第二代数字化人体骶骨纵形骨折微创内固定的有限元分析 被引量：4

1

作者 陈红卫 吴立军 +1 位作者 王继松 钟世镇 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 2011年第6期494-501,520,共9页

目的比较经皮骨盆后方张力带钢板和经皮骶髂螺钉固定Denis 3类骶骨纵行骨折的术后稳定性和力学相容性,为不同类型骨折的内固定术式选择提供依据。方法采用第2代中国数字化人体"男性第23号"CT和MRI,构建完整骨盆有限元模型,骶... 目的比较经皮骨盆后方张力带钢板和经皮骶髂螺钉固定Denis 3类骶骨纵行骨折的术后稳定性和力学相容性,为不同类型骨折的内固定术式选择提供依据。方法采用第2代中国数字化人体"男性第23号"CT和MRI,构建完整骨盆有限元模型,骶骨Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区纵形骨折伴同侧耻骨上下支骨折的经皮后方张力带钢板内固定有限元模型,以及这3类骨折的经皮骶髂螺钉内固定有限元模型。根据腰骶脊柱三柱加载模式和骶髂关节生理运动模式采用多方案有限元分析及实验验证。结果骶骨Ⅰ区骨折时,张力带钢板组(P组)的后环与前环器械应力均比骶髂螺钉组(S组)明显增加,骶骨位移也增加。骶骨Ⅱ区骨折时,P组后环与前环器械应力均比S组减小,骶骨位移明显减小。骶骨Ⅲ区骨折时,P组后环与前环器械应力以及骶骨位移均比S组明显减小。结论从内固定术后稳定性、骨折愈合的力学相容性及手术操作的安全性等方面考虑,经皮骶髂螺钉比较适合治疗骶骨Ⅰ区纵形骨折的垂直不稳定型骨盆,而经皮后方张力带钢板比较适合治疗骶骨Ⅱ区和Ⅲ区纵形骨折的垂直不稳定型骨盆。 展开更多

关键词 骨折 固定 稳定性 相容性 有限元分析 生物力学

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无症状扁平足与正常足的足底压力和足弓形态对比研究 被引量：5

2

作者 王亭 王继松 +4 位作者 李静 刘一骏 林若兰 黄永红 吴立军 《中国临床解剖学杂志》 CSCD 北大核心 2011年第2期217-221,共5页

目的通过与正常足青年女性对比分析得出无症状扁平足足底压力和足弓形态的特征。方法利用Zebris足底压力测量仪对正常足组(12例)和扁平足组(12例)进行直立状态和行走状态下的足底压力测试,并拍摄其负重位和非负重位的侧位X线片进行足弓... 目的通过与正常足青年女性对比分析得出无症状扁平足足底压力和足弓形态的特征。方法利用Zebris足底压力测量仪对正常足组(12例)和扁平足组(12例)进行直立状态和行走状态下的足底压力测试,并拍摄其负重位和非负重位的侧位X线片进行足弓形态测量,测量数据进行统计学分析。结果双足直立时,扁平足组与正常足组的足底压力差异无显著意义(P>0.05);单足直立时,扁平足组的前足负重比例增大;步行时,扁平足组与正常足组足底压力中心运动轨迹有明显区别。扁平足组负重位与非负重位的足弓形态各参数有显著差异(P<0.05),而且扁平足组负重位与正常足组负重位的足弓形态有显著差异(P<0.05)。结论无症状扁平足单足直立和行走状态的足底压力和足弓形态与正常足相比有明显区别,为评价、诊断和预防无症状扁平足提供定量化数据。 展开更多

关键词 无症状扁平足 足底压力 X线 数字化测量

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骨质疏松椎体经皮骨移植增强的有限元研究 被引量：3

3

作者 余斌峰 杨国敬 +3 位作者 吴立军 蔡春元 王继松 张力成 《中国临床解剖学杂志》 CSCD 北大核心 2009年第2期220-223,共4页

目的:利用骨质疏松腰椎三维有限元模型,探讨松质骨粒和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)增强后对治疗节段和相邻非治疗节段椎体生物力学影响。方法:选取青壮年男性正常人体脊柱标本一具,范围为L1-L2,建立L1-L2的三维脊柱功能单位的骨质疏松有限... 目的:利用骨质疏松腰椎三维有限元模型,探讨松质骨粒和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)增强后对治疗节段和相邻非治疗节段椎体生物力学影响。方法:选取青壮年男性正常人体脊柱标本一具,范围为L1-L2,建立L1-L2的三维脊柱功能单位的骨质疏松有限元模型。模拟经皮穿刺椎体后凸成形术(PKP)过程在L2椎体中分别置入松质骨粒和PMMA,分析轴向压缩、前屈和后伸3种加载状态下手术前后治疗节段和相邻非治疗节段椎体应力和应变的变化。结果:松质骨粒和PMMA均对邻近椎体生物力学的影响极小,但治疗节段椎体增强区域的应力增加和应力分布变化明显。结论:三维有限元力学分析表明两种材料均增强治疗节段的总体强度和刚度水平,有利于椎体功能的重建。但松质骨粒的增强对恢复治疗节段内部的应力水平要优于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。 展开更多

