生物力學(xué)研究范文精選

關(guān)鍵詞】密度

【摘要】目的研究人髕腱密度與其生物力學(xué)的關(guān)系,尋找能于前交叉韌帶重建術(shù)前檢測髕腱移植物生物力學(xué)性質(zhì)的方法。方法對20例不成對人體髕腱(男10例，女10例)進(jìn)行單軸拉伸試驗,來研究供者性別及髕腱密度對其生物力學(xué)性質(zhì)的影響,髕腱密度根據(jù)其所測得體積和質(zhì)量計算出。結(jié)果髕腱的生物力學(xué)性質(zhì)基于性別上的差異均無顯著性,而與其密度呈正相關(guān)。密度＞1.68g/cm3(n=8)的髕腱的最大抗張強(qiáng)度比質(zhì)量密度＜1.68g/cm3(n=12)者明顯要高。結(jié)論髕腱密度可以用來評價該髕腱的質(zhì)量,因此，可利用術(shù)前測量活體內(nèi)髕腱的密度來決定該前交叉韌帶重建是用異體移植物還是自體移植物。

【關(guān)鍵詞】髕腱；密度；移植物質(zhì)量；生物力學(xué)性質(zhì)

Themechanicalpropertiesofthehumanpatellartendoncorrelatedtoitsmassdensity

【Abstract】ObjectiveTostudytheeffectsoftissuemassdensityonthemechanicalpropertiesofthepatellartendonandfindoutpredictorsofthemechanicalpropertiesofthepatellartendon,usedasgraftsinanteriorcruciateligamentreconstructionsurgeries.MethodsUniaxialtensiontestswereperformedtodeterminetheeffectsofdonorsexandmassdensityofthetissueonthemechanicalpropertiesoftwentyunpairedhumanpatellartendons(10maleand10female).Massdensityofthepatellartendonwasdeterminedbymeasuringitsvolumeandmass.ResultsNoevidenceofsex-baseddifferencesinanyofthemechanicalpropertiesofthepatellartendonwasfound.Themechanicalpropertiesofthepatellartendonweresignificantlycorrelatedtoitsmassdensity.Thetensilestrengthweresignificantlyhigherforthosepatellartendonshavingamassdensitygreaterthan1.68g/cm3.ConclusionThemassdensityofthepatellartendonmaybeconsideredasanindicatorofmechanicalpropertiesofthepatellartendonorgraftquality.Invivomeasurementofthemassdensityofthepatellartendon,priortosurgery,canbeusedtodecideifaparticularACLreconstructionshouldbecarriedoutwithanallograftoranautograft.

【Keywords】patellartendon；massdensity；graftquality；mechnicalproperties

1材料與方法

1．1材料來源經(jīng)過嚴(yán)格篩選的人手掌肌腱45根,男35根,女10根,供者平均年齡為(55±3)歲,由中國人民解放軍第401醫(yī)院提供.肌腱經(jīng)過－80℃深低溫冷凍7周后隨機(jī)分成A、B、C組共3組。

1．2研究方法A組肌腱在干冰環(huán)境下行3．5kGy高能電子束照射10次,總輻射劑量為35kGy.B組在干冰環(huán)境下行3．5kGy的γ射線照射,共10次,總輻射劑量為35kGy.C組肌腱只在干冰環(huán)境下保存.

1．3組織學(xué)觀察對各組肌腱分別行蘇木精G伊紅(HE)染色和膠原纖維經(jīng)典VG染色,觀察組織形態(tài)學(xué)改變.

1．4羥脯氨酸(Hyp)含量檢測采用高效液相色譜法分別檢測各組肌腱Hyp的含量.

