP，Wen YH.Bone induction of compound material of decalcified bone matrix with rhBMP-2impregnatrd bone cement ［J］.Di-si Junyi Daxue Xuebao（J Fourth Mil Med Univ），1999;20（12）:1085-1087.
篇4
1．1材料來源經(jīng)過嚴格篩選的人手掌肌腱45根,男35根,女10根,供者平均年齡為(55±3)歲,由中國人民第401醫(yī)院提供.肌腱經(jīng)過－80℃深低溫冷凍7周后隨機分成A、B、C組共3組。
1．2研究方法A組肌腱在干冰環(huán)境下行3．5kGy高能電子束照射10次,總輻射劑量為35kGy.B組在干冰環(huán)境下行3．5kGy的γ射線照射,共10次,總輻射劑量為35kGy.C組肌腱只在干冰環(huán)境下保存.
1．3組織學觀察對各組肌腱分別行蘇木精G伊紅(HE)染色和膠原纖維經(jīng)典VG染色,觀察組織形態(tài)學改變.
1．4羥脯氨酸(Hyp)含量檢測采用高效液相色譜法分別檢測各組肌腱Hyp的含量.
2結果
2．1組織學觀察C組肌腱染色均勻,纖維排列規(guī)整緊密,肌腱細胞沿纖維走行排列.A組肌腱染色仍較均勻,纖維排列欠規(guī)整,纖維之間出現(xiàn)縫隙,肌腱細胞沿纖維走行排列.B組肌腱染色不均勻,纖維排列雜亂,大部分出現(xiàn)斷裂,纖維之間縫隙更大更明顯.
2．2各組Hyp含量比較A、B、C組肌腱Hyp含量分別為2．809±0．353、3．20±0．376及2．52±0．331.B組Hyp含量明顯高于C、A組(F＝16．32,q＝4．60、8．05,P＜0．05),A組Hyp含量與C比較差異無顯著性(P＞0．05).
3討論
隨著同種異體移植物在骨關節(jié)修復重建中使用的逐漸增多,對移植物不同消毒滅菌方法的研究也越來越多,同時對于各種消毒滅菌方法的滅菌效果和安全性也逐漸引起了人們的重視.采用γ射線照射對異體移植物進行消毒滅菌被認為是一種簡單實用的消毒方法.但有充分證據(jù)表明,超過20kGy的大劑量γ射線照射則會造成肌腱結構特性的改變.生物材料對γ射線照射存在劑量依賴性,由于對組織結構的破壞,生物材料的力學性能隨照射劑量的改變而改變.BALSLY等研究顯示,照射劑量≥25kGy時,移植物的生物力學強度隨著照射劑量增大明顯降低.RAPPE等[對前交叉韌帶重建術后6個月的病人進行隨訪顯示,使用照射肌腱的病人手術失敗率明顯增高.FIDELER等分別以人和山羊髕腱G骨為研究對象,用γ射線照射,發(fā)現(xiàn)照射組肌腱生物力學性能顯著下降.
HOBURG等研究顯示,大劑量電子束分次照射與不照射比較,不會降低異體移植物生物力學特性,而單次大劑量電子束照射或者單次大劑量γ射線照射會顯著降低其生物力學特性.電子束除了具有γ射線照射優(yōu)點外,其達到相同滅菌效果時在經(jīng)濟上更加節(jié)約.與γ射線照射比較,其穿透性僅在照射高密度或厚度超過50mm的組織時才降低.因此,在應用于軟組織移植物特別是ACL重建時,這一缺點可忽略.雖然與γ射線相比較,電子束照射肌腱可維持更好的生物力學特性,但其大劑量(＞30kGy)照射與非照射組織生物力學特性比較仍顯著降低.KAMINSKY等對25~100kGy電子束照射BPTB移植物滅菌進行評估,且與非照射組進行了比較,發(fā)現(xiàn)其結構性能降低20％左右.總之,大劑量電子束對異體移植物分次照射不會降低其生物力學特性已經(jīng)被國內(nèi)外認可,但是其具體的機制仍然不明.肌腱主要由Ⅰ型和Ⅱ型膠原組成.膠原纖維表面鑲嵌著膠原蛋白分子,膠原蛋白分子將纖維之間以及纖維與胞外基質連接起來,形成穩(wěn)定的分子結構,該結構為肌腱提供強大機械力學性能.Hyp是膠原蛋白的特異性氨基酸,大部分Hyp都存在于膠原中,其含量約占膠原氨基酸含量的13％.因此,通過檢測肌腱組織中Hyp的含量,就能反映肌腱中膠原蛋白含量,間接反映肌腱結構的變化.
篇5
【摘要】 【目的】 研究使用異體骨混合骨髓間質干細胞移植治療骨缺損的可行性及動物實驗初步結果?！痉椒ā?將15只新西蘭白兔雙側橈骨造成1 cm骨缺損模型，隨機選擇同一只動物的一側為實驗側，自體配對的另一側為對照側。將表面脫鈣的同種異體骨和來源于受體的體外培養(yǎng)增殖的骨髓間質干細胞混合植入實驗側骨缺損，對照側僅植入同樣制作的異體骨。12周后，進行X線檢查、生物力學檢查和組織學檢查，將結果進行對比。【結果】 動物在術后12周，實驗側X線片光密度測量結果，破壞載荷時扭矩和扭角測量結果均優(yōu)于對照側；組織學評分中，實驗側骨痂量評分優(yōu)于對照側，骨連接成熟程度和骨髓發(fā)育程度兩者沒有明顯差異。【結論】 骨髓間質干細胞可以促進異體骨在移植后的成骨作用，在增多成骨量的同時不影響骨組織發(fā)育。
【關鍵詞】 異體骨； 骨髓間質干細胞； 移植； 骨缺損
Abstract: 【Objective】 To study the feasibility and result of transplanting bone allograft with bone marrow stem cell in treatment of bone defect in animal experiment. 【Methods】 Fifteen New Zealand white rabbitswere chosen for the 1 cm bone defect model of both radiuses. Randomly， one radial side was chosen for the model， and the other side was for the control one. The bone defect of experimental side was filled with surface-demineralized bone allograft and bone marrow stem cell cultured in vitro. The control side was filled with bone allograft only. After 12 weeks， all the animals were observed by X ray， biomechanics， and histology. The results were analyzed and compared. 【Results】 After 12 weeks， the X ray density， the torsional moment and angle in failure load test and the score of callus in histological grading were all improved in the experimental side， compared with the control side. There was not statistically significant difference in both mature degree of bone union and growth degree of bone marrow. 【Conclusion】 Bone marrow stem cell can enhance the osteogenesis of bone allograft after transplantation， which increases the bone formation without affecting the development of bone tissue.
