目的:分析进口膝关节假体与国人胫骨平台截骨面的匹配程度，探讨其对膝关节假体设计的影响及人类进化节奏的差异。方法:回顾性研究。选取2018年1月—2020年1月首都医科大学附属北京朝阳医院骨科非膝关节疾病患者60例（120膝）、健康志愿者20名（40膝），其中男46例（92膝），女34例（68膝），年龄24～72岁、平均46.8岁。均行双侧膝关节CT扫描及三维重建，并在高级图像工作站（GE ADW 4.3）上对三维重建的胫骨图像进行旋转、切割，测量并比较不同性别被试胫骨平台截骨面横径、前后径等线性参数的差异；采用5 mm容差范围法，分别评估按照白种人体质参数设计生产的Depuy-PFC sigma（假体A）、Link-Gemini MK-Ⅱ（假体B）、Zimmer-Nexgen（假体C）3种进口假体与成年国人胫骨平台截骨面的匹配率，并采用 χ 2检验进行比较。 结果:测得80例160膝成年国人胫骨平台截面横径为（74.2±2.8）mm，其中男性为（76.2±2.7）mm，大于女性的（68.1±2.9）mm，差异有统计学意义（ t=18.18， P<0.001）；前后径为（48.2±2.6）mm，其中男性为（50.5±2.5）mm，大于女性的（46.3±2.7）mm，差异有统计学意义（ t=10.15， P<0.001）。假体A、假体B、假体C与受试者胫骨平台截骨面的匹配率分别为41.25％（66/160）、46.88％（75/160）和26.25％（42/160），假体C低于假体A和假体B，差异均有统计学意义（ χ2=8.05、14.67， P值均<0.05），而假体A与假体B间差异则无统计学意义（ χ2=1.03， P=0.184）。 结论:基于白种人体质参数设计的进口膝关节假体与中国人胫骨平台截骨面的匹配度普遍较低；国人正常胫骨平台截骨面的几何形态同白种人有明显的区别，因此国人膝关节假体设计时不能照搬白种人的体质参数。中国人的胫骨平台截面相对较圆，因而推测在人类的进化过程中，中国人从四肢行走到直立行走可能较白种人更早。

目的:推导单开门椎管扩大成形术中椎板实际开门宽度、椎管横径与椎管横截面积增加值关系的公式,并利用公式预测椎管横截面积增加值并验证其有效性.方法:通过术前术后椎管形态变化建立几何模型,根据三角函数知识推导单开门椎管扩大成形术中椎板实际开门宽度、椎管横径与椎管横截面积增加值关系的公式:s增加=b/2× 2√a2-b2/4=c-d/2×2√a2-(c-d)/4其中a为椎管横径,b为实际开门大小,c为使用钛板尺寸,d为使用磨钻直径).通过患者术前术后CT图像,测量公式中相关参数,并代入公式得出术后椎管横截面积的预测增加值,通过统计学方法分析利用公式预测的椎管横截面积增加值与实际测量得出的椎管横截面积增加值之间的差异,从而验证公式在实际应用中的可行性.结果:25例病例均获得术前术后完整的CT影像学资料.对每个病例手术相关节段术前术后椎管横截面积进行逐一对比差异均有统计学意义(P＜0.01).通过公式计算所得各节段椎管横截面积增加值与实际测量的椎管横截面积增加值逐一进行对比差异均无统计学意义(P＞0.05).结论:在单开门椎管扩大成形术中,应用公式根据实际椎板开门宽度及椎管横径能准确计算椎管横截面积增加值,指导术者在术前根据需要选择合适的钛板.