关键词 椎体 骨质疏松 增强 有限元分析 应力

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虚拟中国人足底韧带结构失效后的足弓负荷机制研究 被引量：19

4

作者 吴立军 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 2009年第4期246-255,共10页

目的建立虚拟中国人的足内侧纵弓与外侧纵弓的有限元模型,研究跖腱膜松解术或足底韧带损伤后足骨与内在肌群的生物力学特性,探讨骨性结构、足底韧带、足底腱膜、足底固有肌群之间的协调作用机制。方法采用虚拟中国人"女性1号"... 目的建立虚拟中国人的足内侧纵弓与外侧纵弓的有限元模型,研究跖腱膜松解术或足底韧带损伤后足骨与内在肌群的生物力学特性,探讨骨性结构、足底韧带、足底腱膜、足底固有肌群之间的协调作用机制。方法采用虚拟中国人"女性1号"CT图像和MRI图像;采用非线性有限元方法进行足弓术后或韧带损伤后的平衡直立负荷状态仿真;并应用足底固有肌群的3种被动张力(微弱、适度、强烈)模拟术后或韧带损伤后的肌肉状态。结果建立了虚拟中国人"女性1号"足内侧纵弓第2跖列与外侧纵弓第5跖列的生物力学有限元模型,计算得到内侧纵弓和外侧纵弓在平衡直立时,韧带损伤时,固有肌群活动时的张应力矢量图、压应力矢量图和vonMises应力整体分布数据。结论跖腱膜松解术和足底韧带损伤等增加了足纵弓vonMises应力峰值,改变了张应力与压应力的流向;而足底固有肌活动的被动张力能降低足纵弓vonMises应力集中程度,调节张应力、压应力矢量接近平衡状态,减小了并发骨折和腱炎的危险性。骨性结构、韧带、腱膜、固有肌群的内在应力具有定量的相互调节功能。 展开更多

关键词 内侧纵弓 外侧纵弓 足底固有肌 足底韧带结构 肌肉骨骼生物力学 非线性有限元 虚拟中国人 生物力学

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头颈直径比与假体安装参数对髋关节活动度影响的计算机模拟研究

5

作者 李永奖 蔡春元 +6 位作者 林瑞新 张力成 杨国敬 周德彪 吴立军 余斌峰 季文婷 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第1期103-109,共7页

观察不同头颈直径比股骨假体全髋置换中,髋关节假体安装参数对髋关节活动度的影响,并探讨杯与颈前倾角优化组合。建立全髋关节假体三维可视化计算机模型,计算满足两组不同髋关节活动度下,髋臼外展角每变化5°时相应的髋臼前倾角安... 观察不同头颈直径比股骨假体全髋置换中,髋关节假体安装参数对髋关节活动度的影响,并探讨杯与颈前倾角优化组合。建立全髋关节假体三维可视化计算机模型,计算满足两组不同髋关节活动度下,髋臼外展角每变化5°时相应的髋臼前倾角安装角度,并在以髋臼外展角为横坐标,髋臼前倾角为纵坐标的坐标系上描点、连线画图,并对数据进行分析。实验显示,颈干角135°,髋关节一般标准和严格标准活动度,髋臼杯前倾角(Y)与股骨颈假体前倾角(X)的关系分别为Y1=-0.728X1+40.916,Y2=-0.7384 X2+46.456;允许的最小髋臼外展角(OImin)和头颈直径比(GR)的关系分别为OImin'1=254.27GR 1-3.172,OImin'2=230.58GR 2-2.519。髋关节活动度和髋臼安装角度安全范围随着头颈直径比增大而增大;髋关节活动度要求越高,髋臼安装角度安全范围越小。可允许的最小髋臼外展角随着头颈直径比的增大而变小。髋臼前倾角与股骨颈前倾角呈负相关。 展开更多