Key words: allergenic bone; bone marrow stem cell; allograft
[J SUN Yat-sen Univ(Med Sci)， 2007， 28（5）:515-519]
骨移植是治療骨缺損最主要的方法，同種異體骨以其生物學特性和形態(tài)結構與自體骨相近，可以長期保存等優(yōu)點而已廣泛應用于臨床，但大段異體骨移植后，由于骨融解吸收的速度快于新骨形成，影響了大段異體骨結構性骨移植的遠期療效。已有實驗證實骨髓間質干細胞（bone marrow stem cell，MSC）在一定誘導因素作用下能向成骨細胞分化，促進成骨[1，2]，但將異體骨和骨髓間質干細胞混合移植后的效果如何，目前未見報道。本研究應用異體骨混合骨髓間質干細胞植入動物體內(nèi)進行實驗性探索，希望通過骨髓間質干細胞的成骨作用，達到改善治療效果的目的，為臨床提供參考。
1 材料和方法
1．1 實驗動物
健康新西蘭白兔15只，雌雄不限，體質量2.8～3.5 kg，平均為3.1 kg，兔齡5～10(S=7)月。
1．2 實驗試劑和材料
低糖型DMEM干粉培養(yǎng)基（Dulbecco’s Modified Eagle Medium）：13.75 g/包（美國Gibco公司）。胎牛血清（FBS；美國Hyclone公司）。0.25％胰蛋白酶（美國Sigma公司）。淋巴細胞分離液（天津TBD生物技術中心），密度為1.077。PBS平衡鹽溶液（美國Hyclone公司）。青霉素－硫酸鏈霉素雙抗溶液：青霉素1萬 U＋鏈霉素10 mg/mL（美國Gibco公司）。異體骨：從健康5月齡新西蘭白兔橈骨截取。
1．3 異體骨的制備
從5月齡的健康新西蘭白兔雙側取出橈骨，截去兩段干骺端后得到直徑均勻的長約5 cm的骨段，將每段骨截成3段各長約1.5 cm的骨段，在充分清除骨髓和軟組織后，先用三氯甲烷 ∶ 乙醇=1 ∶ 1的溶液浸泡24 h進行脫脂；用0.6 mol/L的鹽酸浸泡15 min進行表面脫鈣；用PBS溶液沖洗后，再用PBS溶液，37 ℃浸泡24 h中和鹽酸；測定浸泡后的溶液pH值約為7.0～7.2后，用超純水250 mL+青霉素10萬U+慶大霉素8萬U+鏈霉素100 ?滋g浸泡24 h，然后在超凈臺內(nèi)晾干。將上述處理的異體骨分別裝入2 mL的凍存管內(nèi)密封，在－80 ℃下深度冰凍2周；然后用2.0 Mrads劑量的γ射線照射12 h滅菌。再放入－80 ℃下深度冰凍保存?zhèn)溆谩Ｊ褂脮r，將異體骨放入約37 ℃的PBS中浸泡解凍后使用。
1．4 細胞培養(yǎng)
對于骨髓間質干細胞的制備、原代培養(yǎng)和保存方法，具體見參考文獻［3］。
1．5 動物實驗
將15只5月齡新西蘭兔隨機選擇一側橈骨植入已經(jīng)制備好的異體骨；另一側橈骨植入制備好的異體骨和自體來源的經(jīng)過培養(yǎng)增殖的骨髓間質干細胞。手術后每只動物單籠伺養(yǎng)，定期觀察。
手術方法和步驟：剝離橈骨中段骨膜約長1.2 cm，鋸斷并取出1.0 cm長橈骨，造成骨缺損，并用刮匙刮除骨斷端各約0.5 cm的骨髓腔內(nèi)的骨髓組織。將隨機選擇的一側作為實驗側，在橈骨缺損處植入上述已制備好的異體骨，然后用1 mL注射器吸出事先準備好的骨髓間質干細胞混懸液，在植入的異體骨髓腔內(nèi)注入0.5 mL細胞混懸液。不作內(nèi)固定，逐層縫合肌間軟組織和皮下組織。將注射器針頭穿過軟組織刺入植骨周圍的間隙內(nèi)，將剩余的0.5 mL細胞懸液注入植骨周圍的間隙?？p合皮膚，關閉切口。將另一側橈骨缺損處同上方法植入異體骨，但不加骨髓間質干細胞懸液，作為對照側。
1．6 觀察方法
①癥狀和體征觀察：包括動物術后傷口情況和肢體功能恢復情況。②X線照片檢查：在術后12周時對白兔行X線照片檢查。X線片結果利用圖像分析系統(tǒng)進行灰度測試，達到半定量測量。③生物力學檢查：在第12周時，用空氣栓塞法處死動物，取出雙側橈骨，剔凈附麗的軟組織。將橈骨截取包括手術區(qū)域的一段長約4 cm的骨段，將截取的骨段兩端包埋，在生物力學測試機上進行扭轉應力測定，電腦記錄破壞扭矩和扭角。④組織學檢查：將生物力學檢測前的橈骨，按照骨缺損修復形態(tài)學標準進行評分。在生物力學檢測后的橈骨上異體骨和自體骨交接處截取一段長為0.8 cm的部分進行縱行切片。10%福爾馬林浸泡固定后，脫鈣、石蠟包埋、脫水，HE染色后進行光鏡下檢查。參照Nilsson等提供的方法建立組織學評分標準(表1)。
1.7 統(tǒng)計方法
用SPSS10.0軟件進行統(tǒng)計處理，計量資料采用配對兩兩樣本的t檢驗進行處理，計數(shù)資料采用配對設計差值的符號秩和檢驗（Wilcoxon法）。
2 結 果
2．1 細胞培養(yǎng)結果
實驗中觀察到，MSCs在接種到培養(yǎng)瓶后24 h，大部分細胞貼壁，多呈圓形，在倒置顯微鏡下折光性較強。48 h后，部分細胞開始出現(xiàn)多形性變化，呈現(xiàn)出多角樣、橢圓形和短梭形；部分細胞開始呈巢狀生長。在培養(yǎng)初期的2～3 d內(nèi)，細胞變化緩慢；其后，細胞增殖加快，尤其在細胞較密集處，增殖和變形較明顯。6～12 d為細胞快速增殖期，此時仍以短梭形細胞為主，但是，部分細胞開始逐漸變成長梭形。培養(yǎng)12～14 d左右，細胞鋪滿瓶底，呈現(xiàn)類似成纖維細胞樣的長梭形。此時細胞表現(xiàn)為典型的“魚群樣”聚集（圖1）。第一次傳代后，培養(yǎng)24 h，可見細胞大部分貼壁，部分細胞開始變形。傳代后細胞生長和增殖速度加快。培養(yǎng)7 d后，細胞呈長梭形，可以鋪滿培養(yǎng)瓶底。此時，細胞生長表現(xiàn)為旋渦狀生長，分布均勻（圖2）。
2．2 動物大體觀察
所有實驗動物均得到有效觀察。植骨手術后所有動物覓食正常，活動能力相似，傷口無滲出，腫脹程度輕。所有切口得到一期愈合，術后兩周傷口縫線自行脫落。術后12周，取出橈骨后，見到實驗側和對照側的橈骨均得到骨性愈合。實驗側骨痂生成量較對照側多。實驗側可見到植入的異體骨周圍生成明顯的骨痂和骨橋，骨質較硬。對照側雖然也達到骨性愈合，但是，異體骨植入?yún)^(qū)骨量較另一側少，骨痂生成也較少（圖3）。
2．3 X線檢查結果
在動物飼養(yǎng)12周時，行X光檢查，見實驗組骨折斷端骨質生長良好，有連續(xù)性骨痂通過骨折斷端，骨折線模糊至消失；對照組也見有骨痂生長，但部分骨折斷端仍可見透亮線（圖4）。檢查結果用JVC ky-F30B 3-CCD彩色圖象攝錄輸入儀輸入德國產(chǎn)KORTRON IBAS 2.0全自動圖象分析系統(tǒng)測量光密度。同一只動物雙側肢體為配對樣本，測量相同長度（包括手術植入異體骨部位和兩端的一段自體骨）的骨段，結果為：實驗側光密度均值為1699.3±305.3，對照側均值為(1510.4±281.4），t＝2.292， P< 0.05（表2），提示光密度的總體均數(shù)不等，實驗側比對照側骨量更多。
2．4 生物力學檢查結果
將同一只動物雙側橈骨作為配對樣本，在美國產(chǎn)MTS 858 mini Bionix生物材料試驗機上測量破壞扭矩和扭角，結果為：實驗側扭矩均值為(0.243±0.018) Nt/m，對照側均值為(0.179±0.025) Nt/m， t=3.064， P< 0.01（表2），提示實驗側骨的強度更好；實驗側扭角均值(21.056°±2.262°)，對照側均值(15.007°±0.964°)， t=2.413， P< 0.05（表2），提示實驗側骨的彈性更好。
2．5 組織學檢查結果
組織學由病理研究人員根據(jù)表1的方法評分，評分結果為：骨組織連接情況實驗組23分，對照組23分；骨髓腔情況實驗組18分，對照組17分；骨痂生長情況實驗組28分，對照組20分。結果用配對設計差值的符號秩和檢驗（Wilcoxon法）進行統(tǒng)計分析，結果顯示，實驗側與對照側骨組織連接：T=0.333， P >0.05，差異沒有顯著意義；實驗側與對照側骨髓腔情況：T=0.816， P >0.05；實驗側與對照側骨痂生長情況：T=2.111， P< 0.05（圖5）。
3 討 論
3．1 骨髓間質干細胞在修復骨缺損中的作用
MSC是一種來源廣泛，獲取容易，能在體外培養(yǎng)得到大量增殖并保持成骨活性的細胞[2，3]。本實驗根據(jù)MSC的這些特點，利用MSC具有的分化成骨的能力，將MSC作為種子細胞植入動物體內(nèi)，在局部促使其轉化為成骨細胞，形成新的骨質，填補缺損，最終達到修復骨缺損的目的。
3．2 骨髓間質干細胞成骨的環(huán)境
MSC向成骨細胞分化需要在一定的環(huán)境中，在一定的誘導因素存在下進行。干細胞存在的微環(huán)境稱為“干細胞壁龕”[4-6]。本實驗通過提供骨髓腔和骨周間隙為MSC生存和分化的微環(huán)境，利用異體骨和自體骨中誘導骨生長的BMP、TGF－β、bFGF等為誘導因子，使MSC獲得向成骨細胞分化生長的有利環(huán)境。實驗表明，在上述環(huán)境中，MSC通過分化為成骨細胞等方式，促進了成骨。研究表明，局部MSC濃度要超過2×107/cm3才能確保新骨形成，本實驗使骨髓腔和骨周間隙MSC細胞濃度接近2×108/cm3，手術野的出血形成血腫，將植入的MSC包裹，使MSC局限于術野置入的異體骨周圍。
3．3 異體骨的作用
