应力遮挡

摘要： 背景:聚醚醚酮棒是一种新型的半刚性固定材料,但是其在后路腰椎椎间融合术中的生物力学性能仍不清楚。目的:对比聚醚醚酮棒与钛棒在后路腰椎椎间融合过程中的生物力学性能,尝试回答聚醚醚酮棒是否有潜力成为钛棒的替代品,尤其在前柱支撑不充分的情况下。方法:利用有限元方法构建完整的人腰椎(L)模型,并进一步构建4个后路腰椎椎间融合模型:①聚醚醚酮棒+cage;②钛棒+cage;③聚醚醚酮棒+纯植骨;④钛棒+纯植骨。比较不同模型中节段活动度、相关结构应力以及应变。结果与结论:①所有手术模型在限制L节段活动度方面无明显差异;②与钛棒相比,聚醚醚酮棒增加了椎间植骨的平均应变、增加了终板以及cage的峰值应力,同时降低了螺钉以及骨-螺钉界面的峰值应力;聚醚醚酮棒的峰值应力与屈服应力之比为6%-26%,高于钛棒的3%-12%;③在L节段上,聚醚醚酮棒仅轻微地降低了节段活动度与椎间盘峰值应力;④因此与钛棒相比,聚醚醚酮棒可能降低假关节、螺钉断裂与松动的风险,但是也可能导致终板塌陷、cage损坏以及棒断裂的风险更高;聚醚醚酮棒在延缓邻近节段退变中可能较钛棒有微弱的优势;在不使用cage而仅采用骨移植物进行椎间融合时,聚醚醚酮棒也许是一个可供选择的方案。

摘要： 背景:应力遮挡效应会导致植入假体修复骨缺损手术失败,其主要原因是由于植入假体的弹性模量大于骨组织弹性模量。目的:分析植入假体弹性模量对应力分布的影响,寻求消除应力遮挡现象的方法。方法:通过CT扫描的方式获取实验犬与人体骨组织的模型,分别对其优化后进行梯度赋值,建立较为可靠的骨骼力学模型,并与植入假体组合后进行有限元仿真。首先,通过对比格犬骨骼模型和人体骨骼模型及其对应的植入假体进行有限元仿真,模拟了不同弹性模量对植入假体修复术后的应力和位移分布情况;其次,分析了较小弹性模量差仍会形成应力遮挡现象的原因,建立了骨骼模型及植入假体模型,确立了材料属性赋予方法;最后,验证了该模型及材料属性赋予方法的可行性,并通过随机选取受力点的方式,定量分析植入假体弹性模量与骨骼弹性模量之间的关系对应力遮挡形成的影响。结果与结论:通过梯度赋值法建立与骨骼力学性质更加接近的实验犬骨骼模型和人体骨骼模型,该方法重建的力学模型与真实骨骼的力学性质更为接近;通过有限元仿真力学测试证明,不同弹性模量植入假体对假体本身与周围骨骼间相对位移的影响较小;另外量化弹性模量对假体植入骨骼后对应力分布的影响,可为后续的相关研究提供帮助。

摘要： 背景:全膝关节置换后胫骨衬垫的过度磨损,以及关节假体的无菌性松动是导致膝关节假体失效的主要原因.假体与骨骼力学强度差异过大会导致骨上产生应力遮挡,进而诱发假体无菌性松动.目的:利用有限元方法分析植入功能梯度材料(functionally graded materials,FGM)胫骨假体后胫骨假体与胫骨近端松质骨的应力响应.方法:设计了两种不同孔隙率参数的钛合金-羟基磷灰石复合功能梯度材料(命名为FGMⅠ、FGMⅢ)和一种钛合金-理想骨弹性材料复合功能梯度材料(命名为FGMⅡ),其中FGMⅠ的孔隙率参数分别为0.1,1,1,FGMⅡ和FGMⅢ的孔隙率参数分别为0.4,0,1.建立全膝关节置换三维有限元模型,利用仿真软件Abaqus分析FGM与钛合金材料胫骨假体植入后,在伸直位0°及屈曲位30°和60°三种工况下胫骨假体与胫骨松质骨上的应力分布变化.结果 与结论:①在不同工况下,与钛合金胫骨假体相比,FGM胫骨假体的最大Von Mises应力显著降低,且其松质骨与假体柄端接触部位上的应力明显减小.②胫骨松质骨沿不同路径的应力曲线和平均应力表明,在不同工况下,与钛合金胫骨假体相比,使用FGM假体后胫骨近端松质骨上的应力均有提升,其中FGMⅠ提高5.4％-17.3％,FGMⅡ提高1.0％-13.5％,FGMⅢ提高1.6％-15.4％.③结果 表明,FGM胫骨假体有助于增加胫骨近端松质骨上的应力,减弱胫骨近端的应力遮挡效应,进而可降低胫骨假体无菌性松动发生的概率,延长假体的寿命,且FGMⅠ在3种FGM假体中效果最好.

