摘要：目的通过对钛合金骨小梁结构的表征与力学性能的研究,筛选确定用于髋关节和膝关节假体的骨小梁结构,促进髋关节和膝关节置换后骨长入,为生物型髋关节和膝关节假体设计奠定基础。材料与方法采用数值模拟的方法,研究比较了10种骨小梁单元的力学性能,确定了10种骨小梁的结构特征,根据骨小梁的理论结构特征,包括丝经孔径和孔隙率初步确定了用于假体设计的晶体结构骨小梁。采用数值模拟的方法进一步研究了矩形截面和圆形截面骨小梁试件的力学性能,采用3D打印技术制备了4种不同单元尺寸钛合金骨小梁的试件,考虑了不同位置和不同打印方向对试件力学性能的影响,进行了压缩实验得到了骨小梁试件的载荷位移曲线。采用实验方法表征了不同单元尺寸的骨小梁结构特征,包括丝径,孔径,孔隙率和通孔率。文中还对骨小梁截面面积与截面位置的关系进行了研究,绘制了骨小梁试件的截面图形,为制备剪切疲劳试件和设计胫骨平台的骨小梁结构提供了参考。结果晶体结构的骨小梁具有孔隙率高的优点,适合作为髋关节和膝关节假体的骨小梁;对骨小梁试件表征的结果显示,试件的丝径孔径与孔隙率受骨小梁单元尺寸的影响较大,试件的丝径大于2倍理论丝径,试件孔径小于理论孔径,试件孔隙率小于理论孔隙率,且与单元尺寸相关,单元尺寸大的孔隙率也大,丝径增大的原因也与用电子束制备骨小梁粉末的粒度有关(用于制备骨小梁试件的粉末粒度为45~11μμm)。对试件与产品通孔率的实验测量显示,单元边长尺寸大于2.0 mm的骨小梁通孔率为100%,单元边长尺寸小于2 mm的骨小梁不仅孔径小也容易发生堵孔的现象。骨小梁的弹性模量与骨小梁的单元边长相关,骨小梁理论模型的弹性模量随单元边长增加呈增大趋势,但是骨小梁试件的弹性模量随单元边长增加呈降低趋势,可能与丝径与孔径的变化有关。结论晶体结构骨小梁适合作为髋膝关节假体的多孔结构,骨小梁单元边长影响试件的孔隙率,通孔率和弹性模量。

摘要：背景:多孔支架作为新骨生长的临时基质在骨修复过程中起着关键作用,其中多孔支架的结构设计是骨修复过程中的研究重点。目的:综述传统支架(规则、均匀的支架)和仿生支架(不规则、不均匀的支架)在骨组织工程研究领域的应用。方法:检索中国知网(CNKI)、维普、万方、Web of Science、Science Direct、PubMed、EI等数据库,选取2008年1月至2024年3月发表的文献,中文检索词为“骨组织工程,仿生支架,骨小梁,传统支架,骨修复,三周期极小曲面”,英文检索词为“bone tissue engineering,bionic scaffolds,bone trabeculae,traditional scaffolds,bone repair,TPMS”。最终纳入81篇文献进行综述。结果与结论:骨支架的结构设计是实现骨修复和骨再生的关键,骨组织工程中的支架技术已取得显著进展。传统的规则多孔支架因简单的制造流程和良好的机械性能被广泛应用,然而这类支架往往缺乏生物活性,难以模拟自然骨组织的复杂微环境,限制了其在促进细胞增殖和骨再生方面的能力。相反,仿生支架通过模拟自然骨组织的结构特征,提供了更适宜的生理微环境,促进了成骨细胞的增殖、分化及新骨的形成,为骨缺损有效治疗提供了新的思路。尽管仿生支架在理论上具有巨大的潜力,但在实际应用中仍面临诸多挑战,支架的生物相容性、生物活性及长期稳定性等因素仍需通过临床试验进行进一步验证。