目的 探讨汉族与维吾尔族人群胫骨截骨面的解剖学差异及其与进口假体组件的匹配性.方法 选取2012年9月1日至2014年12月1日非膝关节疾病的门诊患者140例,并招募健康志愿者60名.男86例(172膝),女114例(228膝);年龄21～68岁,平均(44.6±10.8)岁.根据民族分为汉族组与维吾尔族组,每组又按照性别分组.行下肢全长CT扫描,在工作站重建膝关节.模拟全膝关节置换术中胫骨截骨操作(后倾5°,厚度9 mm).测量胫骨截面的横径、内侧平台前后纵深度及外侧平台的前后纵深度,计算截骨面的前后径及纵横比.比较汉族组与维吾尔族组几何参数的差异,并利用5 mm容差范围法将所得到的截骨面与三种市售进口假体胫骨组件进行涵盖率分析.结果 汉族组胫骨截面横径、内侧平台前后纵深度、外侧平台前后纵深度、截骨面前后径及纵横比分别为(72.3±4.3) mm、(50.7±3.1)mm、(47.8±3.0)mm、(49.3±2.9) mm、0.682±0.021,维吾尔族组分别为(74.5±4.8) mm、(51.4±3.0) mm、(48.6±2.8) mm、(50.0±2.9) mm、0.672±0.020,除纵横比外维吾尔族组各参数平均值均大于汉族组,差异有统计学意义.同性别不同民族组比较差异均有统计学意义,除纵横比外维吾尔族组均大于汉族组.Depuy 、Link、Zimmer三种假体胫骨组件对汉族受试者截面参数的涵盖率分别为53％、37％、40％,对维吾尔族受试者分别为61.0％、43.0％、42.5％,Depuy假体与维吾尔族人群的匹配性最高.结论 汉族与维吾尔族人群胫骨形态学上存在差异.进口胫骨假体组件对汉族和维吾尔族人群胫骨截骨面的涵盖率均偏低;通过调整假体组件型号参数或增加型号设置可提高假体与截骨面的匹配程度.

目的 建立带有脑脊液的颈脊髓三维有限元模型,利用生物力学有限元方法研究爆裂骨折时骨碎片不同撞击速度对脊髓造成损伤的机制.方法 根据人体颈椎各节段的脊髓的形态学特点,利用Spaceclaim 18.0、Hypermesh 13.0及ABAQUS 6.14软件,重建包括硬膜、脑脊液、灰质及白质的C2～ C7节段颈髓三维六面体网格有限元模型,并进行有效性验证.在已验证的颈脊髓模型上,分别用3个横截面积分别为314、157和78.5 mm2但质量均为7 g的打击器模拟椎体爆裂骨折骨碎片,分别以1.5、2.5 ～6.0 m/s的速度撞击脊髓,记录和比较脊髓横截面积减少量及脊髓内部受到的最大应力,研究脊髓损伤机制.结果 建立的颈脊髓有限元模型几何相似性好,颈脊髓模型在3个打击器分别以4.5 m/s撞击时,全脊髓压缩量为37.1％ ～51.3％,单纯脊髓压缩量为36.3％～40.5％,到达最大压缩量所需时间为2.3～3.0 ms,与文献结果类似,证明脊髓模型有效.无论作用面积大小,脊髓横截面积减少及脊髓内部应力随着撞击速度的增加而增加.当三个打击器以1.5 m/s撞击颈髓时,其内部应力为5 ～7 kPa,脊髓横截面积减少9.3％ ～ 12.3％;3.5 m/s时应力为42 ～54 kPa,脊髓横截面积减少均超过30％;撞击速度＞3.5 m/s时,脊髓内部应力明显增加,4.5 m/s时增加速度最快.速度为6.0 m/s时脊髓应力为250 ～320 kPa,脊髓横截面积减少超过50％.结论 颈脊髓有限元生物力学研究可对爆裂骨折骨碎片不同撞击速度造成脊髓损伤的力学机制进行分析,当骨折块撞击速度超过3.5 m/s时,其颈脊髓内部应力开始明显升高,横截面积减少超过30％,可能造成脊髓损伤.