本實驗采用特殊方法處理異體骨，降低了異體骨的抗原性的目的，使異體骨在植入受體體內(nèi)后，免疫反應引起移植失敗的可能性得到較大程度控制。實驗中，在對異體骨采用表面脫鈣，表面脫鈣可以使異體骨中的BMP等骨誘導因子部分暴露，促進成骨；同時保持了異體骨具有一定的機械強度[7，8]。表面脫鈣后，在骨質表面（包括骨外壁和骨髓腔內(nèi)壁）形成一層膠原樣結構，有利于吸附植入的MSC細胞。實驗中，異體骨還在植入前經(jīng)過抗菌素溶液浸泡、γ射線照射等處理，避免了感染影響植骨的效果。研究發(fā)現(xiàn)，γ射線照射的劑量在2 M rads，時間達到12 h能夠殺滅包括芽孢在內(nèi)的所有細菌。經(jīng)過上述的處理使得異體骨在植入受體之前達到完全無菌，較低的抗原性又保持了一定的外形和機械強度，適合作為修復骨缺損的組織工程材料［9］。
3．4 骨髓間質干細胞與異體骨結合治療骨缺損的效果和意義
本實驗顯示，實驗側異體骨植入體內(nèi)后達到骨性愈合。其成骨作用不僅發(fā)生在異體骨和自體骨連接處，而且在整個植骨區(qū)域都可以觀察到不同程度的新骨形成。由于手術中植入異體骨周圍的MSC是在縫合骨周軟組織后，穿過軟組織注射到異體骨周圍，可以在一些大體標本觀察到部分區(qū)域形成隆起較明顯的骨痂。這種現(xiàn)象可能是在穿刺部位形成的針道中殘留的MSC成骨作用的結果。這表明MSC有很好的成骨效果?？v行剖開骨質后，可以見到植入的異體骨與自體骨之間的分界不明顯，部分樣本在骨髓腔內(nèi)形成紅骨髓樣成分，部分樣本的異體骨骨髓腔未完全再通。在骨皮質外壁和骨髓腔內(nèi)壁都可以見到類似軟骨樣物質，說明存在軟骨成骨作用。對照側，也全部達到骨性愈合，但骨痂主要分布在異體骨與自體骨連接處，骨痂的量也較實驗側少?？v行剖開骨質可見到大部分骨髓腔未再通，紅骨髓樣物質也較實驗側少。通過大體標本觀察可見實驗側比對照側形成的骨痂多，而且分化程度更成熟。
對標本行X光照片后，通過圖像分析系統(tǒng)測量其光密度可以半定量測量骨密度的強弱。從實驗結果可以看到：實驗側結果的均值比對照側高，實驗側與對照側有顯著性差異。表明實驗側平均骨密度較對照側高，成骨量較對照側多。說明MSC植入后成骨，促進了骨缺損的修補。
在生物力學試驗機上測量標本的扭矩和扭角，可以了解成骨后骨質的強度和彈性。扭矩為在做扭轉應力試驗時達到骨質破裂的所需力矩。扭矩越大，骨質強度越大，達到骨折時所需力矩越大。扭角為扭轉應力試驗中達到骨質破裂時，骨質兩端圍繞中軸線相對旋轉的角度差值。扭角越大，骨質抗扭轉的能力越強，彈性越好[10-12]。實驗結果可見實驗側的扭矩的均值和扭角均值均比對照側高，差異有顯著性。說明實驗側不僅成骨量比對照側多，而且形成的骨質強度比對照側高，彈性更好。
組織學觀察，對照側與實驗側在組織連接程度和骨髓腔再通程度上差異不明顯，但骨痂量差異顯著。組織連接程度和骨髓腔發(fā)育程度反映了新形成的骨質的成熟程度，兩者之間差異不顯著。說明植入的骨髓間質干細胞發(fā)育速度和成骨速度與動物體內(nèi)的細胞相類似。骨痂量的差異可以看出實驗側主要通過成骨量增加達到增大骨強度的作用。
綜上所述，異體骨結合骨髓間質干細胞移植能夠達到促進異體骨成骨的目的，這種作用主要是通過增加局部或骨量來實現(xiàn)的，植入的骨髓間質干細胞使局部形成較多的自源的骨性組織，當異體骨逐漸被受體動物吸收后，這些新形成的骨質可以在局部提供較多的力量支持和維持一定的體積［13］，不僅一定程度適應了肢體活動的需要，而且維持一定骨的形態(tài)，有利于以后進一步的骨質修復。這種方法可以為臨床提高異體骨遠期療效提供幫助。
參考文獻
XIE C， REYNOLDS D， AWAD H， et al. Structural Bone Allograft Combined with Genetically Engineered Mesenchymal Stem Cells As a Novel Platform for Bone Tissue Engineering [J]. Tissue Eng， 2006， 18(6):86-93.
張麗蓉，陳振光，項 鵬，等. 成人骨髓間質干細胞基本生物學特性 [J]. 中山醫(yī)科大學學報，2002， 23(3): 170-172.
雷 磊， 廖威明， 盛璞義， 等. 重組PCL3-轉化因子B1基因轉染兔骨髓基質干細胞體外誘導向軟骨細胞分化的實驗研究，中國修復與重建雜志 ［J］． 2006，20（2）：134-138.
TSUCHIDA H， HASHIMOTO J， CRAWFORD E， et al. Engineered allogeneic mesenchymal stem cells repair femoral segmental defect in rats[J]. J Orthop Res， 2003， 21(1):44-53.
WAN C， H E Q， LI G. Allogenic peripheral blood derived mesenchymal stem cells (MSCs) enhance bone regeneration in rabbit ulna critical-sized bone defect model [J]. J Orthop Res，2006， 24(4):610-618.
朱美玲，陳汝光，劉 華，等. 人中期胚胎、新生兒臍血及成人骨髓間質干細胞基本生物學特性的比較 ［J］. 中山大學學報：醫(yī)學科學版， 2004， 25(6): 504-507.
BRUDER S P， JAISWAL N， RICALTON N S， et al. Mesenchymal stem cells in osteobiology and applied bone regeneration [J]. Clin Orthop Relat Res， 1998， (355 Suppl):S247-256.
DEN BOER F C， WIPPERMANN B W， BLOKHUIS T J， et al. Healing of segmental bone defects with granular porous hydroxyapatite augmented with recombinant human osteogenic protein-1 or autologous bone marrow [J]. J Orthop Res， 2003，21(3):521-528.
HENG B C， PHAN T T， LIU H， et al. Can the therapeutic advantages of allogenic umbilical cord blood-derived stem cells and autologous bone marrow-derived mesenchymal stem cells be combined and synergized? [J] ASAIO J， 2006， 52(6): 611-613.
吳文周， 朱健， 王顯耀， 等. 大段負重骨移植中的生物力學實驗研究[J]. 中國生物醫(yī)學工程學報， 2000， 19(2): 191-193
廖威明， 周肇平， 曲廣運， 等. 運動、鈣和雌激素對去勢雄性大鼠股骨生物力學影響的比較[J]. 醫(yī)用生物力學，1998，13(3): 164-168.
篇6
關鍵詞：人體脊柱；跌到?jīng)_擊載荷；力學響應特性
胸腰段是人體脊柱易發(fā)生骨折部位之一，約有79.5%的脊柱損傷為胸腰段骨折，且多由高處墜落所致。由于該處損傷機制十分復雜，治療費用昂貴，嚴重增加了患者家庭及社會的經(jīng)濟負擔[1]。人體胸腰段有限元研究的主要方向為評價手術內(nèi)固定與構建脊柱骨折模型，而關于脊柱保護器的研究集中于矯形治療脊柱側彎的領域。目前，臨床對脊柱保護器的正確運用仍缺乏相應有的有限元研究[2]。本研究通過建立脊柱胸腰段模型，設計并建立脊柱保護器及三維模型，根據(jù)生物力學原理分析人體脊柱骨折機制，探討保護人體胸腰段的有效途徑。現(xiàn)報道如下。
1資料與方法
1.1一般資料 選取中國力學虛擬人數(shù)據(jù)集切片，共9000張圖片，格式為冷凍切片。給予三維有限元分析，觀察單一樣本。
1.2方法 ①建立胸腰段三維模型：經(jīng)中國力學虛擬人數(shù)據(jù)庫提取軟組織、骨等輪廓曲線，通過軟件構建人體軀干模型，包括簡化的軀干輪廓軟組織，骨盆、肋骨、骶骨、脊柱等輪廓曲線，軟組織應用Mooney-Rivlin超彈性材料，應用Hypermesh軟件將幾何面模型劃分成網(wǎng)格，建立人體軀干三維仿真模型，截取T11～L12節(jié)段模型為觀察對象。應用四面體單元劃分模型中軟組織與松質骨，三角形殼單元劃分皮質骨。②建立脊柱護具模型：運用Hypermesh軟件構建脊柱保護器模型，其形狀貼合腰背部、胸腹部與雙側肩部輪廓，下緣與骶尾部水平持平。選用1 cm厚海綿材料與厚度為3 mm的聚乙烯硬性材料，要求具有韌性。為固定脊柱保護器，模擬束縛帶，分別于腰部與肩關節(jié)前面兩側施以60N與80N的預緊力。③邊界條件與加載：對照組胸腰段模型未使用脊柱保護器，而觀察組應用脊柱保護器。兩組模型均模仿真人體自高處墜落時坐骨著地情形，重力加速度設為9.8 m/s2，人體落地瞬間速度設為2 m/s，地面與模型之間摩擦系數(shù)為0.5。④采樣等效應力單元：將胸腰椎橫斷面分為4個區(qū)，為中柱中心、前柱中心、后柱左右側中心。取4個區(qū)域等效應力并計算平均值，予以分析。