关键词 关节成形术 髋假体 活动范围 计算机模拟

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经皮骨移植增强的有限元研究

6

作者 方晓清 付亚兰 《中国微创外科杂志》 CSCD 2012年第11期1040-1044,共5页

目的利用腰椎三维有限元模型,探讨松质骨粒(cancellous bone granule,CBG)和聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate,PMMA)增强后对治疗节段和相邻非治疗节段椎体生物力学影响。方法 L1～L2的三维功能脊柱单位的有限元模型由脊柱尸体... 目的利用腰椎三维有限元模型,探讨松质骨粒(cancellous bone granule,CBG)和聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate,PMMA)增强后对治疗节段和相邻非治疗节段椎体生物力学影响。方法 L1～L2的三维功能脊柱单位的有限元模型由脊柱尸体标本CT扫描后形成。分别模拟骨质疏松模型、CBG和PMMA增强,分析轴向压缩、前屈和后伸3种加载状态下手术前后治疗节段和相邻非治疗节段椎体应力和应变的变化。结果在压缩、前屈和后伸3种加载状态下,松质骨粒增强模型强化区最大的Von Mises应力/应变分别为0.457、0.469、0.499 MPa/0.459%、0.471%、0.501%;PMMA增强模型为0.864、0.824、0.966 MPa/0.029%、0.028%、0.033%;骨质疏松模型相应区域为0.237、0.253、0.258 MPa/0.698%、0.752%、0.759%。与骨质疏松模型比较,治疗节段增强区域的应力/应变明显改变。结论 CBG和PMMA均增强治疗节段的总体强度和刚度水平,有利于椎体功能的重建,但就材料力学相容性和生物相容性而言,CBG的增强优于PMMA增强。 展开更多

关键词 功能脊柱单位 有限元分析 应力 材料力学相容性 生物相容性

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对带横连杆的椎弓根钉固定胸腰段脊柱骨折(T11～L3)的稳定性评价 被引量：9

7

作者 朱旻宇 黄其杉 +3 位作者 池永龙 吴立军 滕红林 王靖 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 2010年第2期100-104,共5页

目的评价带横连杆椎弓根钉固定胸腰椎骨折后脊柱的稳定性。方法将新鲜小牛胸腰椎标本(T11～L3)用椎体楔行切除法在L1椎体上制作严重压缩性骨折模型,部分骨折标本作带或不带横连杆的椎弓根钉内固定。这样共有4种脊柱标本:(1)正常标本;(2... 目的评价带横连杆椎弓根钉固定胸腰椎骨折后脊柱的稳定性。方法将新鲜小牛胸腰椎标本(T11～L3)用椎体楔行切除法在L1椎体上制作严重压缩性骨折模型,部分骨折标本作带或不带横连杆的椎弓根钉内固定。这样共有4种脊柱标本:(1)正常标本;(2)未固定骨折标本;(3)用带横连杆椎弓根钉固定的骨折标本;(4)用不带横连杆椎弓根钉固定的骨折标本。用三维激光扫描仪依次测量各脊柱标本在前屈-后伸、左-右侧屈和左-右旋转6个方向的运动范围,然后将其标准化为稳定指数以比较4种标本的差异。结果与未固定骨折标本相比,两种固定均能显著提高损伤脊柱在各个运动方向的稳定性。带横连杆椎弓根钉固定的骨折标本稳定性虽优于无横连杆固定,但无统计差异。结论椎弓根钉内固定,无论有无横连杆,均能有效提高损伤脊柱的稳定性,而横连杆似乎未能进一步增加稳定效果。 展开更多

关键词 椎弓根钉 横连杆 骨折 脊柱 稳定性

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骨移植与骨水泥增强对治疗骨质疏松椎体的生物力学相容性的有限元评估 被引量：5

8

作者 吴立军 杨国敬 +1 位作者 张力成 余斌峰 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 2010年第2期79-88,共10页