目的:应用蒙特卡罗方法建立6711型125I放射性粒子模型,计算其在不同骨介质中的剂量分布,为进一步分析125I放射性粒子治疗头颈部肿瘤的剂量分布提供依据.方法:应用MCNP4C软件(截面库DLC-200)建立 6711型125I放射性粒子模型,计算其剂量率常数及在水介质中的径向剂量函数值,并与美国医学物理学家协会(American Association of Physicists in Medicine, AAPM) 2004 年发布的 TG43UI 报告推荐值对比验证125I 模型.利用该模型,采用ICRU44报告推荐的成人不同骨介质的元素组成及密度编写MCNP材料卡,计算125I模型在不同骨介质中的剂量分布.结果:应用MCNP4C软件建立的125I放射性粒子模型的几何形态及规格符合AAPM的TG43UI要求.模拟得到了125I模型剂量率常数Λ=0.977 78 cGy/(h · U)及在水介质中的径向剂量函数值,并得出125I模型在不同骨介质中的径向剂量分布.在同样的介质深度,125I粒子的剂量沉积能力自骨皮质、骨松质、软骨、水、黄骨髓、红骨髓依次递减.在介质深度分别为0.01、0.1、1 cm处,125I粒子在骨皮质中的剂量沉积分别是在水中的 12.90倍、9.72倍、0.30倍.结论:本研究建立的125I放射性粒子模型可靠性好,可用于后续在骨介质中的模拟计算.125I放射性粒子在不同的骨介质中的剂量分布不等同于水,能量主要沉积在骨介质表面,因此在制定靶区毗邻骨组织的125I粒子植入计划时应考虑骨介质的影响.

目的 探讨大猩猩和现代人股骨颈结构对不同行走方式的差异化适应.方法 使用CT扫描9例大猩猩和18例现代人股骨标本,选取股骨颈内5处截面,测量截面几何形态参数.结果 大猩猩和现代人股骨颈近端至远端截面内几何形态参数(如Ix/Iy 、Zx/Zy和标准化骨密质面积)多呈增长趋势,但现代人标准化极截面抵抗矩除外.大猩猩股骨颈各截面内标准化骨密质面积和极截面抵抗矩均明显低于现代人.结论 大猩猩和现代人股骨颈各截面内几何形态特征间的相似性可能与股骨颈作为悬臂梁结构相关,而差异性主要归因于不同行走方式所产生的载荷环境.现代人颈中部抗扭转强度和平均抗弯强度相对较低,可能是导致其股骨颈中部易发生骨折的原因之一.

目的 利用定量CT(quantitative CT,QCT)比较股骨颈骨折及股骨粗隆间骨折在股骨近端几何结构参数上的差异,从而更好地进行髋部骨折的风险预测.方法 对93例因髋部骨折收治入院的患者行QCT扫描测量健侧髋部骨密度及进行髋部几何结构分析.患者年龄70～96岁,平均年龄(82.31±7.76)岁,男性21例,女性72例;股骨粗隆间骨折31例,股骨颈骨折62例.分析髋部几何结构参数包括股骨颈区域的最小横截面积(minimum cross-sectional area,CSA)、横截面转动惯量(cross-sectional moment of inertia,CSMI)、截面模量Z值(cross-sectional modulus Z,Z score)、屈曲比率(buckling ratio,BR)、皮质骨厚度(cortical bone thickness,CTh)以及髋关节轴线长度(hip axis length,HAL).结果 QCT所测两种髋部骨折在髋部各区域骨密度差异无统计学意义.发现股骨颈骨折组的CSA小于粗隆间骨折组(P＜0.05);而股骨颈骨折组的HAL大于粗隆间骨折组(P＜0.05);股骨颈骨折组在股骨颈前上象限的CTh小于粗隆间骨折组(P＜0.05).结论 股骨颈CSA较小、HAL较长、CTh较薄的老年人群跌倒后更容易造成股骨颈骨折.