摘要：椎弓根螺钉内固定系统由于其解剖复位、短节段固定和三维固定等优点而成为目前较为流行的脊柱后路内固定系统.但对于骨质疏松症(osteoporosis, OP)患者,由于椎体骨密度(BMD)降低,骨小梁变薄,常导致内固定失败.对翻修手术中需行椎弓根螺钉取出和替代的患者,其机械固定强度也可发生继发性减弱而导致螺钉松动、断裂和移位.因此,对于此类患者需进行特别处理,以避免此类并发症.由于螺钉的几何学特性和钉-骨小梁界面间的生物力学特性在椎弓根螺钉固定过程中扮演了最重要的角色,因此,为提高骨质疏松患者椎弓根螺钉固定的成功率,目前的研究主要集中于椎弓根钉道强化和改进椎弓根螺钉的设计等方面.现就其进展综述如下.

摘要：目的:根据股骨近端骨小梁的生物力学特点,设计出桁架结构内固定装置并进行力学实验。方法:尸体股骨25例,首先,采用CT对股骨上段进行扫描;然后,随机将20例股骨标本仿Evan’s股骨转子间骨折分型,人工形成骨折,随机分为桁架结构固定组、Gamma钉固定组、Richard钉固定组、AO钢板固定组,每组各5例标本,并与正常标本组比较;通过万能试验机上进行压缩试验。结果:(1)桁架结构强度比Richard’s钉、AO钢板强度高8%和14%;刚度高30%和33%;与Gamma钉和正常股骨相当,(P0.05)。⑷桁架结构应力遮挡率低于Gamma钉,只有17.39%。结论:根据股骨近端生物力学结构设计的桁架结构内固定器械,是治疗股骨转子间骨折有效的内固定装置。

摘要：在过去几十年中,Micro CT已成为评估小动物骨骼微结构的金标准。然而Micro CT得到的定量指标会受到很多因素影响,如成像参数、重建像素大小和图像分割阈值等。为了提高相关实验准确性和可重复性,以及在各个研究间进行更可靠的比较,结合小鼠离体股骨的Micro CT实验,设计不同通量的标本及组合方案来验证骨微结构测量结果是否受其影响。结果表明,标本通量及组合方式的不同对骨微结构指标测量没有产生显著性影响,但高通量扫描会降低输出图像的质量,可能会减弱组间差异的检测能力,仍需注意其产生的影响。因此在确定实验方案前需探讨标本通量对实验结果是否产生影响,或者在整个研究中保持标本通量和标本摆放方式的一致性。

摘要：基于手性结构和内凹结构设计了一种新型复合负泊松比多孔结构;采用Ti6Al4V钛合金球状粉末,通过选区激光熔化成形技术制备了复合结构试样,基于响应曲面法研究了胞元长度与环径比(0.7~0.9)、杆径(0.4~0.6 mm)和内凹角度(60°~80°)及其交互作用对复合结构试样弹性模量和屈服强度的影响,获得优化的胞元结构参数。结果表明:当孔隙率为75%时,复合结构试样的弹性模量和屈服强度介于手性和内凹结构试样之间;采用小胞元长度与环径比、小杆径和大内凹角度时,复合结构试样的弹性模量较低,采用大胞元长度与环径比、大杆径和小内凹角度时,屈服强度较高;复合结构的优化参数为胞元长度与环径比0.9、内凹角度60.1°、杆径0.546 mm,预测得到该优化复合结构试样的弹性模量为3.71 GPa,与试验值(3.65 GPa)的相对误差为1.64%,说明采用响应曲面法建立的负泊松比结构参数与力学性能关系模型可靠,实测该复合结构试样的屈服强度高达210.36 MPa。

