目的:分析髋关节置换中实心钛合金假体与骨小梁假体柄植入的应力.方法:基于Mimics软件逆向建立股骨模型,并使用Geomagic软件对股骨模型进行优化,再通过SolidWorks软件将模型实体化.将截骨后的股骨与金属股骨柄进行装配,并将装配好的模型导入ABAQUS中进行有限元计算.将股骨上部分为内侧近端点(小转子区)、外侧近端(大转子区)、股骨干近端点(茎突中段周围)、远端区域(茎突末端周围和远端)4个区域(处于不同整合状态),计算步态、爬楼梯载荷下植入实心钛合金假体和骨小梁假体前后的股骨应力以及区域未整合时的界面应力,并通过应力椭球分析骨界面的变形类型.结果:在小转子区,步态和爬楼梯载荷下骨小梁假体相比实心钛合金假体应力屏蔽率分别降低了 20.5％和14.7％.实心钛合金假体存在不同整合状态时,步态与爬楼梯载荷下界面拉应力最大分别为10.842、12.900MPa,剪应力最大分别为7.050、6.805 MPa;而骨小梁假体存在不同整合状态时,步态与爬楼梯载荷下界面拉应力最大分别为3.858、4.389 MPa,剪应力最大分别为4.156、3.854 MPa.2种不同载荷下,界面内侧剪应力椭球开口朝向两侧,骨界面发生拉伸变形;界面外侧剪应力椭球上下开口,发生压缩变形.结论:全髋关节置换术后,骨小梁假体的整体性能优于实心钛合金假体,且假体-骨界面未整合边缘易发生应力集中以及变形,引发进一步失效.

目的 比较定制式内侧 Y 形接骨板与传统 T 形接骨板在治疗 Wahlquist 不同亚型内侧胫骨平台骨折中的生物力学效益.方法 采集 1 名健康成年女性膝关节 CT 断层扫描数据,重建胫骨几何形态,基于 Wahlquist 分型建立内侧胫骨平台骨折模型,矢状骨折线分别位于髁间内侧(A 型)、经髁间嵴(B 型)、髁间嵴外侧(C 型),代表 3 种骨折亚型,分别使用定制 Y 形接骨板与传统 T 形接骨板固定.使用 Ansys 2021 软件进行有限元分析,输出两种固定方式下各成分所有节点的应力与位移.基于 Mann-Whitney 非参数检验对输出结果进行统计学分析.结果 对于 A、B、C 3 种骨折类型,无论使用 T 形接骨板或 Y 形接骨板固定,最大应力点均位于最远端钉孔处;Y 形接骨板固定组的骨应力均显著高于 T 形接骨板组,差异均有统计学意义(P<0.0001);Y形接骨板组内侧骨折块的内-外方向位移显著高于 T形接骨板组,前-后方向及上-下方向位移显著低于 T形接骨板组,差异均有统计学意义(P<0.0001).结论 定制式内侧 Y形接骨板较 T形接骨板显著降低应力屏蔽效应,同时能够为内侧骨折块提供更强的抗轴向、抗前后方向滑移能力,在治疗 Wahlquist 不同亚型内侧胫骨平台骨折时具有更佳的综合力学表现.

不锈钢和钛等金属一直是作为传统骨科内置物的最常用材料,但其在临床上仍然存在着耐磨性差导致的松动和应力屏蔽导致的骨愈合强度差等生物力学局限.新型复合骨科内置物因其优良的生物相容性、高强度、良好的耐磨性等优异的生物力学性能在骨科内置物中备受关注.为评估和提升新型骨科内置物的性能,确保其安全性和有效性,研究其生物力学性能对骨科内置物至关重要.文章结合近年来新型复合内置物在创伤骨科、关节骨科、脊柱骨科、临床前的潜在研究四个方面的生物力学研究进展进行综述,以期为新型骨科内置物的临床应用提供有价值的参考.