目的:通过三维有限元实验方法建立模型,用来评价控制记忆合金丝(controlled memory,CM)镍钛根管锉的弯曲性能,并将其与其他相同几何形态的镍钛合金进行比较.方法:基于逆向工程技术,将21 mm长、25#/08锥度的Hyflex NT和Hyflex CM镍钛锉通过悬臂弯曲模型在距锉尖9.5 mm处固定,力学检测仪压头在距锉尖3 mm处加载/卸载力,最大位移3 mm,得到载荷位移曲线,随后使用显微CT扫描(层间距8μm)镍钛锉,导入ABAQUS(6.10)构建几何模型.Hyflex NT以形状记忆合金本构模型,Hyflex CM以幂硬化塑性本构模型,拟合悬臂弯曲的载荷位移曲线.结果:成功构建两个四面体单元模型,节点总数均为99 353,单元总数均为63 744.当加载位移为1 mm时,对距锉尖6.1 mm处的横截面进行应力分布观测,上、下表面受到的弯曲应力最大,并率先进入相变屈服阶段,有限元模拟能够清楚地给出锉在变形过程中的变形特点、应力分布等各种信息,与实际实验曲线拟合度好.结论:材料本构行为对于镍钛根管锉力学行为的影响十分显著,针对CM丝镍钛根管锉的特性调试参数而建立的有限元模型能够精确地捕捉镍钛根管锉各种变形过程中的特点,且与实际实验曲线拟合度好,可用于CM丝镍钛锉弯曲性能研究.

目的:研究利用计算机技术,基于牙齿三维扫描模型获得全冠牙齿预备体模型数据的方法.方法:借助计算机图形学、计算几何和口腔数字化技术,构建Windows环境下的软件,对扫描得到的牙齿模型进行参数化处理,先后通过确定冠中心线、提取冠边缘线、识别(牙合)面特征、标识(牙合)面功能区、设定预备体参数及最终预备体生成等步骤,完成基于参数约束的全冠数字化牙体预备.结果:通过Geomagic Qualify软件对生成的数字化预备体进行多截面(牙合)向聚合度和肩台宽度测量,结果与设计值偏差较小.结论:数字化牙体预备获得的预备体满足设计要求,为开发牙体预备操作新模式,实现自动牙体预备奠定基础.

目的:以牙槽性前突患者为研究对象,应用逆向工程软件构建个性化舌侧正畸滑动内收阶段上颌牙列的三维有限元模型,运用有限元分析软件进行不同滑动内收加力模式的模拟,探讨前牙转矩控制和牙弓形态的变化,为临床舌侧正畸提供理论依据和数据基础.方法:选择牙槽性前突成年女性患者1例,采用eBrace个性化舌侧技术拔牙矫正,获取该患者滑动内收前颌面部锥形束CT(CBCT)数据,使用Mimics 15.0软件进行三维重建.采用Pro/E 4.0软件对三维模型进行修整,生成牙周膜、舌侧托槽、舌侧弓丝、种植钉及其他附件的模拟结构.使用Geomagic Studio 13.0软件将模型整合,建立复合结构三维实体模型.将实体模型导入Ansys Workbench 15.0软件平台进行网格划分,设定材料属性和接触性质,完成三维有限元模型的构建.结果:三维有限元系统包括4组模型,即①不同内收加力模式的力学模型—种植钉分别放置于第二前磨牙与第一磨牙之间,以及第一、第二磨牙之间;②不同弓丝尺寸的力学模型—分别建立0.016英寸×0.022英寸、0.017英寸×0.022英寸、0.016英寸×0.024英寸及0.017英寸×0.025英寸弓丝的加力模拟;③不同弓丝截面形态的加力模型—分别建立扁平弓及带状弓2种弓丝形态的加力模拟;④不同转矩预置的力学模型—在右侧上颌中切牙舌侧托槽中分别预置0°、4°、7°、10°及13°的转矩量,建立不同转矩状态下的加力模拟.结论:根据牙槽性前突患者的CBCT数据,建立了 4组个性化舌侧正畸滑动内收阶段的三维有限元模型,用于分析不同内收模式、不同补偿设计时的力学差异.所建立的模型几何相似性强,能模拟内收阶段前牙转矩控制和牙弓形态的变化趋势.