生物力学研究范文精选

关键词】密度

【摘要】目的研究人髌腱密度与其生物力学的关系,寻找能于前交叉韧带重建术前检测髌腱移植物生物力学性质的方法。方法对20例不成对人体髌腱(男10例，女10例)进行单轴拉伸试验,来研究供者性别及髌腱密度对其生物力学性质的影响,髌腱密度根据其所测得体积和质量计算出。结果髌腱的生物力学性质基于性别上的差异均无显著性,而与其密度呈正相关。密度＞1.68g/cm3(n=8)的髌腱的最大抗张强度比质量密度＜1.68g/cm3(n=12)者明显要高。结论髌腱密度可以用来评价该髌腱的质量,因此，可利用术前测量活体内髌腱的密度来决定该前交叉韧带重建是用异体移植物还是自体移植物。

【关键词】髌腱；密度；移植物质量；生物力学性质

Themechanicalpropertiesofthehumanpatellartendoncorrelatedtoitsmassdensity

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

【Keywords】patellartendon；massdensity；graftquality；mechnicalproperties

1材料与方法

1．1材料来源经过严格筛选的人手掌肌腱45根,男35根,女10根,供者平均年龄为(55±3)岁,由中国人民解放军第401医院提供.肌腱经过－80℃深低温冷冻7周后随机分成A、B、C组共3组。

1．2研究方法A组肌腱在干冰环境下行3．5kGy高能电子束照射10次,总辐射剂量为35kGy.B组在干冰环境下行3．5kGy的γ射线照射,共10次,总辐射剂量为35kGy.C组肌腱只在干冰环境下保存.

1．3组织学观察对各组肌腱分别行苏木精G伊红(HE)染色和胶原纤维经典VG染色,观察组织形态学改变.

1．4羟脯氨酸(Hyp)含量检测采用高效液相色谱法分别检测各组肌腱Hyp的含量.

2结果

【摘要】口腔种植学产生于口腔修复学、口腔外、牙周病学、口腔组织病、口腔材料学、口腔放射学、口腔预防保健学、生物力学、机械工学等学科的专业知识，在它们的交界边缘处形成。人工种植牙生物力学是种植牙成功不可忽视的一个重要方面，过大或过小的应力均可引起牙周骨组织的吸收或萎缩，从而导致人工种植牙的失败。笔者通过种植体材料，种植体的形态结构，种植体长度及直径，种植体与上部结构的连接方式等因素对应力分布的，把近年来人工种植牙生物力学进行综述。希望本文能对广大口腔医务工作者了解这门学科及从事种植义齿活动工作时，发挥一些有益的作用。

【关键词】人工种植体生物力学研究进展；种植材料；种植体形态结构；植体上连接装置种植体长度和直径；种对应力分布的影响

种植义齿是口腔科领域中最快，最令人兴奋的一个分支，已成为与高速涡轮牙机、全景X线机、高分子粘固材料并列的20世纪牙科发展的四项重大突破之一。一个成功的人工种植体应该和骨组织直接结合，形成良好的生物力学相容性，将咀嚼压力均匀分布到周围骨组织，应力过大或过小，都无益于种植牙周骨组织的重建，都将导致种植牙的失败。

1应力分布研究的发展

在20世纪70年代以前，生物力学研究和应力分布的检测多采用电测法和光弹法，电测法是实验应力方法中最基本的方法之一，它的灵敏度与精确度较高，可用于现场测定，用于各种复杂环境下测量多种力学参数，但电测法只能逐点测量物件表面的应变，且仅能获得应变片所在位置的应变平均值，不能直观得出构件应力分布的全貌，在环境条件恶劣时误差较大。光弹应力分析法具有直观性和全场性的优点，可用以分析各种形状的复杂构件和表面应力，也是口腔生物力学常采用的研究方法，但光弹法不能把材料力学和弹性联系起来，如不能出模型内任意处的应力值和位移植。自从1973年resher和Farah几乎同时将有限元法（finiteelementmethod,FEM)于口腔医学领域，FEM已成为一种有效的数学工具，在口腔生物力学研究中得到广泛应用。FEM具有以下优点：可以准确地表达复杂的几何形状；可以在同一模型上对不同性质的材料进行力学分析；可以进行复杂载荷条件下的应力分析；模型的转换较为简便；对应力的内部状态及其它力学性能定量测定的代表性好，同时FEM在应用中自身也不断得到完善，其中从二维到三维是FEM发展的一个飞跃。1976年Weinstein等应用二维FEM分析了多孔圆柱种植体界面的应力分布，将FEM引入了口腔种植领域，从此，有关种植义齿生物力学的研究进入了一个新的阶段。