1.3觀察指標 對兩組模型目標單元等效應力及應變進行賦值、加載、運算。
1.4統(tǒng)計學方法 采用SPSS19.0統(tǒng)計軟件處理數(shù)據(jù)，采用Bartlett方差齊性檢驗模型中T11～L12椎體所受應力，P>0.1為滿足方差齊性；采用樣本t檢驗，P
2結果
2.1胸腰椎體所受應力變化情況 觀察組各椎體受力較對照組均勻平緩，且各椎體所受應力較對照組均呈不同程度的下降，其中T11椎體降幅最小，T12椎體降幅最大。應用脊柱保護器后總體上減輕了胸腰段椎體所受應力。兩組模型應力峰值最大的椎體均為L2，見表1。
2.2成對樣本分析 配對t檢驗發(fā)現(xiàn)，T12段與L2段P分別為0.21、0.13，均P0.05，故此處應用脊柱保護器o顯著差異，見表2。
3 討論
胸腰段位于活動的腰椎與固定的胸椎之間，包括T11、T12、L1、L2四個節(jié)段。胸椎與腰椎之間關節(jié)突關節(jié)排列在解剖結構上由冠狀位轉化為矢狀位，椎體受外力作用時其剛度迅速增加[3-4]。脊柱承受軀干與上肢垂直載荷后即刻傳至胸腰段生理彎曲，再經(jīng)骨盆傳至雙側下肢，從而形成X形分布的應力，同時應力高度集中的X形中點正是胸腰段部位。由于自上肢傳導的有害應力過度集中于胸腰段，無法迅速分散至骨盆及雙下肢，故易造成胸腰段骨折[5]。
臨床研究表明[6]，正常情況下，人體重心部位是脊柱椎體前緣，依靠后部韌帶與肌肉的收縮力及椎體前方重力，形成一個力學天平，且支點為椎體。兩端正常條件下處于平衡狀態(tài)，但軀體受外力作用而導致重心前傾時，必然增加支點與重心之間的力臂，若需維持平衡狀態(tài)，后部韌帶與肌肉需產(chǎn)生強大的力量進行對抗[7]。脊柱保護器可盡量阻止重心前移，同時可增加后部肌肉后伸力量，以最大限度的平衡脊柱力學。本研究中脊柱保護器的主要作用原理如下[8]：①脊柱保護器可通過與腰圍良好的貼合，將腰腹區(qū)覆蓋，并均勻加壓周圍組織。腹部可作為密閉水囊，起到一定的緩沖作用，從而自椎旁肌分散并吸收由脊柱傳導的應力，最終減輕脊柱的應力。②脊柱保護器通過對軀干前傾的有效抑制，促使重心后移，可起到良好的平衡作用。③脊柱保護器可跨過包圍腹部的腰圍與雙肩的肩帶，通過預緊力對軀干起到束縛的作用，進而較好的分流應力。本研究發(fā)現(xiàn)，兩組椎體應力均分布于L2椎體后緣、椎板周緣、雙側上下關節(jié)突處及雙側椎弓根處，這與大多數(shù)學者關于胸腰段應力集中部位的研究結果相似。另外，觀察組各椎體所承受的應力較對照組明顯降低，其中T12與L2段降幅最為明顯，P均
綜上所述，基于有限元的分析結果，對比研究兩組模型沖擊下載荷力學的響應特性，運用脊柱保護器可有效分散、減小脊柱胸腰段不良應力，能夠較好的保護脊柱胸腰段，值得應用。
參考文獻：
[1]沙漠，徐新如，陳波杰，等.Denis B型胸腰椎爆裂骨折的影像學觀察[J].中華創(chuàng)傷骨科雜志，2015，17（6）：486-491.
[2]吳冰，吳天泉，程德良，等.經(jīng)后路傷椎置入椎弓根螺釘短節(jié)段固定治療胸腰椎骨折的生物力學研究[J].浙江醫(yī)學，2015，37（23）：1923-1927.
[3]王江澤，丁真奇，沙漠，等.胸腰椎椎體骨-螺釘界面剪切載荷的生物力學研究[J].中華生物醫(yī)學工程雜志，2015，19（1）：49-53.
[4]劉述芝，胡志剛，，張健.沖擊載荷作用下運動員下肢動態(tài)響應的逆向動力學仿真[J].醫(yī)用生物力學，2015，30（1）：30-37.
[5]陳林威，趙京濤，鄭挺渠，等.兒童肱骨髁上骨折殘留移位復位模型：力學響應的有限元分析[J].中國組織工程研究，2015，19（13）：2125-2132.
[6]賀寶榮，許正偉，郝定均.胸腰椎骨折伴完全性脊髓損傷治療的相關問題探討[J].中華創(chuàng)傷雜志，2015，31（6）：494-495.
篇7
【關鍵詞】 轉子間骨折;近端防旋髓內(nèi)釘;髓內(nèi)設計
作者單位：451191 鄭州,河南省第二人民醫(yī)院骨科 轉子間骨折是老年人的主要健康危險，盡管大量的內(nèi)固定物被應用，但是轉子間骨折理想的內(nèi)置物是允許治療后早期活動。穩(wěn)定的固定應盡可能小得損傷。髓內(nèi)設計的生物力學特性最適合這種觀點。股骨近端帶鎖髓內(nèi)釘(PFN)被AO/ASIF設計解決了器械問題，文獻報道有好的結果，很少有并發(fā)癥［1］。現(xiàn)在AO/ASIF發(fā)展了一種新的髓內(nèi)釘系統(tǒng)，防旋型股骨近端髓內(nèi)釘(PFNA)，這一新的內(nèi)置物改善了轉之間骨折的治療，尤其是老年患者。2008年1月至2010年12月我院PFNA固定治療老年股骨粗隆間骨折100例, 取得滿意療效,我們比較PFNA與其他髓內(nèi)設計，以了解PFNA的優(yōu)點和缺點，手術時間, 術中出血量,術中和術后的并發(fā)癥。
1 資料與方法
11 一般資料 2008年1月至2010年12月100例轉子間骨折應用PFNA手術，患者均有骨質疏松，應用骨密度測量儀確定，男32例,女68例; 年齡68～90歲, 平均82歲。骨折根據(jù)AO分型，A1型50例，A2型40例，A3型10例。全部骨折由低能量引起，最常見為摔傷。
12 手術方法 采用全身麻醉或腰硬聯(lián)合麻醉, 取仰臥位, 手法牽引或用牽引床維持牽引, C型臂X線機監(jiān)視下閉合復位，患肢稍內(nèi)收位，取股骨大粗隆頂點向近端作直切口。確定大粗隆頂點偏內(nèi)側前1/ 3與后2/3交界處為進針點, 透視確認在髓腔內(nèi)，近端擴髓，置入髓腔內(nèi)釘，深度合適后，確定前傾角，再向股骨頸內(nèi)分別打入導針，位于股骨頸下半部，測量螺旋刀的長度, 股骨外側皮質擴孔, 選擇相應的螺旋刀片用錘敲入,鎖定螺旋刀片。瞄準器導向動態(tài)或靜態(tài)鎖定遠端螺釘, 近端擰入尾帽。
2 結果
手術時間30~80 min,平均45 min, 術中出血量平均50 ml(30~100 ml)。平均隨訪146個月(12~24個月)。術中和術后并發(fā)癥(見表1)，無深部感染，無失敗或內(nèi)置物斷裂，螺旋刀片側滑(>10 mm)，有4例，但沒必要再手術，因為患者沒有臨床癥狀。
表1 術中和術后并發(fā)癥
并發(fā)癥 PFNA(N=100)
深部感染 0(0%)
螺旋刀片側滑(>10 mm) 4(4%)
內(nèi)置物移位 1(1%)
股骨干骨折 1(1%)
必須再手術2例(2%)，1例內(nèi)置物退出，給予全髖關節(jié)置換治療。1例股骨干骨折(見圖1)，由于新的損傷，應用加長PFNA后愈合。骨折除1例外余全部愈合。
圖1 術后股骨干骨折
3 討論
轉子間骨折在老年人很常見，如果長期臥床后果極差。穩(wěn)定的固定允許早期活動是最佳的治療的選擇，髓內(nèi)設計廣泛的應用，因為它們的生物力學的優(yōu)點。我們的研究的目的是確定PFNA于其他髓內(nèi)設計是否一樣有效。
PFNA系統(tǒng)被AO/ASIF在2004設計成功，主要的設計的特點是螺旋刀片有大的表面積，未鎖定的螺旋刀片敲入時自旋轉進入骨質對骨質起填壓作用，逐漸增加的芯直徑確保最大程度的骨質填壓以及理想的錨合力和穩(wěn)定性［2］。釘尖的形狀減少了應力集中，遠端可選擇靜態(tài)或動態(tài)鎖定。
在骨質疏松的患者，PFNA的設計達到更好的固定力量，一個簡單的設計比其他的內(nèi)置物，插入的螺旋刀片完成骨的壓縮，并且比螺釘有更少的骨折移位，生物力學測試螺旋刀片比螺釘有更高的抵抗退出能力［3］。PFNA的螺旋刀片生物力學上更適合不穩(wěn)定的轉子間骨折和骨質疏松的轉子間骨折。然而，我們的研究PFNA螺旋刀片的退出可能由于插入的不足，細心和足夠的刀片的插入或尾帽的鎖定可能比生物力學的穩(wěn)定更重要。
在我們的研究中，手術時間和術中出血比PFN的研究更少［4,5］。我們認為PFNA的螺旋刀片比PFN的手術過程更簡單，PFNA有更低的侵入力，可能為轉子間骨折更好的內(nèi)置物，尤其在老年人。
PFN解決了術前和術后的技術并發(fā)癥。根據(jù)文獻這些并發(fā)癥3%~7%的患者需要在手術。在我們的研究中，再手術(2%)和PFN一樣低［3］。我們有2例再手術，1例股骨干骨折，由于摔傷；1例內(nèi)固定退出，由于螺旋刀片插入的不足。指出細心和足夠的刀片的插入或尾帽的鎖定對于預防并發(fā)癥最重要。
在我們的研究中，螺旋刀片側滑有4例。盡管在其他的髓內(nèi)內(nèi)置物大腿側面壓痛叫溫和，我們的研究沒有這些不適。原因可能是PFNA的螺旋刀片的尾部加工為圓型能減少皮膚和筋膜的刺激。
我們的研究PFNA與以前的髓內(nèi)設計一樣有效，PFNA比PFN并發(fā)癥低。轉子間骨折內(nèi)固定物的設計，沒有一種沒有并發(fā)癥。因此，手術中骨折的最佳的復位和合適的內(nèi)固定物選擇最重要。
參 考 文 獻
［1］ Alyassari G, Langstaff RJ, Jones JW, Al Lami M The AO/ASIF proximal femoral nail (PFN) for the treatment of un stable trochanteric fracture Injury, 2002,16:38693.
