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关键词： 第一性原理计算   高压   力学性质   Nb_(2)SnC  

摘要： 本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法系统研究了Nb_(2)Sn C在0~100 GPa范围内的结构稳定性、力学性质、弹性各向异性以及最小热导率.弹性常数和声子色散曲线的计算结果表明,Nb_(2)Sn C在0到100 GPa范围内具有良好的机械稳定性和动力学稳定性.此外,Nb_(2)Sn C在不同压强下的体模量B总是大于剪切模量G,表明该化合物更易发生剪切形变.同时,不同压强下方向相关的线性压缩系数β以及杨氏模量E的研究表明,(001)平面的线性压缩系数及杨氏模量在0~100 GPa范围内均是严格各向同性的,而(100)平面则表现出高度的各向异性,并且它们的各向异性特征随着压强的增加会变得更加显著.最后,我们利用Clarke模型和Cahill模型进一步研究了Nb_(2)Sn C在不同压强下的最小热导率,结果表明该化合物是高压环境下热障涂层材料的潜在候选者.

关键词： 股骨转子间骨折   股骨近端防旋髓内钉   InterTAN   骨折愈合   并发症  

摘要： 背景:老年股骨转子间骨折患者常伴多种内科合并症及明显骨质疏松,给治疗带来较大挑战。股骨近端防旋髓内钉与InterTAN均为常用髓内钉内固定系统,如何为不同病情和骨折类型的患者精准选择最合适的治疗方案尚缺乏足够的循证依据。目的:对比带双螺纹钉的近端股骨髓内钉系统(InterTAN)与股骨近端防旋髓内钉内固定治疗老年股骨转子间骨折的临床效果及并发症差异。方法:采用前瞻性随机对照设计,纳入118例符合纳入标准的老年股骨转子间骨折患者,随机分为2组,股骨近端防旋髓内钉组59例行股骨近端防旋髓内钉内固定,InterTAN组59例行InterTAN髓内钉内固定。围术期记录手术时间、术中出血量、透视次数、住院天数等指标;术后于1,3,6,12个月进行随访,通过Harris髋关节功能评分及影像学检查评估骨折愈合率、内固定稳定性及并发症发生情况。结果与结论:①股骨近端防旋髓内钉组手术时间、出血量、透视次数均显著低于InterTAN组(P<0.001),两组住院天数相比差异无显著性意义(P>0.05);②术后12个月,两组患者骨折愈合率相近(P>0.05);术后12个月时InterTAN组内固定不稳定率显著降低(P<0.05),Harris疼痛、功能及关节活动度评分均明显优于股骨近端防旋髓内钉组(P<0.05);两组并发症总发生率相比差异无显著性意义(P>0.05);③提示股骨近端防旋髓内钉在围术期创伤方面具备一定优势,而InterTAN在术后1年随访时的固定稳定性及功能恢复上更具潜在价值,临床应结合患者病情和骨折类型综合选择内固定系统。

关键词： 主压力骨小梁   主张力骨小梁   髋关节   形态计量学   股骨头   功能梯度材料  

摘要： 背景:股骨近端的主压力、主张力骨小梁是髋关节传导压应力、张应力的主要结构,具有复杂的非均质结构,探究其微观结构变化规律有助于提高对主应力骨小梁的认识。目的:通过股骨头标本提取各个区域的骨小梁微结构信息,研究其形态计量学规律,阐明主应力骨小梁的微结构变化规律,为未来新型仿生髋关节假体的设计提供理论依据。方法:选取11例股骨颈骨折患者的新鲜股骨头,经Micro-CT扫描后使用图像分析软件(InveonTM Acquisition Workplace)进行重建,分别将主压力、主张力骨小梁划分为5个区域,选取各区的感兴趣容积后,对骨体积分数、骨表面骨体积比、骨小梁厚度、骨小梁数量、骨小梁间隙、骨小梁模式因子、灰度值等进行形态计量学分析。结果与结论:①主压力骨小梁5区具有最高的骨体积分数、骨小梁厚度、灰度值,4区和1区次之,5区和1区之间上述指标相比差异有显著性意义(均P<0.05);由3区向2区、1区和4区、5区,骨表面骨体积比、骨小梁数量逐渐减小,而骨小梁厚度逐渐增大;②主张力骨小梁3区具有最高的骨体积分数、骨小梁厚度、骨小梁数量、灰度值,2区各参数与之相反,除灰度值外,两区域之间其余参数相比差异均有显著性意义(均P<0.001);③此次研究提出了一种可靠的提取主应力骨小梁感兴趣容积的方法,首次提出了主压力骨小梁是一种功能梯度多孔结构的理论,为主压力骨小梁微结构解剖学提供了新的见解,并可能被证明是新型仿生髋关节假体设计的有用信息。