摘要： 背景:全膝关节置换后胫骨衬垫的过度磨损,以及关节假体的无菌性松动是导致膝关节假体失效的主要原因。假体与骨骼力学强度差异过大会导致骨上产生应力遮挡,进而诱发假体无菌性松动。目的:利用有限元方法分析植入功能梯度材料(functionally graded materials,FGM)胫骨假体后胫骨假体与胫骨近端松质骨的应力响应。方法:设计了两种不同孔隙率参数的钛合金-羟基磷灰石复合功能梯度材料(命名为FGMⅠ、FGMⅢ)和一种钛合金-理想骨弹性材料复合功能梯度材料(命名为FGMⅡ),其中FGMⅠ的孔隙率参数分别为0.1,1,1,FGMⅡ和FGMⅢ的孔隙率参数分别为0.4,0,1。建立全膝关节置换三维有限元模型,利用仿真软件Abaqus分析FGM与钛合金材料胫骨假体植入后,在伸直位0°及屈曲位30°和60°三种工况下胫骨假体与胫骨松质骨上的应力分布变化。结果与结论:①在不同工况下,与钛合金胫骨假体相比,FGM胫骨假体的最大Von Mises应力显著降低,且其松质骨与假体柄端接触部位上的应力明显减小。②胫骨松质骨沿不同路径的应力曲线和平均应力表明,在不同工况下,与钛合金胫骨假体相比,使用FGM假体后胫骨近端松质骨上的应力均有提升,其中FGMⅠ提高5.4%-17.3%,FGMⅡ提高1.0%-13.5%,FGMⅢ提高1.6%-15.4%。③结果表明,FGM胫骨假体有助于增加胫骨近端松质骨上的应力,减弱胫骨近端的应力遮挡效应,进而可降低胫骨假体无菌性松动发生的概率,延长假体的寿命,且FGMⅠ在3种FGM假体中效果最好。

摘要： 髋关节表面置换术是一种适合年轻且运动量较大患者的手术方式,保留股骨近端骨量并维持自然的生物力学特性,作为全髋关节置换术的替代手术方案获得广泛关注。回顾髋关节表面置换术的发展历程和临床现状,发现其在特定患者中能获得良好的长期假体生存率和术后关节功能,但手术适应证窄、技术难度高、学习曲线长、金属对金属界面的潜在并发症等问题使其难以推广。本文从杠杆重建平衡理论的角度出发,分析股骨近端的生物力学特点和髋关节表面置换术后的应力改变,发现传统髋关节表面置换假体主要关注髋关节病变表面的修复,却忽视了股骨近端杠杆和支点的生物力学重建。基于该理论设计的新型髋关节表面置换假体,有望通过仿生重建的方式解决当前的困境,使髋关节表面置换术成为骨科医师在临床中的常备技术方案。