［2］ Windolf M, Braunstein V, Dutoit C, Schwieger K.Is a helical shaped implant a superior alternative to the Dynamic Hip Screw for unstable femoral neck fractures? A biomechanical investigation Clin Biomech (Bristol, Avon),2009,24:5964.
［3］ Sommers MB, Roth C, Hall H, et al A laboratory model to evaluate cutout resistance of implants for pertrochanteric fracture fixation J Orthop Trauma, 2004,18:361368.
篇8
廣州第一軍醫(yī)大學衛(wèi)生處 （510515）
關鍵詞 脊椎推拿 手法研究 生物力學 重要性
脊柱推拿是以各種力學，特別是生物力學為其理論和假說依據(jù)的。與脊柱源性致病的相關學說有很多，較為認同的有脊柱各節(jié)段的固定學說、椎體的偏歪學說和由于脊柱內(nèi)外的平衡失調所致的神經(jīng)傳導障礙學說等。雖然脊柱推拿可緩解患者脊柱的功能障礙，但脊柱推拿治療的治療機理仍不十分清楚。由于無法確定脊柱或椎體的位置異常與脊柱功能改變之間的關系，因此，將與之相關的臨床表現(xiàn)（現(xiàn)象）都統(tǒng)稱為"半脫位"（Subluxation）。
半脫位包含了"骨錯縫"，即脊柱的偏歪學說和"骨固定"，為脊柱的固定學說的兩種。脊柱的固定學說認為脊柱固定或僵硬可導致脊神經(jīng)的功能障礙。這些半脫位概念是臨床上使用脊柱推拿手法的理論依據(jù)。脊柱是由骨骼、肌肉、血管和神經(jīng)組成，具有許多機構力學和生物力學性質，其功能類似于船桁、發(fā)動機和液壓裝置等，許多臨床現(xiàn)象都證實有關脊柱關節(jié)半脫位的假說是成立的、合理的。這種將脊柱結構簡單化的描述對脊柱推拿者來講是很容易接受的。作為研究探索極度復雜脊柱功能和性質的一種有效方法，機械工程模型在生物體（包括人體）中的應用正在被廣泛地接受。這并不是說脊柱的結構和功能完成等同于簡單的結構，因為單一的脊柱結構或功能是無法完成脊柱復雜和精確的運動和負重等功能。
在推拿界一些人將脊柱病變只是簡單的分為靜力下移位和動力下的功能障礙，對此可采用各種脊柱推拿手法來治療，然而這種看法未免有些膚淺。臨床應用的各種脊柱推拿手法，如一些上頸段的推拿手法是根據(jù)脊柱移位的方向來設計的。臨床醫(yī)師根據(jù)患者頸椎的活動度將頸椎的功能障礙分為頸椎活動度增大或頸椎活動度減少。
根據(jù)推拿臨床和基礎研究所提供的資料，有關研究小組在對此進行深入研究后得出的結論是："目前，尚無法證明一些脊柱病變，如半脫位的確切病理機制和病變過程。"著名的生物力學專家white和Panjabi在對脊柱推拿的基礎研究進行綜合分析后于1978年發(fā)表了"脊柱推拿療法的研究狀況"一文。文章對脊柱推拿的核心問題如半脫位進行了評價，認為："目前，不同學科的專家尚無法定量或定性地重復出由推拿醫(yī)師所介紹的脊柱半脫位的征象，因此，僅就現(xiàn)有的資料無法使人信服推拿的治療機制。"
脊柱推拿的生物力學致力于研究脊柱推拿理論上不足，它是用科學的觀點和方法，客觀地研究脊柱內(nèi)在的生物力學關系、脊柱整體的力學系統(tǒng)和基本的生物力學特性。運用生物力學的方法和觀點來闡述脊柱推拿的基本概念和作用機制，如半脫位的確切定義等。如何將脊柱移位的功能障礙的關系有機的結合在一起，將是脊柱基礎研究所面臨的難題之一。
通過科學的研究方法了解脊柱生物力學的性質，進而改進脊柱推拿手法的技巧，是脊柱推拿研究的目的之一。它是要將脊柱復雜的解剖結構、生物力學性質、功能以及脊柱在正常和異常狀態(tài)下的功能特點，介紹給脊柱推拿者。運用科學的定義來闡述脊柱關節(jié)"半脫位"，而不是簡單地將脊柱看成是機械裝置。
目前尚無法確切地闡述脊柱推拿的作用機制，因而研究脊柱推拿，不僅僅是更準確地描述脊柱關節(jié)半脫位、脊柱病變時的神經(jīng)功能障礙，而且也是為了更確切地闡述脊柱推拿的作用機制，完善和改進脊柱推拿手法。通過研究更進一步了解脊柱解剖結構的特點和生物力學性質。由于在推拿界對脊柱關節(jié)半脫位的描述多是基于抽象思維或是由理論上的推測而來，醫(yī)學界對脊柱推拿普遍存在著一定的偏見或有不同的看法，所以我們要用科學的方法和術語，如解剖學、生物力學和物理學等來定義和描述脊柱關節(jié)半脫位。
一般認為脊柱關節(jié)脫位多是由于脊柱力學結構的完整性受到破壞所致，所以對半脫位進行準確的定義必將有助于消除目前有關脊柱推拿中的某些模糊概念，對進一步理解和掌握脊柱的解剖結構和生物力學性質，提供可靠的、基本的理論依據(jù)。
對脊柱進行科學地研究，在于要運用科學的觀點來闡述脊柱關節(jié)半脫位，這樣可擴大，而不是限制脊柱生物力學的臨床運用。應當認識到脊柱并不是象計算機構筑的模型一樣，它是處于不斷地更新和變化著的，雖然這種變化很慢，但與所有活體一樣，脊柱的各個部分并不是一個靜止的部件，它是不在斷地變化著、更新著、修復著和生長著的，是生物體的一部分。正常脊柱的許多生理參數(shù)都不是恒定著的，而是不斷地變化著。根據(jù)一些理論和假說，有人認為椎體間只是簡單的聯(lián)結，并不復雜，而實際上，維系椎體內(nèi)穩(wěn)定的各種機制是相當復雜的。
雖然人體脊柱的整體輪廓和功能基本相同，但沒有兩個不同的個體間的脊柱會是完全相同的。由于脊柱的退行性改變和各種各樣的解剖學變異，使得我們對脊柱不同部位間的關系也不能簡單機械地推斷。我們所強調的是研究脊柱基本的生物學原理和特點，而不是僅研究脊柱運動節(jié)段的"半脫位"、"關節(jié)固定"或是僅探討脊神經(jīng)的嵌壓等問題。
與機械結構不同的是，脊柱的功能是根據(jù)反饋機制調節(jié)的，主要是由負反饋控制的。一般來講，影響負反饋調節(jié)的單一因素容易被確定。一般認為人體內(nèi)維持體內(nèi)平衡的所有控制系統(tǒng)都是受負反饋調節(jié)機制調節(jié)的，這是人體很重要的生理功能之一。通過機體內(nèi)相互聯(lián)系的反饋通道和正負反饋機制，許多因素可影響人體的反饋系統(tǒng)。脊柱的非線和脊柱內(nèi)外平衡的統(tǒng)一表明，運用脊柱推拿手法來治療脊柱疾患，其機制是試圖將脊柱病變與影響脊柱功能改變的單一因素聯(lián)系在一起，如脊柱的對線失調、脊柱的僵硬固定等，由于將脊柱結構和功能過于簡單化，因而，對此有很大的爭議。所以在脊柱推拿的研究中應盡最大可能地了解和發(fā)現(xiàn)，影響復雜反饋過程的非正常干擾因素，以避免無效勞動和無謂的爭議。
現(xiàn)代醫(yī)學是根據(jù)疾病的病理狀況來說明和表達人體異常的解剖結構和功能的。如果將脊柱的各個部分看成是相互之間沒有聯(lián)系的部件，那必將把人體解剖結構和功能的病理性變化情況用純力學術語來定義和表達。由于機械應力有可能引起脊柱的病變，一些病變可能還會影響到脊柱結構的完整性，所以應當用力學的概念，特別是用生物力學的概念來描述脊柱的疾病狀況。
脊柱推拿中的許多內(nèi)容，如推拿術語和操作是很自然地受到力學概念的影響。如對橫突和棘突推搬手法的運用以及對推拿手法的分析也是根據(jù)力學概念進行的。由于生物力學概念的應用與現(xiàn)代醫(yī)學的內(nèi)涵密不可分，所以對脊柱推拿手法的評價進而轉向基本的生物力學，除此，還應包括物理學和工程學等內(nèi)容，以尋求應用新的理論和方法，重新研究脊柱推拿。通過研究使我們能更進一步地了解脊柱推拿的作用機制、創(chuàng)新脊柱推拿手法、淘汰繁瑣和不合理的脊柱推拿手法。
篇9
[關鍵詞]顴骨“L”形截骨降低術；三維有限元；生物力學
[中圖分類號]R782 [文獻標識碼]A [文章編號]1008-6455（2012）01-0043-04
Three dimensional finite elements modeling and analysis of the reduction malarplasty with L-shaped osteotemy
QIU Shuang,WANG Meng,CHEN Ying,NIU Feng,YU Bing,LIU Jian-feng,LIU Wei,GUI Lai
(Craniomaxillofacial Surgery Center,Plastic Surgery Hospital,Chinese Academy of Medical Science,Peking Union Medical College,Beijing 100144,China)
Abstract: Objective To establish three dimensional finite element model of the Reduction Malarplasty with L-shaped Osteotemy,and to explore biomechanical characteristics of the surgery. Methods By using medical image processing software,three dimensional reconstruction and L-shaped osteotemy simulation were performed based on the CT data of a patient with prominent malar complex.Followed the 3D model remeshing,material properties assignment with gray value conversion，and setting the boundary conditions,the finite element model of the Reduction Malarplasty with L-shaped Osteotemy was established.The FEA model was carried out biomechanical analysis under the load of simulated zygomatic pressure. Results The finite element model established in this study has high geometric and mechanical similarity.The zymomatic pressures performed in operation caused a single stress concentration on the root of the zygomatic arch,and an inward displacement of the malar complex. Conclusion Pressing the zygoma in the Reduction Malarplasty with L-shaped Osteotemy can lead to an expected greenstick fracture just on the root of the zygomatic arch,which result in an inward and lower deformation.