背景:髌腱末端病中髌骨髌腱结合部是损伤的高发区域.兔髌骨髌腱损伤模型是常用动物实验研究对象,目前对损伤机制和造模方法的应力分析尚不全面.目的:在过往组织学和力学测量的基础上,对兔整个髌骨、髌骨髌腱结合区和股四髌腱止点结合区进行扫描建模,分析其应力变化特点,探讨不同运动形式对髌腱退行性变的潜在影响,为损伤预防以及动物模型建立提供理论依据.方法:以成年健康雌性新西兰大白兔左侧膝关节的髌骨和两端肌腱为实验对象,取材处理后经Micro-CT扫描,Mimics、Geomagic Studio、SolidWorks等软件建模,应用Ansys Workbench进行有限元分析.分析不同加载条件下(载荷大小和方向改变,不同动作模式)目标区域的等效位移、应力、应变情况.结果与结论:①载荷方向改变影响趋势和数值变化,载荷大小改变影响数值变化;②与其他区域相比,髌腱腱止点处应力集中较明显,应变值最低;③在髌腱腱止点处,外翻比内翻、内旋比外旋产生更大的应力集中;④提示膝关节屈伸运动中所产生的应力集中和应力屏蔽效应是导致髌腱腱止点损伤的主要原因;内旋和外翻状态的应力同时是导致损伤的潜在因素,有待进一步研究;以跳跃、跑动状态建立动物模型更加符合运动损伤特点.

目的 应用三维有限元分析聚醚醚酮(PEEK)及其复合物重建板修复下颌骨缺损的应力分布.方法 通过CBCT、Mimics、SolidWorks、Geomagic Studio和ANSYS Workbench等软件建立钛合金、聚醚醚酮(PEEK)、30％碳纤维增强聚醚醚酮(carbon-fiber-reinforced polyetheretherketone,CFR-PEEK)、68％ CFR-PEEK重建板有限元模型,以钛合金作为对照.分别模拟两种咬合状态.载荷Ⅰ:前牙区垂直加载300 N;载荷Ⅱ:左侧后牙区垂直加载300 N.结果 两种载荷下,重建板最大应力与其屈服强度的比值:PEEK模型＞30％CFR-PEEK模型＞钛合金模型＞68％CFR-PEEK模型;颌骨最大应力:PEEK模型＞30％CFR-PEEK模型＞钛合金模型＞68％ CFR-PEEK模型.其中,在前牙区垂直载荷下,PEEK模型重建板和颌骨的最大应力都超过了其屈服强度,其他模型的最大应力均低于其屈服强度.结论 68％CFR-PEEK与钛合金有着相似的应力分布,可以满足颌骨缺损重建机械强度的要求,重建板出现断裂的风险较钛合金降低,但应力屏蔽的发生率略增高.研究结果可为修复下颌骨缺损的重建板材料的选择和临床应用提供依据.

背景:肌腱是一种特殊的结缔组织,可以将肌肉产生的力通过腱止点传递到骨骼上,腱病的发生与肌腱和腱止点的力学特性与其微细结构关系密切,但其中的具体机制仍有许多疑问.目的:综述肌腱和腱止点的微细结构、肌腱的生物力学特点、肌腱损伤的愈合与修复及慢性腱病相关的生物力学因素.方法:检索中国期刊网全文数据库(中国知网CNKI)、维普数据库、中国生物医学文献数据库(CBM)、中国医药学位论文全文数据库(万方)及PubMed数据库和Embase医药数据库,选择与腱病或腱止点相关微细结构、腱病或腱止点与应力之间关系及腱病或腱止点相关生物力学机制相关的文献.结果与结论:肌腱和腱止点的生物力学特性与其微细结构密切相关,肌腱在损伤修复过程中由于微细结构受到了影响,因此其生物力学特性也相应的降低.慢性腱病的发生发展与腱止点微细结构与生物力学特性有关,这其中压缩负荷与发生在腱止点上的应力屏蔽可能起着关键作用,但在具体的作用机制方面仍需要更多的高质量文献支持.