摘要： 目前全髋关节假体性能与真实人体骨骼之间存在巨大差异,容易导致术后假体失稳,仿生微结构可有效解决由于应力遮挡引起的假体失稳问题。基于此,设计了新型仿生微结构股骨假体,以仿生结构(六面体立方、面心立方和体心立方单元结构)构建模型,模型之间保持相近的孔隙率(43%),进行有限元仿真模拟压缩试验,分析仿生微结构的变形、屈服应力、弹性模量等。研究发现,结构的等效弹性模量下降到24.0 GPa左右,与人体皮质骨17.0 GPa相近,其中体心立方结构最小,为22.2 GPa。在3种模型中,六面体立方的稳定性、刚度最强;体心立方的位移最大。研究表明,多孔仿生微结构能够降低弹性模量,改善应力遮挡问题,并对骨骼内生长具有促进作用。

摘要： 生物力学是影响骨折愈合的重要因素之一,随着生物力学学科的发展,生物力学因素对骨折的影响越来越受到临床关注。探讨内固定相关的AO(国际内固定研究学会依据骨折治疗的基础和临床研究,形成骨折内固定治疗的基本理念和理论体系)、BO(骨折稳固和软组织完整之间的平衡治疗理念)、CO(中西结合、骨折治疗与功能恢复并重理念)、EO(弹性接骨术,elastic osteosynthesis)理念。AO原则是骨折解剖复位,坚强内固定;BO注重功能复位达到二期愈合,注重保护骨骼的血运,强调骨折愈合的基础;CO坚持中西结合理念;EO强调骨折生长愈合的全程弹性固定。文章介绍了依据EO理念设计锁骨、股骨弹性带锁髓内钉,从生物力学方面提出骨折断端间断的适量的旋转、弯曲、剪式应力能够促进骨折的愈合这一观点,并分析了促进骨折愈合的生物力学原理,为临床骨折治疗供新思路。

摘要： 应力遮挡效应是影响假体修复手术效果的主要因素,由于目前3D打印钛合金植入假体与人体骨骼之间本构关系的差异会导致骨缺损修复手术产生应力遮挡现象.针对这个问题,分析单元组织结构与模型弹性模量之间的映射关系,建立了符合人体骨骼本构模型的多孔结构植入假体结构模型,并利用优化的打印参数打印钛合金假体进行验证实验.研究发现,当线能量密度为269.1 J/mm3时,3D打印钛合金假体的弹性模量可降低至31.51 GPa;采用diamond结构且孔隙率在70％～80％的多孔结构可与人体皮质骨的模量一致,并建立二者之间对应关系.通过建立单元组织结构与人体皮质骨模量的映射关系规律,准确反映了假体值入的模量随3D打印多孔结构单元尺寸增大而增大、随孔隙率增大而减小的规律,为消除应力遮挡现象的研究提供理论支撑.

摘要： 为了促进骨折愈合,人们开始关注更灵活,刚度较小的内固定结构。对侧皮质锁定技术被设计为在保持结构强度的同时降低锁定钢板的结构刚度,针对性的改善了锁定钢板应力集中、应力遮挡以及抑制骨折愈合等问题。本研究采用理论解析,有限元静力学分析以及疲劳数值仿真计算评估对比对侧皮质锁定结构与传统锁定钢板结构在轴向压缩、扭转以及四点弯曲下的生物力学特性。

摘要： 二十世纪是骨病理生理学最富有成果的时期，学说林立，百花辉映。这些表面上看起来互不相关的理论成果实际上具有深刻的内在联系，可以用一种统一的理论把它们有机地串连起来，这个理论称为骨折愈合一元论学说。该学说包括两方面的内容：一是骨折愈合过程一元论，即骨折愈合过程是初始骨痂反应(PCR)不断重复和积累的过程，PCR具有饱和性、平衡点及不应期三个特点，在合适的应力条件下具有放大的成骨作用，PCR产生的过修复剩余是骨折愈合的源泉；二是病理生理一元论，即骨折愈合过程实际上是借用了骨骼生长发育的细胞学机制，即Frost提出的基本多细胞单位(BMU)理论。骨折愈合的病理过程与骨改建的生理过程具有相同的细胞学基础。骨改建同样具有放大的成骨作用，是骨骼生长发育的重要基础，也是人体对抗骨质疏松的最重要的负反馈保护机制。骨折愈合一元论学说首次成功地揭示了应力与细胞活动的对应关系，首次成功解释了不同应力环境下骨折愈合可能具有不同的效率，成功地解释了骨骼为什么会在生长过程中不断地增粗，简单明了地解释了骨折愈合怎样结束等等一系列问题，可以把以往的各种学说如一期愈合，二期愈合，第三种愈合方式，骨延长愈合，应力遮挡理论，骨不连理论等有机地联系在一起，具有丰富的推论。