Key words:Reduction Malarplasty with L-shaped Osteotemy;three dimensional finite elements;biomechanics
顴骨復合于面中部突出位置，其形態(tài)不規(guī)則，結構較為復雜，是組成面中部外形和行使功能的關鍵結構之一，在面部外形輪廓中占據(jù)顯著位置?？趦?nèi)入路顴骨“L”型截骨降低術是由我科首創(chuàng)，并早在1996年就首先應用于臨床，用于矯正高顴骨畸形[1-2]、雙側顴骨不對稱（包括顴上頜復合體骨纖維異常增殖癥[3]，半側顏面短小畸形[4-5]等）。該術式的主要優(yōu)點在于,其截骨量容易精確控制，保持了顴骨體和顴弓解剖結構的相對完整性，使顴骨體和顴弓整體得到自然降低，并且手術是在骨膜下進行，對面部軟組織和面神經(jīng)的損傷幾率很小，口內(nèi)入路，不遺留皮膚瘢痕，美學視覺效果好。該手術主要是通過眶外下緣的斜行截骨和顴骨體前份的垂直截骨，以及術中按壓顴骨顴弓，造成顴弓根部的“青枝骨折”所構成，配合堅強內(nèi)固定技術從而達到術后穩(wěn)定效果。
顴弓根部的青枝骨折，是手術的一個關鍵。它的重要性體現(xiàn)在，保持了顴骨顴弓解剖結構的相對完整性，避免了面部皮膚切口（比如耳前切口[6-9]、顳部發(fā)際內(nèi)切口[10]、冠狀切口[11]等），避免了顴弓截骨術遺留的臺階感、局部不平整，保持了顴弓的自然弧度和曲線。但是關于此“青枝骨折”，醫(yī)生和患者一直存有擔心和置疑。比如術中對顴骨的按壓是否能在顴弓根部造成“青枝骨折”？其產(chǎn)生的機制是怎樣的？該術式的生物力學特性是怎樣的？為此，筆者設計本研究，對口內(nèi)入路顴骨“L”型截骨降低術進行三維有限元的建模，并對其生物力學性質進行分析。
1 材料和方法
1.1三維有限元模型的建立
1.1.1臨床資料：選取來我科就診要求行手術治療的1例24歲女性患者，先天性雙側顴骨突出（由4名臨床經(jīng)驗豐富的高年資醫(yī)師共同診斷），排除顱頜面及其他疾病。
1.1.2數(shù)據(jù)采集：首先采用Siemens Sensation螺旋CT，在120Kv，300mAs，層厚0.75mm條件下，掃描患者頭顱，數(shù)據(jù)以DICOM格式存儲。
1.1.3分體三維重建：將得到的DICOM數(shù)據(jù)，導入Mimics軟件，以閾值226～3071 HU提取骨組織，手工分離顳下頜關節(jié)處下頜骨的附著，僅選取患者左側顴骨顴弓及手術相關區(qū)域（包括部分上頜骨），進行三維重建。
1.1.4手術模擬：運用Mimics的骨切割功能，對三維模型進行顴骨“L”形截骨術的模擬：眶外下緣的斜行截骨的寬度為1.5mm，顴骨體前份的垂直截骨、去除骨塊寬度7mm。即獲得關于顴骨“L”形截骨術的三維虛擬模型（如圖1a～b）。
1.1.5網(wǎng)格劃分：打開Mimics有限元分析模塊中的網(wǎng)格劃分功能，即自動運行Magics軟件進行面網(wǎng)格的劃分?；氐組imics中，通過Ansys專用接口導出所構建的面網(wǎng)格文件。將該面網(wǎng)格文件導入有限元分析軟件Ansys中，將面網(wǎng)格轉化為solid92類型10節(jié)點二階單元的體網(wǎng)格，在進行更精細的體網(wǎng)格劃分。導出體網(wǎng)格文件，將其保存為PREP7、NODES、ELEMENTS 3種格式。
1.1.6材質賦值：將上述的3種格式體網(wǎng)格文件載入Mimics中，運行材質賦值功能。將CT掃描所得的每個體素的灰度值，連續(xù)分為10類，以中位數(shù)代表該類的灰度值。利用有限元網(wǎng)格中的每一個單元與CT掃描每一個體素的對應關系，通過經(jīng)驗公式（Density =-13.4+1017*Gray value,E-Modulus=-388.8+5925*Density[12-13]）將灰度值轉化為表觀密度、彈性模量。再對每一個網(wǎng)格單元的表觀密度、彈性模量、泊松比進行對應賦值。賦值完成后，體網(wǎng)格模型中的每一個單元按照灰度值的不同呈現(xiàn)10種顏色以示區(qū)別。最后，將完成了賦值的所有有限元體網(wǎng)格以lis，nodes,elements的格式再導入到Ansys軟件，這樣，就完成了顴骨“L”形截骨術的三維有限元模型的構建。
1.2載荷及邊界條件：在Ansys軟件中，根據(jù)人體解剖和術中實際情況，對顴弓根部與顳骨的附著處以及截骨線內(nèi)側的顴骨、上頜骨部分進行所有自由度的完全約束。模擬實際手術中對顴骨的按壓操作：對顴骨中份處直徑為10mm的部位施加方向為垂直局部骨面向內(nèi)的壓力。力的大小從0開始，以10N為遞增幅度，逐步增大至50N。分析顴骨復合體上的形變位移和應力分布。各次有限元分析均重復3次。
2 結果
2.1三維有限元模型的構建：本研究最終建立了顴骨“L”形截骨術的三維有限元模型，其幾何和力學相似性形態(tài)良好，整個模型共有節(jié)點100 421個，單元57 225個。經(jīng)有限元網(wǎng)格質量檢測，可以看出該模型所劃分的網(wǎng)格質量高，是良好的有限元模型（如圖1c）。
2.2形變分析：在各載荷加載條件下，顴骨顴弓向內(nèi)發(fā)生形變位移，從顴弓根部至顴骨的前份位移量逐漸增大，顴骨截骨端頂點是位移量最大。圖中的形變位移量以顏色梯度表示（如圖3）。
2.3應力分析：von mises應力分布圖中顯示：在顴弓的根部出現(xiàn)一個單一獨立的應力明顯集中區(qū)域，它主要分布在顴弓根部的內(nèi)外側，且內(nèi)側應力強度大于外側（如圖4）。
3 討論
有限元分析方法是利用數(shù)學近似的方法將真實物理系統(tǒng)劃分為大量小單元而進行模擬[14]。這種方法能將幾何形態(tài)和材料性質較為復雜的結構進行模擬和計算，這是其他方法所不能及的[15]。它已廣泛應用于工科和醫(yī)學領域，有研究將其成功運用于對骨折方式的預測[16]。
3.1本研究所構建的有限元模型保留了CT三維重建影像的絕大部分細節(jié)，因此幾何相似性較高。同時為了減少軟件運算中的負荷和時間，該三維有限元模型去除了與手術無關的結構。對于這樣一個僅保留了最精簡結構的有限元模型，其單元、節(jié)點的密度是同類研究中最高的。因此本研究構建了一個較為簡潔、高效、高精度的顴骨“L”形截骨術的三維有限元模型。
3.2材質賦值是有限元建模的一個關鍵問題。因為正常人體的骨組織實際包含著無數(shù)種材質，其密度和力學性質各異，它們之間是連續(xù)過渡的，在皮質骨與松質骨之間并無絕對界限。目前國內(nèi)外有限元模型的建模過程，多采用將骨組織簡單的人為劃分為皮質骨和松質骨兩種材質，并對二者賦予單一的彈性模量和泊松比[14，17-20]。這與實際解剖結構和生物力學情況相差很大。而本研究采用了根據(jù)實際CT對每個體素掃描得到的灰度值，再一一對應轉化為有限元模型中每一個單元的表觀密度值、彈性模量和泊松比，從而較精確地進行賦值。這就提高了有限元模型的真實性。對于像顴骨復合體這樣復雜的不規(guī)則骨而言，這樣的方法得到的結果才更為可靠。
3.3通過模擬手術中按壓顴骨的操作，使其向內(nèi)移動，產(chǎn)生“青枝骨折”的過程，發(fā)現(xiàn)應力集中的部位恰好是在顴弓根部。在顴弓根部的內(nèi)側是應力最大的部位。這就提示，在上述的按壓力量的作用下，顴弓根部將發(fā)生變形，從而帶動整個顴弓、顴骨體一起發(fā)生向內(nèi)的移動，從而降低的顴骨復合體的突度和寬度。當力量達到屈服極限時，最大應力集中區(qū)域將會發(fā)生塑性變形。這個結果也同時得到了另一臨床現(xiàn)象的支持。對于單純性顴弓骨折的患者，受傷時當顴骨受到從側方而來的巨大力量時，在顴弓根部往往發(fā)生明顯的骨折[21]，并可以從CT影像上清楚的看到（如圖5）。這個現(xiàn)象說明顴弓的根部確實是應力容易集中的區(qū)域，這也在一定程度上驗證了本研究方法和結果的可靠性。
3.4有限元分析不但對生物力學做出了清楚的分析，同時也模擬出了在此過程中顴骨復合移的變化。形變圖上的顏色梯度，清楚的反映了顴骨復合體各部分內(nèi)收的程度，這為理解手術的過程，預測、評估手術效果也提供了參考。