目的研究松质骨粒移植增强和骨水泥增强对椎体治疗节段和相邻非治疗节段的生物力学相容性影响,探讨椎体重建前后的荷载传导机制。方法选取正常男性青壮年脊柱L1～L2节段标本进行薄层CT扫描,构建正常的和骨折复位后疏松的功能脊柱单元三... 目的研究松质骨粒移植增强和骨水泥增强对椎体治疗节段和相邻非治疗节段的生物力学相容性影响,探讨椎体重建前后的荷载传导机制。方法选取正常男性青壮年脊柱L1～L2节段标本进行薄层CT扫描,构建正常的和骨折复位后疏松的功能脊柱单元三维有限元模型,模拟经皮穿刺椎体后凸成形术(PKP)在L2椎体中心注入骨水泥,模拟经皮骨移植(Optimesh)在L2椎体中心置入松质骨粒,按照脊柱三柱理论施加轴向压缩、前屈和后伸荷载进行有限元分析。结果与骨质疏松模型相比,松质骨粒移植增强或骨水泥增强后相邻节段椎体应力应变的变化甚微;治疗节段增强区域的应力应变明显改变。另外,骨质疏松、松质骨粒移植增强、骨水泥增强对脊柱三柱轴向压缩位移和椎间盘平均内压没有影响。结论松质骨粒移植增强和骨水泥增强均能恢复骨折椎体的总体刚度和强度,有利于椎体功能重建;但从椎体与增强材料间的力学相容性和生物相容性的观点看,松质骨粒移植增强优于骨水泥增强。 展开更多

关键词 功能脊柱单元 骨质疏松 骨移植增强 后凸成形术 有限元分析 力学相容性 生物相容性

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下腰椎L4/5与L5/S1节段Coflex动态固定的有限元模型试验设计 被引量：4

9

作者 吴信雷 吴立军 +5 位作者 郑蓉梅 王继松 徐华梓 周洋 吴爱悯 倪文飞 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期477-483,共7页

目的模拟临床手术,探讨Coflex动态稳定装置在下腰椎L5/S1退变性疾病中应用的可行性。方法在第2代中国数字化人体"男性23号"数据集平台上,选取下腰椎骶骨数字模型,运用CAX相关软件建立下腰椎及Coflex应用于下腰椎的3组有限元模... 目的模拟临床手术,探讨Coflex动态稳定装置在下腰椎L5/S1退变性疾病中应用的可行性。方法在第2代中国数字化人体"男性23号"数据集平台上,选取下腰椎骶骨数字模型,运用CAX相关软件建立下腰椎及Coflex应用于下腰椎的3组有限元模型(健康者下腰椎模型、Coflex固定L4/5节段模型及Coflex固定L5/S1节段模型);根据脊柱三柱加载理论和下腰椎生理运动,采用直立、前屈和后伸3种生理载荷分别进行计算、验证和对照分析。结果建立了健康者下腰椎骶骨有限元模型、Coflex固定L4/5节段有限元对照模型、以及Coflex固定L5/S1节段有限元试验模型。根据3组有限元模型对照试验的稳定性和相容性等各种生物力学指标,发现两种动态内固定方式的下腰椎具有相近的生物力学效果。结论本有限元模型对照试验的设计为研究下腰椎L5/S1节段Coflex动态固定手术提供了生物力学循证依据,对Coflex植入L5/S1节段这一新手术的临床应用具有指导意义。 展开更多

关键词 下腰痛 Coflex装置 动态固定 有限元分析 生物力学

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退变性椎间盘应力分布变化的有限元分析 被引量：10

10

作者 张先予 李正维 +1 位作者 吴立军 吴凡 《中国脊柱脊髓杂志》 CAS CSCD 北大核心 2013年第4期359-363,共5页

目的:分析退变性腰椎间盘在不同生理载荷下应力分布的变化情况。方法:建立正常人体L3~S1三维有限元模型及L4/5椎间盘退变模型,导入Ansys软件进行分析,在L3椎体上表面施加500N压力模拟轴向压缩,施加10Nm的力矩模拟腰椎前屈、后伸、侧屈... 目的:分析退变性腰椎间盘在不同生理载荷下应力分布的变化情况。方法:建立正常人体L3~S1三维有限元模型及L4/5椎间盘退变模型,导入Ansys软件进行分析,在L3椎体上表面施加500N压力模拟轴向压缩,施加10Nm的力矩模拟腰椎前屈、后伸、侧屈和旋转等各种生理载荷,测量不同载荷下正常与退变椎间盘不同部位的应力,分析退变椎间盘应力分布变化的情况。结果:正常椎间盘垂直载荷时椎间盘应力集中于椎弓根附近,应力最大的分区中压力为29.649N;各种屈曲位时,屈曲侧应力较高,分区中压力最高为59.514N,向对侧逐渐减少,拉力最高为32.686N。相同载荷下,退变椎间盘应力分布发生了变化,髓核压力由45.170~55.308N降至5.471~8.046N;纤维环压力增加,内层纤维环由80.379~95.923N增加至98.898~120.557N,中层纤维环由107.160~140.983N增加至118.549~156.827N,外层纤维环由160.872~204.867N增加至169.302N^216.298N。结论:椎间盘退变后其髓核和纤维环的应力分布会发生变化,在总应力变化不大的前提下,髓核所受应力明显减小,而纤维环所受应力则相应增加,尤以内层和中层纤维环为主。这可能是椎间盘突出和椎间盘源性腰痛的原因之一。 展开更多