摘要： 目的:探讨国产(成都)"DiKfix"可吸收螺丝钉治疗股骨头骨折的临床效果. 方法:均采用Smith-Petersen或Moore切口入路,用可吸收螺丝钉固定股骨头骨折8例.全部随访,时间3个月-20个月. 结果:按Chamley分数分级,优:7例良:1例. 结论:认为国产可吸收螺钉可避免传统金属螺钉固定股骨头骨折存在应力遮挡,局部骨质疏松,干扰X线、CT成象,无法进行MRI检查及需二次手术等不足.力学实验表明:"Dikfix"可吸收螺钉具有良好的应用价值,符合生物固定这一新理念.

摘要： 目的:探讨3种固定装置对胫骨Ⅱ区骨折固定的生物力学效果,并采用带锁髓内钉治疗胫骨近端骨折术后疗效评价. 方法:采用12具防腐湿润胫骨标本随机分成4组,一组作为正常对照,其余三组制成胫骨Ⅱ区斜行骨折模型,分别用带锁髓内钉、L-DCP及外固定支架固定,沿骨皮质内外侧骨折线两侧粘贴6枚电阻片.测定各组在40Kg时的应力应变情况及实验组垂直压缩和前外侧三点弯曲生物力学性能.同时随访14例带锁髓内钉治疗的病人. 结果:(1)髓内钉抗压刚度最强,同L-DCP及外固定支架比较有统计学差异(P＜0.01=;L-DCP抗弯刚度最强,同髓内钉及外固定支架比较有统计学差异(P＜0.01=;外固定支架压缩及弯曲性能最差.(2)髓内钉组压缩应变最小,接近正常对照组.(3)临床随访结果按Joher-Wruhs评分标准优良率85.8％. 结论:带锁髓内钉固定坚强,应力遮挡小,生物力学性能优于L-DCP及外固定支架,适于胫骨近端骨折固定.但手术操作过程较其它部位骨折复杂,要严格掌握手术适应症,术中仔细操作,防止并发症发生.

摘要： 目的探讨新型点式接触动力加压控骨板固定对局部几何形态及力学性能的影响.方法采用性成熟山羊6只,双侧完整收骨分别采用点式接触动力加压接骨极(plintcontact-dynamiccompressionplate,PC-DCP)和动力加压钢板(dynamiccompressionplate,DCP)固定.固定后12周和24周分批处死动物,每批3只,取下双侧胫骨先后进行CT扫描测量局部皮质骨厚度和扭转力学性能测试.结果固定后12周,PC-DCP组板下皮质骨厚度和骨扭转力学强度均明显大于DCP组(p0.05).结论:点式接触动力加压接骨板可避免固定后较早期局部骨质疏松的发生,但在后期具有与传统接骨板相似的应力遮挡作用.

摘要： 目的:比较设计改进的减应力钢板与可降解吸收垫圈内固定与普通钢板加压内固定在实验动物上减少皮质骨骨质疏松的病理学及生物力学观察.材料方法.利用L—聚乳酸高分子可降解材料制成的垫圈,并配套设计一种减应力桥型钢板,进行有限元生物力学分析.在30只家兔双胚骨上,分别按放桥型钢板与可吸收和普通加压钢板;术后5、10和15周时处死动物,进行胜脏骨连接点处与钢板两螺钉间的股骨骨干的大体计量与骨组织不脱钙切片的组织形态学观察.结果:组织学观察发现,减应力桥型钢板与可降解垫圈的使用能明显减少因坚强内固定而引起的皮质骨骨质疏松的病理表现,生物力学分析也证实,改进后的钢板可降低钢板的刚性,有利于减少应力遮挡效应.结论:改进后的桥型钢板与可降解垫圈的应用,能在实验动物体内减少因应力遮挡而产生的皮质骨骨质疏松的发生率,有利于骨折的愈合.