关键词： 导航   胸腰椎骨折   经皮椎弓根螺钉   经伤椎   跨伤椎  

摘要： 背景:近年来,随着骨科内固定器械的不断创新与发展,脊柱经皮微创椎弓根螺钉内固定系统在胸腰椎骨折治疗中得到广泛应用,已成为胸腰椎骨折的重要治疗方式之一。目前,关于开放椎弓根螺钉经伤椎与跨伤椎固定治疗胸腰椎骨折的临床疗效对比研究已较为丰富,但导航辅助下经皮微创术式中两种固定方式的比较研究仍相对不足。目的:对比经皮微创椎弓根螺钉经伤椎和跨伤椎治疗胸腰椎骨折的临床疗效。方法:回顾性分析2021年10月至2023年6月延安大学附属医院脊柱外科收治的无脊髓神经损伤的单节段胸腰椎骨折患者67例,均在计算机导航辅助下进行经皮椎弓根螺钉固定治疗,随访至术后6个月。根据术中伤椎是否置钉分为经伤椎组和跨伤椎组,其中经伤椎组35例,跨伤椎组32例。对两组患者的一般资料、围术期资料以及术前术后伤椎前缘高度比、伤椎Cobb角、目测类比评分、Oswestry功能障碍指数等参数进行比较,从而对比经皮微创经伤椎固定和跨伤椎固定治疗无脊髓神经损伤胸腰椎骨折的临床效果。结果与结论:①两组患者术前一般资料比较差异均无显著性意义(P>0.05),具有可比性;②组内比较:两组患者术后7 d、术后6个月的伤椎前缘高度比、伤椎Cobb角、目测类比评分、Oswestry功能障碍指数均较术前显著改善(P<0.05);③组间比较:跨伤椎组患者的手术时间、术中出血量、切口长度、术中透视次数显著少于经伤椎组,差异均有显著性意义(P<0.05),而两组患者的住院天数无明显区别(P>0.05);术后7 d、6个月两组之间伤椎前缘高度比、伤椎Cobb角、目测类比评分和Oswestry功能障碍指数相比差异无显著性意义(P>0.05);④提示对于无脊髓神经损伤的单节段胸腰椎骨折患者,与经伤椎固定相比,经皮微创椎弓根螺钉跨伤椎固定具有术中耗时短、出血少、手术切口小、透视次数少等优点;中短期随访期内,经皮微创经伤椎固定和跨伤椎固定均能有效恢复并维持伤椎高度、矫正后凸畸形、重建脊柱稳定性并减轻疼痛,获得优良的临床效果;对于体质量指数在正常范围内、不合并脊髓神经损伤和后方韧带复合体损伤的AO分型A型的胸腰椎骨折患者,建议采用创伤更小的跨伤椎经皮椎弓根螺钉内固定。