2結(jié)果

【摘要】口腔種植學(xué)產(chǎn)生于口腔修復(fù)學(xué)、口腔外、牙周病學(xué)、口腔組織病、口腔材料學(xué)、口腔放射學(xué)、口腔預(yù)防保健學(xué)、生物力學(xué)、機(jī)械工學(xué)等學(xué)科的專業(yè)知識，在它們的交界邊緣處形成。人工種植牙生物力學(xué)是種植牙成功不可忽視的一個重要方面，過大或過小的應(yīng)力均可引起牙周骨組織的吸收或萎縮，從而導(dǎo)致人工種植牙的失敗。筆者通過種植體材料，種植體的形態(tài)結(jié)構(gòu)，種植體長度及直徑，種植體與上部結(jié)構(gòu)的連接方式等因素對應(yīng)力分布的，把近年來人工種植牙生物力學(xué)進(jìn)行綜述。希望本文能對廣大口腔醫(yī)務(wù)工作者了解這門學(xué)科及從事種植義齒活動工作時，發(fā)揮一些有益的作用。

【關(guān)鍵詞】人工種植體生物力學(xué)研究進(jìn)展；種植材料；種植體形態(tài)結(jié)構(gòu)；植體上連接裝置種植體長度和直徑；種對應(yīng)力分布的影響

種植義齒是口腔科領(lǐng)域中最快，最令人興奮的一個分支，已成為與高速渦輪牙機(jī)、全景X線機(jī)、高分子粘固材料并列的20世紀(jì)牙科發(fā)展的四項重大突破之一。一個成功的人工種植體應(yīng)該和骨組織直接結(jié)合，形成良好的生物力學(xué)相容性，將咀嚼壓力均勻分布到周圍骨組織，應(yīng)力過大或過小，都無益于種植牙周骨組織的重建，都將導(dǎo)致種植牙的失敗。

1應(yīng)力分布研究的發(fā)展

在20世紀(jì)70年代以前，生物力學(xué)研究和應(yīng)力分布的檢測多采用電測法和光彈法，電測法是實驗應(yīng)力方法中最基本的方法之一，它的靈敏度與精確度較高，可用于現(xiàn)場測定，用于各種復(fù)雜環(huán)境下測量多種力學(xué)參數(shù)，但電測法只能逐點測量物件表面的應(yīng)變，且僅能獲得應(yīng)變片所在位置的應(yīng)變平均值，不能直觀得出構(gòu)件應(yīng)力分布的全貌，在環(huán)境條件惡劣時誤差較大。光彈應(yīng)力分析法具有直觀性和全場性的優(yōu)點，可用以分析各種形狀的復(fù)雜構(gòu)件和表面應(yīng)力，也是口腔生物力學(xué)常采用的研究方法，但光彈法不能把材料力學(xué)和彈性聯(lián)系起來，如不能出模型內(nèi)任意處的應(yīng)力值和位移植。自從1973年resher和Farah幾乎同時將有限元法（finiteelementmethod,FEM)于口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，F(xiàn)EM已成為一種有效的數(shù)學(xué)工具，在口腔生物力學(xué)研究中得到廣泛應(yīng)用。FEM具有以下優(yōu)點：可以準(zhǔn)確地表達(dá)復(fù)雜的幾何形狀；可以在同一模型上對不同性質(zhì)的材料進(jìn)行力學(xué)分析；可以進(jìn)行復(fù)雜載荷條件下的應(yīng)力分析；模型的轉(zhuǎn)換較為簡便；對應(yīng)力的內(nèi)部狀態(tài)及其它力學(xué)性能定量測定的代表性好，同時FEM在應(yīng)用中自身也不斷得到完善，其中從二維到三維是FEM發(fā)展的一個飛躍。1976年Weinstein等應(yīng)用二維FEM分析了多孔圓柱種植體界面的應(yīng)力分布，將FEM引入了口腔種植領(lǐng)域，從此，有關(guān)種植義齒生物力學(xué)的研究進(jìn)入了一個新的階段。

2種植體材料對應(yīng)力分布的影響

1材料與方法

1．1材料來源

經(jīng)過嚴(yán)格篩選的人手掌肌腱45根，男35根，女10根，供者平均年齡為（55±3）歲，由中國人民解放軍第401醫(yī)院提供。肌腱經(jīng)過－80℃深低溫冷凍7周后隨機(jī)分成A、B、C組共3組。