摘要： 一种能有效降低应力遮挡的耦合仿生肱骨接骨板属医疗器械技术领域，本发明由基板、夹层和螺钉组组成，基板由后板和前板圆滑连接而成，该接骨板内表面为仿生肱骨曲面，植入人体后与肱骨有很好的贴合性，下边缘有圆弧槽，降低接骨板和骨的接触面积，有效保护骨膜和血运。该接骨板边缘光滑，前板有多个固定角度螺纹孔和缝合孔，后板设有八字形孔，呈纵向条状分布。本发明通过具有良好生物相容性的高分子材料和双角线网状支撑结构的耦合作用，兼顾接骨板力学性能需求的同时，能降低接骨板刚度，最大程度地降低接骨板的应力遮挡，促进损伤肱骨近端的骨痂生长，加快骨折区域的愈合。

摘要： 一种能有效降低应力遮挡的耦合仿生肱骨接骨板属医疗器械技术领域，本发明由基板、夹层和螺钉组组成，基板由后板和前板圆滑连接而成，该接骨板内表面为仿生肱骨曲面，植入人体后与肱骨有很好的贴合性，下边缘有圆弧槽，降低接骨板和骨的接触面积，有效保护骨膜和血运。该接骨板边缘光滑，前板有多个固定角度螺纹孔和缝合孔，后板设有八字形孔，呈纵向条状分布。本发明通过具有良好生物相容性的高分子材料和双角线网状支撑结构的耦合作用，兼顾接骨板力学性能需求的同时，能降低接骨板刚度，最大程度地降低接骨板的应力遮挡，促进损伤肱骨近端的骨痂生长，加快骨折区域的愈合。

摘要： 本发明公开了一种弹性连杆低应力遮挡外固定支架，包括连杆，连杆由两端的固定部和中间的连接部组成，连接部用于将连杆的刚性属性逐渐调节为弹性属性；两端的固定部包括第一连杆和第二连杆，第一连杆和第二连杆分别通过螺钉固定于骨折处两侧的外部；连接部包括弹性棒以及弹性棒主体外部套设的第一限制器和第二限制器组成；弹性棒的两端部分别与第一连杆和第二连杆的端部固定连接；本发明可以解决良好固定与骨折愈合阶段所需力学刺激之间的矛盾；可以在骨折初期能够做到坚强固定，在愈合中后期又能够使局部受到足够的应力刺激以促进骨的重建；患者可以在骨折愈合过程中自行调节固定的属性，调节过程极其方便。

摘要： 本发明涉及骨科器械领域，目的在于提供一种骨科内固定物成型方法，所述骨科内固定物成型方法，通过逆向工程确定固定物与宿主骨之间的几何关系，使得固定物与宿主骨之间实现了高度契合，减小应力遮挡，将固定物设计成包括榫部、卯部和燕尾槽栓的榫卯结构，避免对宿主骨的破坏，减少应力集中。本发明的有益效果在于：本发明创造性地提出骨科无源内固定物个性化成型方法，相较于现有技术，本发明的骨科内固物采用榫卯结构实现相互固定，摆脱了对螺丝钉的依赖，避免对宿主骨的破坏，同时避免了固定过程中集中应力的发生。

摘要： 微量滑动式无应力遮挡钢板，涉及骨伤治疗用的固定钢板，板体上依次设有一个近端钉孔，若干中间钉孔，一个远端钉孔；中间钉孔和远端钉孔各通孔用于放置螺钉；近端钉孔内放置有可移动的滑动锁，滑动锁上的通孔用于放置螺钉。本发明中，中间各螺钉均采用可移动设置，且近端设置有滑动块，远端钉孔设置有斜坡，均可自动向骨折端加压。本发明具有以下有益效果：①不存在应力遮挡问题，应力下愈合，减少取出后二次骨折；②可消除骨折端吸收后残留间隙；③保证骨折端只能加压而不能分离；④可使骨折端存在微动，进而促进骨折愈合；⑤可使骨折端存在轴向应力刺激促进骨折愈合；⑥内面点触式接触利于保护血供，促进骨折愈合。