在骨缺损治疗中通常使用生物相容性和机械性能较好的钛合金骨科医疗器械进行替换,但是传统的加工制造工艺不能满足对复杂外形医疗器械的加工要求.近年来流行的3D打印技术具有传统材料制造技术不具有的优点,其性能优良的生物医用材料结合先进的材料制造技术,在骨科医疗器械领域具有很大的发展潜力.在计算机软件的帮助下,可以按照患者的需求制造特殊外形和结构的骨科医疗器械,从而实现个性化医疗.近几年出现了很多3D打印的骨科植入物,都表现出了优良的生物学性能.但是也存在一些问题,例如钛合金材料在力学性能上不能很好地匹配人骨,产生"应力屏蔽"现象,研究者们通过3D打印制造多孔结构的钛合金来降低钛合金人体植入物的弹性模量,也有研究者通过3D打印制造低模量的新型β型钛合金,这两种途径都有效地减小了应力屏蔽现象.此外,3D打印制造的钛合金零件往往会产生空隙和未熔化的粉末缺陷,从而导致表面光滑度下降和金属离子过度析出,影响骨科植入物的生物安全性.研究者们通过对3D打印钛合金骨科植入物进行表面处理,提高了生物安全性.通过创新三维结构和改进钛合金材料的成分使骨科钛合金医疗器械的力学性能得到了较好的优化,通过一些表面处理技术提高了 3D打印钛合金骨科医疗器械的表面质量,进一步提高了其生物安全性和有效性.因此近年来出现了很多临床上使用3D打印钛合金骨科医疗器械修复骨缺损的案例,取得了良好的效果.在未来,3D打印技术将成为定制化骨科医疗器械的主流制造方法,会有更多的3D打印新工艺和新材料出现.本文主要就3D打印骨科钛合金医疗器械产品的研究进展做出简要评述.

本研究利用拓扑优化的方法对股骨柄假体进行结构优化,研究不同保留阈值下假体体积对力学性能的影响,并探索优化假体对股骨的影响.利用股骨假体三维模型建立有限元模型,拓扑优化后保存5个不同保留阈值的模型,对其进行力学性能分析,并对比初始假体与一例优化假体置入对股骨的内固定效果.优化前假体的柔度为123.06 mJ,应力为179.96 MPa;优化后假体的柔度和应力均大于优化前,其中柔度最小值为142.31 mJ,应力最小值为182.23 MPa.置入初始假体的股骨A区应力平均值为23.083 MPa;置入优化假体的为25.246 MPa.拓扑优化方法下假体柔度随着体积的减小而增加;应力受构型和体积的双重影响,且构型的影响占据了主导因素.保留阈值为0.5的优化假体相较于通用假体能减小股骨的应力遮挡.

钽金属越来越多地应用于生活中,由于具有极佳的生物惰性和生物相容性,也被称为"亲生物"金属.纯钽在骨科中的应用已经80余年,但纯钽与骨组织弹性模量相差较大,不利于骨愈合.多孔钽是一种开孔金属结构,外观近似于人松质骨.它具有低弹性模量,接近于软骨下骨和松质骨,能够获得更好的负荷转移和最小化应力屏蔽现象.它的摩擦系数是生物材料中最高的之一,甚至在没有螺钉固定情况下,可以充分地获得融合器的初步稳定性.本文针对多孔钽融合笼架在颈椎前路的应用进行综述,为临床医生更好地选择合适的融合器提供参考.

口腔金属种植体的弹性模量远高于天然骨,长期服役中易发生应力屏蔽.另外,光滑致密的表面不利于与周围新生骨组织相互锁结,可能导致种植体松动 [1].多孔金属是由金属基体和孔共同组成的集结构和功能为一体的多功能复合材料[2, 3]:一方面通过孔隙设计形成与周围骨组织匹配的弹性模量,具有良好的生物力学性能;另一方面可促进新生骨组织向内生长,表现出良好的生物活性 [4].本文主要从多孔金属材料的类型、性能特点、制备方法、表征、表面修饰等多个方面谈谈其在口腔医学中的应用,以期为相关研究提供参考.