关键词 椎间盘 退变 生物力学 有限元分析

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双侧关节突联合棘突间植骨融合预防胸腰椎骨折术后矫正丢失的生物力学三维有限元分析 被引量：4

11

作者 何登伟 吴立军 池永龙 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 2009年第3期193-199,210,共8页

目的应用三维有限元技术构建腰椎双侧关节突联合棘突间植骨融合的生物力学新模型,评估其预防胸腰椎骨折术后矫正丢失机制,论证新模型是否比单纯双侧关节突植骨融合模型更具预防矫正丢失的优越性。方法选取青壮年男性人体脊柱标本一具,... 目的应用三维有限元技术构建腰椎双侧关节突联合棘突间植骨融合的生物力学新模型,评估其预防胸腰椎骨折术后矫正丢失机制,论证新模型是否比单纯双侧关节突植骨融合模型更具预防矫正丢失的优越性。方法选取青壮年男性人体脊柱标本一具,范围为L1～L2,构建骨折伴有椎间盘严重损伤的有限元力学模型,模拟患者术后内固定取出后的状态,建立双侧关节突联合棘突间植骨融合和单纯双侧关节突植骨融合的两种有限元模型,分析在压缩载荷、前屈与后伸力矩等组合作用下的椎间盘、上下终板、关节突植骨区、棘突间植骨区等的应力和位移。结果在压缩载荷和前屈与后伸力矩作用下,新融合模型的椎间盘竖向压缩位移和应变较原融合模型明显减小约为20%～35%,关节突植骨区应力也较原融合模型减小,减小量约为5.5%～13%,棘突间植骨区承担应力大幅增加,约增加了2.5～12.3倍,后柱承担内力比例明显增加。结论双侧关节突联合棘突间植骨融合后,脊柱承载结构主要由双侧小关节和棘突三点立体承担,后部棘突间植骨形成了新的强化张力带,增加了损伤节段的三维稳定性,有效减轻关节突植骨区应力集中程度,减小受损椎间盘的竖向应变和压缩位移,可预防胸腰椎骨折并伴有椎间盘严重损伤术后矫正丢失。 展开更多

关键词 胸腰椎骨折 矫正丢失 有限元分析 数字医学 生物力学

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螺钉F角对腰椎后路单节段固定稳定性的影响

12

作者 朱旻宇 池永龙 +3 位作者 吴立军 黄其杉 徐华梓 毛方敏 《医用生物力学》 CAS CSCD 2009年第4期285-289,共5页

目的比较4组不同椎弓根螺钉置入方式对后路单节段固定生物力学稳定性的差异。方法将24具新鲜小牛胸腰椎标本(T11～L3)分为4组,用椎体楔行切除法在L1椎体上制作严重压缩性骨折模型,用4组不同进钉角度行后路单节段椎弓根钉内固定,对固定... 目的比较4组不同椎弓根螺钉置入方式对后路单节段固定生物力学稳定性的差异。方法将24具新鲜小牛胸腰椎标本(T11～L3)分为4组,用椎体楔行切除法在L1椎体上制作严重压缩性骨折模型,用4组不同进钉角度行后路单节段椎弓根钉内固定,对固定后的标本施加频率为1.0Hz的前屈/后伸、左/右侧屈和左/右旋转疲劳载荷各3000次,经脊柱三维运动测量系统测量正常、损伤、固定和疲劳后4种状态下固定节段(T13～L1)前屈/后伸、左/右侧屈和左/右旋转运动范围,将其标准化为稳定指数后比较四组内固定方式在4种状态下6个载荷方向上稳定性的差异。结果4组固定均能显著提高骨折模型在6个载荷方向上的稳定性(P<0.01),而且显著强于正常标本组(P<0.01),但四组间无显著性差异(P>0.05);疲劳试验后4组标本在6个载荷方向上的稳定性均小于各自疲劳试验前,但两者间无显著性差异(P>0.05),且4组间无显著性差异(P>0.05)。结论只要保证螺钉在椎弓根及椎体内且伤椎螺钉避开骨折区域,螺钉的F角大小不会影响单节段固定的即刻稳定性及疲劳后稳定性。 展开更多

关键词 椎弓根 单节段 内固定 生物力学 循环载荷

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