3.5 有限元分析只是一種運用數(shù)學建模的方式近似模擬實際物理情況的方法，它不可能完全精確。顴弓是人體中一個特殊的結構，它是由顴骨體的顳突和顳骨的顴突通過顴顳縫的連接所構成的。因為顴顳縫的真實結構、力學性質太過復雜，目前國內(nèi)外均無法準確模擬[22-23]。本研究僅通過了材質賦值這一項來模擬。另外因為在手術當中肌松藥的使用，對顴骨復合體進行了骨膜下的剝離，故在本研究中顴肌、咬肌、顳肌以及軟組織等的牽拉附著等影響，筆者認為是可以忽略不計的。在本研究中的材質賦值過程，筆者引用了兩個經(jīng)典公式來將CT灰度值轉化為有限元模型中的各單元的彈性模量和表觀密度。但該經(jīng)典公式系國外學者通過股骨的生物力學實驗得出的[12-13]，而對于顴骨的轉化公式尚無相關報道。筆者引用的經(jīng)典公式雖有可能不完全適用于顴骨，但卻是目前最為可靠的方法。因此，由于上述因素的存在，本研究結果可能存在具體數(shù)值上的一定偏差。
3.6 根據(jù)筆者的手術經(jīng)驗，按壓顴骨使其產(chǎn)生“青枝骨折”的力量存在著較為明顯的個體差異，與性別、年齡、顴骨發(fā)育的程度等因素有關。本研究所選取的是排除了顱頜面畸形及其他疾病的年輕女性，能在最大程度上代表目前就診群體的情況。
3.7“青枝骨折”的形成是手術的一個關鍵性步驟，應該根據(jù)患者的具體情況從較小的力量開始，逐步施加力量，過程不應急促粗暴。對于一次按壓難以形成“青枝骨折”的患者，也可以通過反復小力度按壓，做小范圍的往復運動，使顴弓根部產(chǎn)生疲勞形變，從而形成“青枝骨折”。術中應注意保護顴顳縫等結構，防止意外骨折。
4 結論
通過本研究，筆者利用有限元方法發(fā)現(xiàn)，在口內(nèi)入路顴骨“L”形降低截骨術中，通過對顴骨顴弓的按壓，是能夠在顴弓根部產(chǎn)生一個單一的應力集中區(qū)域，從而使顴弓根部發(fā)生青枝骨折，使顴弓發(fā)生向內(nèi)的形變，進而使顴骨復合體的寬度和突度都得到減小。本研究的結果和方法，為理解、研究該術式具有很好的參考價值。
[參考文獻]
[1]歸 來，鄧 誠，張智勇，等.口內(nèi)入路L型截骨術矯正高顴骨[J].中華整形外科雜志，2002，18（5）：288-290.
[2]Wang TL,Gui L,Tang XJ,et al.Reduction malarplasty with a new L-Shaped Osteotomy through an intraoral approach:retrospective study of 418 cases[J].Plast Reconstr Surg,2009,124(4):1245-1253.
[3]牛 峰，宋 濤，俞 冰，等.L形截骨顴骨降低術治療顴上頜復合體骨纖維異常增殖癥[J].中國美容醫(yī)學，2008，17（6）：842-844.
[4]尹 琳，劉劍鋒，牛 峰，等.顴骨L形截骨擴展術矯正顴骨過小畸形[J].中國美容醫(yī)學，2009，18(3)：313-315.
[5]趙延峰，張智勇，俞 冰，等.第一、二鰓弓綜合征顏面不對稱的整形外科矯治[J].中華醫(yī)學美學美容雜志，2007，13(1)：19-22.
[6]Sumiya N,Ito Y,Ozumi K.Reduction malarplasty[J].Plast Reconstr Surg,2004,113:1497-1499.
[7]Yang DB,Chung JY.Infracture technique for reduction malarplasty with a short preauricular incision[J]. Plast Reconstr Surg,2004,113:1253-1261,1262-1263.
[8]Lee KC,Ha SU,Park JM,et al.Reduction malarplasty by 3-mm percutaneous osteotomy[J].Aesthetic Plast Surg,2006,30:333-341.
[9]Jang H,Lee S,Jung G.Reduction malarplasty with small preauricular incision[J].Plast Reconstr Surg,2010,126:186e-188e.
[10]Lee JS,Kang S,Kim YW.Endoscopically assisted malarplasty: one incision and two dissection planes[J].Plast Reconstr Surg,2003,111:461-468.
[11]Baek RM,Kim J,Lee SW.Revision reduction malarplasty with coronal approach[J].J Plast Reconstr Aesthet Surg,2010,63:2018-2024.
[12]Taylor WR,Roland E,Ploeg H,et al.Determination of orthotropic bone elastic constants using FEA and modal analysis[J].J Biomech,2002,35:767-773.
[13]Rho JY,Hobatho MC,Ashman RB.Relations of mechanical properties to density and CT numbers in human bone[J].Med Eng Phys,1995,17:347-355.
[14]Uckan S,Veziroglu F,Soydan SS,et parison of stability of resorbable and titanium fixation systems by finite element analysis after maxillary advancement surgery[J].J Craniofac Surg,2009,20:775-779.
[15]Tomasz DS,Cari MW,Jeffrey AF.Toward characterization of craniofacial biomechanics[J].J Craniofac Surg,2010,21:202-207.
[16]Lotz JC,Cheal EJ,Hayes WC.Fracture prediction for the proximal femur using finite element models:part I-linear analysis[J].J Biomech Eng,1991,113:353-360.
[17]柳大烈，單 磊，樊繼宏，等.咬肌牽動的顴骨復合體三維有限元模型的建立[J].中國美容醫(yī)學，2007，16(3)：346-348.
[18]Ujigawa K,Kato Y,Kizu Y,et al.Three-dimensional finite elemental analysis of zygomatic implants in craniofacial structures[J].Int J Oral Maxillofac Surg,2007,36:620-625.
[19]李慧超，李冬梅，歸 來，等.下頜角截骨整形手術前后下頜骨生物力學的三維有限元分析[J].中華整形外科雜志，2008，24 (6)：416-420.
[20]Murakami K,Sugiura T,Yamamoto K,et al.Biomechanical Analysis of the Strength of the Mandible after Marginal Resection[J].J Oral Maxillofac Surg,2011,69(6):1798-1806.
[21]Chen RF,Chen CT,Chen CH,et al.Optimizing Closed Reduction of Nasaland Zygomatic Arch Fractures with a Mobile Fluoroscan[J].Plast Reconstr Surg,2010,126:554-563.