关键词： 高尿酸血症   中等强度运动   核苷酸结合寡聚结构域样受体蛋白3(NLRP3)炎性小体   炎症反应   肾功能  

摘要： 背景:高尿酸血症会引发肾脏损伤和炎症信号通路的激活,导致肾小球肥大与肾功能恶化,运动作为非药物治疗手段可调节尿酸排泄蛋白表达,但运动对高尿酸血症的调节机制尚未明确。目的:探讨中等强度运动对高尿酸血症的潜在作用及分子机制。方法:①运用孟德尔随机化分析方法,以布里斯托大学英国医学研究理事会综合流行病学部门开发数据库中的中等强度运动数据集(ukb-a-508、ukb-b-4710)作为暴露因素,血清尿酸水平数据集(ebi-a-GCST90018977)作为结局指标;同时纳入芬兰基因组学和个性化医学研究项目FinnGen的痛风数据集(finn-b-GOUT、finn-b-M13_GOUT)作为另一结局指标,用于探究中等强度运动与痛风、尿酸水平三者之间的潜在关联。②开展动物实验探究中等强度运动与高尿酸血症之间的具体机制,设置空白对照组、中等强度运动+空白组、高尿酸血症组和中等强度运动+高尿酸血症组,对实验C57BL/6小鼠进行为期8周中等强度跑台训练后,检测血清尿酸、肌酐、尿素氮生化指标,采用苏木精-伊红染色观察肾脏组织病理变化,同时采用qRT-PCR和Western blot分析核苷酸结合寡聚结构域样受体蛋白3、Caspase-1、白细胞介素1β、白细胞介素6、白细胞介素11基因及蛋白表达水平。结果与结论:①孟德尔随机化结果表明,中等强度运动与痛风以及血清尿酸水平均呈现出显著负相关关系(P<0.05);②与空白对照组相比,高尿酸血症组血清尿酸、肌酐与血尿素氮水平显著上升(P<0.05);③与空白对照组相比,高尿酸血症组出现肾小球肥大、肾小管上皮细胞空泡变性及炎性细胞浸润等病理变化;④与空白对照组相比,高尿酸血症组核苷酸结合寡聚结构域样受体蛋白3、白细胞介素1β、白细胞介素18 mRNA表达以及核苷酸结合寡聚结构域样受体蛋白3、Caspase-1、白细胞介素1β、白细胞介素6、白细胞介素11蛋白表达显著上调(P<0.05);⑤中等强度运动干预后,中等强度运动+高尿酸血症组上述检测指标均显著降低(P<0.05),肾脏组织形态有所改善。结果表明,中等强度运动可降低高尿酸血症小鼠尿酸水平,改善肾脏损伤。此外,中等强度运动可抑制核苷酸结合寡聚结构域样受体蛋白3/Caspase-1/白细胞介素1β信号通路的激活,减轻肾脏炎症反应。

关键词： 剪力墙结构   金属连梁阻尼器   刚度增强   减震设计   功能可恢复结构  

摘要： 为解决传统金属阻尼器消能连梁在极罕遇地震作用下残余位移过大,导致震后难以修复的问题,根据提出的二阶刚度增强型金属连梁阻尼器建立恢复力模型,并结合功能可恢复结构的性能目标对阻尼器在剪力墙结构中的设计方法进行研究,确定了该阻尼器在剪力墙结构中的设计流程。最后按提出的设计方法对一高层联肢剪力墙结构进行设计,并利用有限元分析软件ABAQUS进行对比分析。结果表明:经该方法设计的消能结构能够达到预期的消能减震效果,与使用传统阻尼器相比,能有效减小结构的层间位移角,实现损伤控制均匀的设计目标。