摘要：目的通过设计不同结构类型的人工膝关节胫骨衬垫托盘模型,建立模拟人体单腿站立状态下的有限元模型并进行仿真分析,对比胫骨衬垫托盘的实体结构设计假体与骨小梁结构设计假体在植入胫骨后的应力传导效果以及应力分布差异,从而探究结构设计对金属植入物性能的影响。方法首先采用3-matic11.0处理软件对人工膝关节胫骨衬垫实体托盘进行骨小梁结构设计优化,并将两种结构设计的胫骨托盘假体与胫骨模型在Hypermesh14.0软件中进行有限元前处理,最后利用有限元软件Abaqus6.13中进行手术植入模拟仿真分析并输出胫骨托盘与胫骨上的最大应力与应力分布情况。结果当植入胫骨托盘为实体结构设计时,最大应力值为13.72 MPa;然而,当植入胫骨托盘为骨小梁结构设计时,胫骨应力分布范围在胫骨近端分布范围增大,并且最大应力值(18.38 MPa)也增加了约34%。结论骨小梁结构设计的人工膝关节胫骨衬垫托盘可以有效降低应力遮挡水平,从而避免由于应力遮挡现象所造成的假体早期松动现象,提高了假体的使用寿命。

摘要：人到老年的时候，最怕骨质疏松，就像广告中所说的“腰酸、背疼、腿抽筋。”骨质疏松症又称为“无声无息的流行病”，早期无明显自觉症状，多在轻微外力导致骨折后才被发现。到目前为止，我们拥有的各种治疗方法只能使骨小梁增粗、增厚，但不能使断裂的骨小梁再连接，因此骨质疏松症的预防比较治疗更现实更重要。况且，骨质疏松症是可以预防的。因此，及早诊断并采取防治措施已刻不容缓。

摘要：3D打印技术在英国《经济学人》的数次渲染中,已然成为“第三次产业革命”的核心,它使产品从设计到制造之间仅隔“打印”按钮的距离,从而对传统的制造的流程形成挑战,打破了传统产业链唯一独大的模式,使全球制造业经济面临重新变革[1-3].2012年8月,美国总统奥巴马拨款3000万美元,在俄亥俄州建立了国家级3D打印研究中心,启动了“重振美国制造业计划”.很多专家媒体也乐观地认为:3D打印产业将成为下一个具有宽广前景的朝阳产业[4].

摘要：目的:设计一套程控式振动载荷系统,探究全身振动(whole-body vibration,WBV)刺激对放疗造成的大鼠骨小梁骨量和微结构的改善效果。方法:使用振动控制器和振动平台建立一套基于LabVIEW的WBV载荷加载系统,实现强度、频率可控的振动波输出。随后将32只SD大鼠随机均分为对照组(Ctrl组)和全身振动组(WBV组),每组均包含放射(R)和未放射(NR)2种处理方式(分别为R组和NR组)。对R组大鼠右侧股骨远端施加10 Gy的局部X射线放射损伤,左侧股骨作为对照,WBV组均连续接受45 Hz、0.5g的振动刺激45 d(每天1 h)。取每组大鼠双侧股骨样本行Micro CT扫描,经重建后观察骨小梁微结构,并对相关参数进行统计分析。结果:经X射线照射后,Ctrl组中R组骨小梁相对体积(bone volume per tissue volume,BV/TV)、骨小梁厚度(trabecular thickness,***)和骨小梁数量(trabecular number,Tb.N)均显著低于Ctrl组中NR组,而骨小梁分离度(trabecular separation,***)和结构模型指数(structure model index,SMI)显著高于Ctrl组中NR组(P<0.05)。经WBV刺激后,WBV组中NR组骨小梁的BV/TV和Tb.N显著高于Ctrl组中NR组,SMI显著低于Ctrl组中NR组(P<0.05)。此外,WBV组中R组骨小梁的BV/TV和Tb.N显著高于Ctrl组中R组(P<0.05),***和SMI显著低于Ctrl组中R组(P<0.05)。结论:低强度WBV载荷作为一种经济、无创、安全的物理因子,能够显著增加和改善放疗骨损伤大鼠的骨小梁数量和微结构,有望在未来临床治疗放疗骨损伤的应用中发挥重要作用。