摘要： 本实用新型公开了一种弹性连杆低应力遮挡外固定支架，包括连杆，连杆由两端的固定部和中间的连接部组成，连接部用于将连杆的刚性属性逐渐调节为弹性属性；两端的固定部包括第一连杆和第二连杆，第一连杆和第二连杆分别通过螺钉固定于骨折处两侧的外部；连接部包括弹性棒以及弹性棒主体外部套设的第一限制器和第二限制器；弹性棒的两端部分别与第一连杆和第二连杆的端部固定连接；本实用新型可以解决良好固定与骨折愈合阶段所需力学刺激之间的矛盾；可以在骨折初期能够做到坚强固定，在愈合中后期又能够使局部受到足够的应力刺激以促进骨的重建；患者可以在骨折愈合过程中自行调节固定的属性，调节过程极其方便。

摘要： 本实用新型提供了一种降低应力遮挡的髋关节假体结构，其包括假体柄主体，假体柄主体表面设有等离子喷涂层，所述假体柄主体包括上段X与下段Y，上段X与下段Y的长度之比为65:79，误差为±3%，上段X与下段Y之间为过渡区域，过渡区域平滑，有一个倒角，所述倒角为过渡面与竖直方向的夹角，倒角的正弦值为tan0.125，误差为±3%。本实用新型股骨柄假体，柄体长度中等，无领设计，截面为改进型的槽口设计，适量减少截骨的同时增大了假体与骨的接触面积。相对于Zimmer/Traper假体，当大转子区域的骨密度在0.69- 0.77g/cm3该假体在股骨的近端的应力降低了0.2%，股骨上的平均应力降低了3.5%。

摘要： 微量滑动式无应力遮挡钢板，涉及骨伤治疗用的固定钢板，板体上依次设有一个近端钉孔，若干中间钉孔，一个远端钉孔；中间钉孔和远端钉孔各通孔用于放置螺钉；近端钉孔内放置有可移动的滑动锁，滑动锁上的通孔用于放置螺钉。本实用新型中间各螺钉均采用可移动设置，且近端设置有滑动块，远端钉孔设置有斜坡，均可自动向骨折端加压。本实用新型具有以下有益效果：①不存在应力遮挡问题，应力下愈合，减少取出后二次骨折；②可消除骨折端吸收后残留间隙；③保证骨折端只能加压而不能分离；④可使骨折端存在微动，进而促进骨折愈合；⑤可使骨折端存在轴向应力刺激促进骨折愈合；⑥内面点触式接触利于保护血供，促进骨折愈合。

摘要： 本实用新型涉及一种医疗器械，是骨外科用于治疗股骨干骨折、胫腓骨骨折、粗隆间和粗隆下骨折的内、外固定物——无应力遮挡滑动加压组合式固定器，其特征在于：可以制成无应力遮挡滑动加压组合式内固定器、无应力遮挡滑动加压组合式外固定器和无应力遮挡滑动加压斜孔外固定器三种形式；是由钢板制成的一个桥形的架体，分上架体和下架体两部分；上下架体的连接是滑动连接，通过栓针固定并防止上下架体轴向滑动。本实用新型解决了骨外科治疗股骨干骨折应力遮挡，钢板下骨质疏松钢板折断、弯曲、骨折不愈合、迟延愈合和目前胫腓骨骨折的外固定架体积庞大影响美观、不利活动，应力遮挡影响骨折愈合等难题，适合各级医院，尤其是基层医院推广应用。

摘要： 本实用新型涉及一种治疗人体或动物体骨折的低应力遮挡效应接骨板。包括设有多个螺孔4的接骨板3，螺钉5，其主要技术特征是以骨折线2为界，位于骨折线2一端的或全部的螺孔4的截面形状为长条形。这种接骨板3在固定后，当受到力的作用时，螺钉5可随骨折断端产生微动，从而有利于骨折断端间骨痂形成，促进骨愈合，同时可有效预防或减少接骨板3、螺钉5的断裂现象。