1．2研究方法

A組肌腱在干冰環(huán)境下行3．5kGy高能電子束照射10次，總輻射劑量為35kGy。B組在干冰環(huán)境下行3．5kGy的γ射線照射，共10次，總輻射劑量為35kGy。C組肌腱只在干冰環(huán)境下保存。

1．3組織學(xué)觀察

人工種植牙生物力學(xué)相容性是種植牙成功的不可忽視的一個重要方面，過大或過小的應(yīng)力均可引起牙周骨組織的吸收或萎縮，從而導(dǎo)致人工種植牙的失敗。本文通過種植體的材料，種植體的形態(tài)結(jié)構(gòu)，種植體長度及直徑，種植體與上部結(jié)構(gòu)的連接方式等因素對應(yīng)力分布的影響，把近年來人工種植牙生物力學(xué)研究進(jìn)展簡略的進(jìn)行綜述。

種植義齒是口腔科領(lǐng)域中發(fā)展最快，最令人興奮的一個分支，已成為與高速渦輪牙機(jī)、全景X線機(jī)、高分子粘固材料并列的20世紀(jì)牙科發(fā)展的四項重大突破之一。一個成功的人工種植體應(yīng)該和骨組織直接結(jié)合，形成良好的生物力學(xué)相容性，將咀嚼壓力均勻分布到周圍骨組織，應(yīng)力過大或過小，都無益于種植牙周骨組織的重建，都將導(dǎo)致種植牙的失敗。據(jù)此，本文特將人工種植牙的生物力學(xué)研究進(jìn)展作一概述。

1應(yīng)力分布研究方法的發(fā)展

在20世紀(jì)70年代以前，生物力學(xué)研究和應(yīng)力分布的檢測多采用電測法和光彈法，電測法和光彈法屬于實驗應(yīng)力分析法。電測法是實驗應(yīng)力分析方法中最基本的方法之一，它的靈敏度與精確度較高，可用于現(xiàn)場測定，用于各種復(fù)雜環(huán)境下測量多種力學(xué)參數(shù)，但電測法只能逐點測量物件表面的應(yīng)變，且僅能獲得應(yīng)變片所在位置的應(yīng)變平均值，不能直觀得出構(gòu)件應(yīng)力分布的全貌，在環(huán)境條件惡劣時誤差較大。光彈應(yīng)力分析法具有直觀性和全場性的優(yōu)點，可用以分析各種形狀的復(fù)雜構(gòu)件和表面應(yīng)力，也是口腔生物力學(xué)常采用的研究方法，但光彈法不能把材料力學(xué)和彈性理論聯(lián)系起來，如不能計算出模型內(nèi)任意處的應(yīng)力值和位移值。自從1973年Theresher和Farah幾乎同時將有限元法（finiteelementmethod，F(xiàn)EM）應(yīng)用于口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，F(xiàn)EM已成為一種有效的數(shù)學(xué)工具，在口腔生物力學(xué)研究中得到廣泛應(yīng)用。FEM具有以下優(yōu)點：可以準(zhǔn)確地表達(dá)復(fù)雜的幾何形狀；可以在同一模型上對不同性質(zhì)的材料進(jìn)行力學(xué)分析；可以進(jìn)行復(fù)雜載荷條件下的應(yīng)力分析；模型的轉(zhuǎn)換較為簡便；對應(yīng)力的內(nèi)部狀態(tài)及其它力學(xué)性能定量測定的代表性好，同時FEM在應(yīng)用中自身也不斷得到完善，其中從二維到三維是FEM發(fā)展的一個飛躍。1976年Weinstein等應(yīng)用二維FEM分析了多孔圓柱種植體界面的應(yīng)力分布，將FEM引入了口腔種植領(lǐng)域，從此，有關(guān)種植義齒生物力學(xué)的研究進(jìn)入了一個新的階段。Meijer等［1］將二維有限元法和三維有限元法進(jìn)行了比較，認(rèn)為后者的模型相似性好，可客觀反映被分析受力結(jié)構(gòu)的信息，但是有限元法的單元在大小、形狀、數(shù)目、載荷情況、假設(shè)條件與真實情況差異及邊界條件等均影響結(jié)果。因此，為使結(jié)果更加真實可信，有限元法的研究手段不斷完善，目前已從靜態(tài)研究發(fā)展到動態(tài)研究，并有向非線性發(fā)展的趨勢。