[22]Provatidis C,Georgiopoulos B,Kotinas A,et al.In vitro validated finite element method model for a human skull and related craniofacial effects during rapid maxillary expansion[J].Proc Inst Mech Eng,2006,220:897-907．
篇10
文章編號：1004-7484（2014）-03-1786-02
臨床上以滋補肝腎、止痛活血等保守治療方案來治療OVCFs取得了不錯的療效。而1984年法國的一位醫(yī)生Galibert首創(chuàng)了椎體壓縮性骨折的微創(chuàng)手術治療方法經(jīng)皮椎體成形術（percutaneous vertebroplasty，PV）[1]，較大程度的緩解了病人的癥狀。經(jīng)皮球囊擴張椎體成形術（PKP）可緩解病人的疼痛，加強椎體的強度，恢復椎體正常的生物力線，減少對神經(jīng)根的壓迫[2]。經(jīng)皮球囊擴張椎體成形術（PKP）可緩解病人的疼痛，加強椎體的強度，恢復椎體正常的生物力線，減少對神經(jīng)根的壓迫，較大程度的緩解了病人的癥狀[3-7]。中醫(yī)方法與PVP和PKP治療骨質疏松性椎體壓縮性骨折也存在很多并發(fā)癥的問題，本文就骨質疏松性椎體壓縮性骨折的中西醫(yī)治療研究進展的問題的研究綜述如下。
1 祖國醫(yī)學對骨質疏松的理解
腎主骨，故骨質疏松與腎精的充足與否有著密切的關系。由于骨痿引發(fā)的椎體壓縮性骨折的病人肝腎不足，氣機不暢，淤血內(nèi)阻。祖國醫(yī)學對此類的病人的治療主要是湯藥滋補肝腎、長期臥床、活血止痛等方法。
1.1 補腎壯骨湯在補肝腎強筋骨方面的特點 巴戟天、仙靈脾具有強筋壯，骨補腎助陽，祛風除濕的功效；紫河車具有益精，補氣，養(yǎng)血的功效；丹參有祛瘀止痛，涼血活血，行氣改善微循環(huán)的功效；白術益氣健脾，促進消化機制得以改善；黃精、山藥補腎精強骨骼。這多種藥物合用，有補益腎精行氣活血強壯骨骼之功。
1.2 長期臥床治療的并發(fā)癥 因骨質疏松性椎體壓縮性骨折而長期臥床的病人，特別是老年病人，容易并發(fā)墜積性肺炎，褥瘡等并發(fā)癥。
2 椎體成形術
椎體成形術是近年來流行的一種微創(chuàng)手術治療，分為經(jīng)皮椎體成形術和經(jīng)皮經(jīng)球囊擴張椎體成形術兩種，有手術切口小，基本上恢復脊柱的力線等優(yōu)點。其中以經(jīng)皮經(jīng)球囊擴張椎體成形術療效最顯著[3]。兩種方法已普遍在臨床上應用。
2.1 椎體成形術術后止痛效果的比較 骨質疏松性椎體壓縮性骨折斷端移位，所以恢復椎體正常生物力線與緩解病人的疼痛有一定的關系[4]。椎體成形術的止痛機理還不明確，我國一些專家認為：首先微創(chuàng)技術最大程度的減少了病人的疼痛其次椎體內(nèi)注入骨水泥加強了椎體，部分的恢復了椎體的生物力線；再次骨水泥硬化時所放出的熱量而對椎體內(nèi)的神經(jīng)有燒灼作用，所以可以緩解病人的疼痛[5]。
2.2 對于椎體高度的恢復和糾正后凸畸形 原則上這兩項技術無法明顯恢復脊柱的正常高度，PKP技術所采用的擴張球囊在椎體內(nèi)的擴張容積最大為3ml，相對正常成人胸腰椎椎體20ml的容積還差甚遠，恢復脊柱椎體高度可能性不大；PVP則更無此機制?；謴妥刁w高度往往靠復位來部分實現(xiàn)。
目前，后凸畸形能否通過PVP和PKP來矯正尚不明確。在國外，Stepen等學者認為椎體成形術可以部分的恢復椎體高度但是無法矯正椎體的后凸畸形。有研究表明這兩項技術通過注入骨水泥不僅可以增加椎體的強度還可以部分恢復椎體前緣高度。近些年來，PVP和PKP對后凸畸形及椎體高度的改善其療效是均等的。在我國，韓松輝等認為，PVP和PKP對這兩項指標均無明顯改善。劉尚禮[6]等對74例OVCFs患者采用椎體成形術治療，椎體后凸角術前術后平均相差了8.5b。而王文軍[7]等人對12例OVCFs患者進行椎體成形術治療統(tǒng)計，術前術后平均相差11.2b。徐寶山[8]等人則綜合評價了椎體成形術對椎體高度和后凸畸形的作用，有一定的療效，但不是很明顯。
3 單雙側入路的比較
隨著椎體成形術的不斷發(fā)展，該技術在歐美地區(qū)成為治療OVCFs的主要手段。雙側入路是椎體成形術中比較普遍的入路，操作簡單，對恢復脊柱椎體的穩(wěn)定性和椎體的強度有更好的把握，但是因為費用問題，很多人開始使用單側入路[9]。
3.1 生物力學角度 僅從生物力學的角度上看，雙側椎弓根入路比單側椎弓根入路更符合生物力學原理。但是可以從注射方法和穿刺部位及入路的角度來不斷完善，從而達到接近雙側椎弓根入路的生物力學效果。
3.2 影像學和骨折部位 骨質疏松性椎體壓縮性骨折手術方案通常要根據(jù)影像學資料進行判斷從而確定。如果影像學資料顯示椎弓根比較肥大的骨折患者，手術方案可以確定為單側椎弓根入路。術前也要測量椎弓根從而確定導針進入椎體的角度。一般單側椎弓根入路要考慮橫向角的大小，一般選擇椎弓根根部，導針放入的位置一定要確保球囊位于椎體的中線的前面。無論單側入路還是雙側入路，導針置入椎體時一定要確保球囊的位置超過椎體的中線[10]。
3.3 單側入路椎體成形穿刺注射技術改進的必要性 椎體成形術有單側椎弓根入路和雙側椎弓根入路。雙側椎弓根入路需要較單側椎弓根入路多一套穿刺系統(tǒng)，醫(yī)療費用增加，而且手術時間較長，更有的患者伴發(fā)高血壓及糖尿病等疾病，手術時間較長增加了該類患者的痛苦；有的醫(yī)院雙側椎弓根入路由兩名術者同時進行推注，相對而言就更加較為簡便。單側椎弓根入路較雙側椎弓根入路少一套穿刺系統(tǒng)，從而減少了接近一半的手術操作，手術占用時間較短。有人做過研究同一類型椎體壓縮性骨折雙側和單側方法適當注入等量骨水泥對脊柱椎體的強度和剛度恢復的相似的。單側椎弓根入路的缺點主要體現(xiàn)在骨水泥注入是骨水泥在椎體內(nèi)的分布和控制骨水泥的擴散方面。一般來講針尖應該穿刺到椎體前中三分之一，然后固定注射，這很不穩(wěn)定，無法確保骨水泥在椎體內(nèi)均勻分布，對骨水泥的滲漏更是無法控制?，F(xiàn)在單側椎弓根入路一般采取退針法注射，合理的利用了脊柱椎體的生物力學和解剖學特性，骨水泥向后流動應該盡量減少，因為越到椎體后方脊髓等重要組織就越來越多。退針法注射的優(yōu)點是能夠更加均勻合理的使骨水泥分布于椎體內(nèi)部，從而使椎體更加穩(wěn)定；缺點是注射越到后期骨水泥就越來越硬化，注入困難，操作相對而言難度加大，后期容易滲漏到椎體后緣神經(jīng)根或者靜脈叢出。因此，要合理的選擇注射方式，這對于后期療效評價及減少并發(fā)癥的發(fā)生有著重要的臨床意義。
參考文獻
[1] BarrJD，BarrMS，LemleyTJ，et al.Percutaneousverte brophasty forpain relief spinal stabilization[J].Spine，2000，25（8）：923-928.
[2] 倪家驤，樊碧發(fā)，薛富善，等.臨床疼痛治療技術[M].北京：科學技術文獻出版社，2005：129.
[3] GalibertP，DeramondH，RosatP，et al.Preliminarynoteon The treatment of vertebralangioma by percutaneousacry licverterbroplasty[J].Neurochirurgie，1987，33（2）：166-168.
[4] Steven Rt，Han sen AY，Mark A R.New technologies inspine：KYPhonplasty and vertebralplasty for the treatment of Painful osteoporosis compression fractures[J].Spine，2001，26：1511-1515.
[5] DERAMAND H，DEPRIESER C CALIBERT P，et al.Percutaneous vertebroplasty with polymethylmethacrylate Technique，indication results[J].Radio Clin North Am，1998，36：533-593.
[6] 樊仕才，江振華，朱青安，等.經(jīng)皮椎體成形術的實驗研究及臨床應用[J].中國臨床解剖學雜志，2002，（6）：74-76.
[7] 尹慶水，吳增暉，夏 虹，等.經(jīng)皮椎體成形術治療老年骨質疏松椎體壓縮骨折[J].中華創(chuàng)傷骨科雜志，2005，（7）：701-703.
[8] JohnerR，WruhsO.Classification of tibiashaftfractures and correlation with results after rigid internal fixation[J].ClinOrthop，1983，（178）：7225.