关键词： 上颌骨缺损   双层折叠腓骨   种植义齿   有限元分析   应力   数字化设计   小钛板   生物力学支柱  

摘要： 背景:游离腓骨肌皮瓣是目前修复单侧上颌骨缺损的重要手段,临床上多采用单层游离腓骨肌皮瓣及双层折叠式游离腓骨肌皮瓣修复单侧上颌骨缺损,但目前对于二者重建后上颌骨骨性支柱的恢复情况仍缺少相关的生物力学研究。目的:利用三维有限元法分析单层游离腓骨瓣及双层折叠游离腓骨瓣修复单侧上颌骨缺损并模拟种植修复后各结构的生物力学特征。方法:收集1例拟行“上颌骨次全切除术同期血管化腓骨肌皮瓣修复重建”52岁男性患者的上颌骨、腓骨CT数据,将数据导入Mimics 21.0软件,通过数字化设计模拟行上颌骨次全切除术并建立单层及双层折叠腓骨修复上颌骨缺损三维模型,再将模型导入Geomagic Studio 2014、SolidWorks 2019、Ansys 18.0等软件建立正常上颌骨复合体(模型A)、模拟种植修复后单层游离腓骨瓣修复单侧上颌骨缺损(模型B)及双层折叠游离腓骨瓣修复单侧上颌骨缺损(模型C)的三维有限元模型,分析比较各模型双侧后牙垂直加载对上颌骨、小钛板及种植义齿的应力分布情况及生物机械稳定性。结果与结论:①模型A、B、C上颌骨应力主要分布在健侧上颌骨近颧骨区域、重建侧腓骨区域以及双侧眶外侧、眶内侧和鼻根部区域;模型B在左侧梨状孔边缘处的应力值明显大于模型C且在该处出现明显红色应力集中区;②模型B在腓骨与牙槽突断端的连接区域在不同载荷下位移均大于模型C,两模型位移最大值出现在患侧加载250 N时,模型B为30μm,模型C为23μm;③模型B、C小钛板的最大应力均位于连接腓骨段与腓骨段之间的转折处的钛板,各载荷下两模型小钛板的最大应力值较为接近,模型B、C小钛板的最大位移在各载荷下均出现在连接腓骨与牙槽突断端小钛板的第一个钉孔处;位移最大值为模型B在该区域患侧加载250 N时,为27μm;④模型B、C种植体在3种载荷下应力均集中于各种植体颈部区域,两模型应力最大值位于末端种植体上,且模型C明显大于模型B,模型B最大应力为58.5 MPa,模型C为160.6 MPa。同时模型B、C最大位移均位于前端种植体上,位移值随载荷的增大而增大,且模型C最大位移值略小于模型B;⑤结果证实:单层式与双层折叠式游离腓骨瓣重建单侧上颌骨缺损后均能较好地恢复上颌骨生物力学支柱,但单层腓骨修复上颌骨在鼻旁处易产生应力集中,导致在受到较大外力作用时会增加该部位骨折的风险,因此采用双层折叠腓骨修复上颌骨更有利于其鼻旁支柱的恢复;这两种修复方式中采用双层折叠腓骨瓣较单层式具有更好的稳定性,但该方式种植义齿局部应力值更大。

关键词： 桡骨远端骨折   CT影像   数字算法   识别软件   骨折类型   骨折点识别   骨折移位  

摘要： 背景:传统的骨折CT影像阅片主要依赖于医生的经验,存在主观性强和误差较大的问题。因此,开发基于数字算法的骨折CT影像识别软件能够有效辅助医生进行骨折类型及位移、旋转等特征的准确识别,具有重要的临床意义。目的:验证自主开发骨折CT影像识别软件在AO-C2型桡骨远端骨折中的诊断准确性、骨折点识别稳定性,对比软件与医师测量的骨折块位移、旋转角度的差异,探讨CT影像识别软件的临床应用前景。方法:收集2024年1-6月南阳市中医院收治的25例AO-C2型桡骨远端骨折患者的CT影像,应用骨折CT影像识别软件进行了一系列验证,包括软件在骨折类型、骨折点识别、骨折移位方面的测量,对比骨折CT影像识别软件与医师医疗影像存储与传输系统影像识读测量数据的差异;应用变异系数、双向组内相关系数一致性分析、Bland-Altman分析评估两种方案测量结果的稳定性及一致性。结果与结论:①骨折CT影像识别软件对骨折类型识别准确率达92%;总骨折点识别的变异系数均小于19%,关节面骨折点变异系数均小于25%,骨干部骨折点变异系数均小于18%,骨折点识读稳定性良好;②组内相关系数分析表明,不同级别医师应用骨折CT影像识别软件测量骨折块移位、旋转值均具有较高的一致性;③Bland-Altman分析表明软件测量与医师医疗影像存储与传输系统测量在骨折位移中无显著差异,软件在骨折块旋转测量中具有较高的精准性;④提示基于数字算法的骨折CT影像识别软件在骨折点识别中具有较好的稳定性,在骨折移位、旋转识别上具有较好的一致性与精准性,对骨折旋转的识别明显优于医疗影像存储与传输系统测量,在AO-C2型桡骨远端骨折的应用中具有良好的临床应用前景,能够辅助医师更快地做出治疗决策。