2種植體材料對應(yīng)力分布的影響

人工牙種植體的研究和應(yīng)用已有30多年的歷史，但迄今為止，只有少數(shù)幾種材料的種植體為人們所接受，其中應(yīng)用歷史最長、也最廣泛的是鈦質(zhì)種植體，金屬鈦具有良好的生物相容性，與骨組織形成緊密、牢固的結(jié)合，而且其彈性模量與骨很接近，與骨結(jié)合所形成的界面是動態(tài)的，在適當(dāng)負(fù)荷的刺激下，種植體與骨的接觸程度在一年后會從53％增加到74％［2］，所以說鈦是一種理想的種植材料。Mailath（1989）等［3］用有限元法對種植體材料進(jìn)行了研究得出結(jié)論，種植體材料的彈性模量至少為110，000N／mm2（1．1×10MPa）。Clelland（1991）等［4］用三維有限元法研究了Screw－vent骨內(nèi)種植體及支持組織應(yīng)力分布情況，這種商業(yè)純鈦種植體最大應(yīng)力區(qū)是在種植體的頸部，這些應(yīng)力比商業(yè)純鈦的疲勞極限（259，90MPa）低18倍，骨內(nèi)最大壓力值（19．57MPa）是在頸部的舌側(cè)區(qū)，而且Screw－vent種植體近遠(yuǎn)中應(yīng)力（最大為0．38MPa）比種植體頰、舌側(cè)低得多。這一點和以前放射照片研究的骨吸收發(fā)生在種植體的近遠(yuǎn)中不同。為了更快的形成骨整合，人們還從種植體的表面涂層入手。尤其是羥基磷灰石噴涂（hydroxyapatite，HA）研究最多，但還是有很大爭議，生物活性材料的涂層，可以改善與骨的結(jié)合方式，從生化角度上看，對種植牙長期成功是有益的，但從生物力學(xué)角度是否有明顯的改善并不清楚［5］。Rieger（1989）進(jìn)行了研究認(rèn)為：骨結(jié)合界面與骨適應(yīng)界面比較，從生物力學(xué)上看種植牙周圍骨內(nèi)的應(yīng)力分布比較并沒有明顯的改善，這還有待于進(jìn)一步研究。最近Meijer（1997）等［6，7］使用柔韌高分子生物材料（polyactiv，PL）即聚丁烯對二苯酸鹽（酯）聚合物（polyethylene－oxidepolybutylene－terephthalate（PEO：PBT）copolymer）和硬性HA穿齦種植體進(jìn)行動物（狗）實驗研究，從組織學(xué)上和臨床方面作一比較，PL設(shè)有三種（一種密集型，兩種多孔型）6個月加載，PL和HA種植體周圍骨組織在第6周有骨吸收（高度失去1mm），第12周可見重建，18周后恢復(fù)到原來的水平，結(jié)果PL比HA引起密度上較少的降低。這個結(jié)果顯示：柔韌種植材料更有利于應(yīng)力向周圍骨組織傳導(dǎo)。臨床方面PEO：PBT和陶瓷、生物玻璃、鈦、和其他材料相比較，結(jié)果：PEO：PBT是一種柔韌材料，能降低穿齦種植體頸部應(yīng)力峰值，致密型PL功能合適，運動性能與天然牙相近似，表現(xiàn)出最好的臨床功能，也能減少種植體周圍應(yīng)力峰值。從組織學(xué)觀察得出結(jié)論：柔韌的骨結(jié)合，種植體更能較好地把應(yīng)力傳導(dǎo)到周圍骨組織，因此它可能是硬性種植體有前途的替代物。