关键词： 腰椎   肌群   模型   有限元分析   腰椎活动度   椎间盘   皮质骨   应力  

摘要： 背景:基于有限元分析的腰椎生物力学建模技术,因能够量化评估腰椎活动度和椎间盘等结构的应力分布特征,已成为研究腰椎疾病发生机制和手术方案优化的重要工具。目前常见的腰椎有限元模型包含椎骨、椎间盘、终板、关节软骨和韧带等,现有研究中的腰椎有限元模型普遍未考虑腰椎深层固有肌群被动支撑对腰椎节段稳定性的影响。目的:通过建立包含腰椎深层固有肌群的腰骶椎骨骼肌肉有限元模型,并利用有限元分析比较腰骶椎骨骼有限元模型与腰骶椎骨骼肌肉有限元模型的生物力学差异。方法:基于1名27岁健康志愿者的CT数据重建腰骶椎骨骼有限元模型,在此基础上重建腰椎深层固有肌群。通过有限元分析不同工况增加腰椎深层固有肌群被动支撑后腰椎活动度、椎间盘应力和椎体皮质骨应力的变化,评估腰椎深层固有肌群被动支撑对腰椎的调节作用。结果与结论:施加相同的载荷后,在前屈、后伸、左右侧弯、左右轴向旋转、前屈与轴向旋转复合的工况下:①腰椎活动度:添加肌肉被动支撑的腰骶椎骨骼肌肉有限元模型活动度均小于腰骶椎骨骼有限元模型,且肌肉种类越多活动度越小,其中包含腰椎横突间外侧肌和腰椎回旋肌的腰骶椎骨骼肌肉模型活动度小于腰骶椎骨骼有限元模型,而包含腰椎横突间外侧肌、腰椎回旋肌和腰椎多裂肌的腰骶椎骨骼肌肉模型活动度是最小的;②椎间盘和椎体皮质骨应力:腰骶椎骨骼有限元模型中,肌肉被动支撑因素的加入降低了椎间盘和椎体的最大应力值,但是它们的应力呈现出相似的分布,而且应力降低程度与肌肉数量相关,其中包含腰椎横突间外侧肌和腰椎回旋肌的腰骶椎骨骼肌肉有限元模型椎间盘和椎体皮质骨最大应力值小于腰骶椎骨骼有限元模型,而包含腰椎横突间外侧肌、腰椎回旋肌和腰椎多裂肌的腰骶椎骨骼肌肉模型椎间盘和椎体皮质骨最大应力值是最小的。提示腰椎深层固有肌群被动支撑对腰椎活动范围、椎间盘应力和椎体皮质骨应力都起到了减缓作用,尤其在前屈、后伸、左右侧弯、前屈与轴向旋转复合的工况下减缓效果较好。

关键词： 疼痛特征   内侧半月板损伤   步态表现   惯性测量单元   运动恐惧   稳定性  

摘要： 背景:疼痛会通过神经肌肉变化改变运动控制,从而导致步态改变。明确内侧半月板损伤患者的疼痛特征对步态表现的影响有利于制定个性化康复方案。目的:探究疼痛特征对内侧半月板损伤患者步态表现的影响。方法:使用8个惯性测量单元与常速摄像机对32例健康人群(男17例、女15例)与51例内侧半月板损伤患者(男24例、女27例)进行步态数据采集,同时评估患者的疼痛特征,如疼痛自由度、疼痛强度、疼痛心理以及疼痛阶段。独立样本t检验比对组间差异,并将疼痛特征作为自变量、步态指标作为因变量行多元线性回归分析。结果与结论:①与对照组相比,内侧半月板损伤患者的步长、大腿/小腿/足支撑期角速度、小腿/足摆动期角速度、髋活动范围对称指数、髋/踝活动范围变异系数、股直肌支撑期肌肉贡献率显著减小(P<0.05),步长对称指数、膝活动范围对称指数、步长变异系数、股二头肌摆动期肌肉贡献率显著增大(P<0.05);②步长的预测变量是膝伸是否疼痛、疼痛强度、运动恐惧症;支撑期大腿角速度、摆动期大腿角速度、摆动期小腿角速度、股直肌支撑期肌肉贡献率的预测变量是膝伸是否疼痛;髋关节活动范围变异系数的预测变量是疼痛强度;③提示内侧半月板损伤患者的疼痛特征例如疼痛强度、运动恐惧会影响步态表现,在大腿肌肉共激活效应失衡的情况下,通过减慢运动速度、缩短步长等运动学表现可提高步态稳定性;未来的研究方向应包含疼痛管理,并开展步态再训练。