2种植体材料对应力分布的影响

1材料与方法

1．1材料来源

经过严格筛选的人手掌肌腱45根，男35根，女10根，供者平均年龄为（55±3）岁，由中国人民解放军第401医院提供。肌腱经过－80℃深低温冷冻7周后随机分成A、B、C组共3组。

1．2研究方法

A组肌腱在干冰环境下行3．5kGy高能电子束照射10次，总辐射剂量为35kGy。B组在干冰环境下行3．5kGy的γ射线照射，共10次，总辐射剂量为35kGy。C组肌腱只在干冰环境下保存。

1．3组织学观察

人工种植牙生物力学相容性是种植牙成功的不可忽视的一个重要方面，过大或过小的应力均可引起牙周骨组织的吸收或萎缩，从而导致人工种植牙的失败。本文通过种植体的材料，种植体的形态结构，种植体长度及直径，种植体与上部结构的连接方式等因素对应力分布的影响，把近年来人工种植牙生物力学研究进展简略的进行综述。

种植义齿是口腔科领域中发展最快，最令人兴奋的一个分支，已成为与高速涡轮牙机、全景X线机、高分子粘固材料并列的20世纪牙科发展的四项重大突破之一。一个成功的人工种植体应该和骨组织直接结合，形成良好的生物力学相容性，将咀嚼压力均匀分布到周围骨组织，应力过大或过小，都无益于种植牙周骨组织的重建，都将导致种植牙的失败。据此，本文特将人工种植牙的生物力学研究进展作一概述。

1应力分布研究方法的发展

在20世纪70年代以前，生物力学研究和应力分布的检测多采用电测法和光弹法，电测法和光弹法属于实验应力分析法。电测法是实验应力分析方法中最基本的方法之一，它的灵敏度与精确度较高，可用于现场测定，用于各种复杂环境下测量多种力学参数，但电测法只能逐点测量物件表面的应变，且仅能获得应变片所在位置的应变平均值，不能直观得出构件应力分布的全貌，在环境条件恶劣时误差较大。光弹应力分析法具有直观性和全场性的优点，可用以分析各种形状的复杂构件和表面应力，也是口腔生物力学常采用的研究方法，但光弹法不能把材料力学和弹性理论联系起来，如不能计算出模型内任意处的应力值和位移值。自从1973年Theresher和Farah几乎同时将有限元法（finiteelementmethod，FEM）应用于口腔医学领域，FEM已成为一种有效的数学工具，在口腔生物力学研究中得到广泛应用。FEM具有以下优点：可以准确地表达复杂的几何形状；可以在同一模型上对不同性质的材料进行力学分析；可以进行复杂载荷条件下的应力分析；模型的转换较为简便；对应力的内部状态及其它力学性能定量测定的代表性好，同时FEM在应用中自身也不断得到完善，其中从二维到三维是FEM发展的一个飞跃。1976年Weinstein等应用二维FEM分析了多孔圆柱种植体界面的应力分布，将FEM引入了口腔种植领域，从此，有关种植义齿生物力学的研究进入了一个新的阶段。Meijer等［1］将二维有限元法和三维有限元法进行了比较，认为后者的模型相似性好，可客观反映被分析受力结构的信息，但是有限元法的单元在大小、形状、数目、载荷情况、假设条件与真实情况差异及边界条件等均影响结果。因此，为使结果更加真实可信，有限元法的研究手段不断完善，目前已从静态研究发展到动态研究，并有向非线性发展的趋势。

2种植体材料对应力分布的影响

人工牙种植体的研究和应用已有30多年的历史，但迄今为止，只有少数几种材料的种植体为人们所接受，其中应用历史最长、也最广泛的是钛质种植体，金属钛具有良好的生物相容性，与骨组织形成紧密、牢固的结合，而且其弹性模量与骨很接近，与骨结合所形成的界面是动态的，在适当负荷的刺激下，种植体与骨的接触程度在一年后会从53％增加到74％［2］，所以说钛是一种理想的种植材料。Mailath（1989）等［3］用有限元法对种植体材料进行了研究得出结论，种植体材料的弹性模量至少为110，000N／mm2（1．1×10MPa）。Clelland（1991）等［4］用三维有限元法研究了Screw－vent骨内种植体及支持组织应力分布情况，这种商业纯钛种植体最大应力区是在种植体的颈部，这些应力比商业纯钛的疲劳极限（259，90MPa）低18倍，骨内最大压力值（19．57MPa）是在颈部的舌侧区，而且Screw－vent种植体近远中应力（最大为0．38MPa）比种植体颊、舌侧低得多。这一点和以前放射照片研究的骨吸收发生在种植体的近远中不同。为了更快的形成骨整合，人们还从种植体的表面涂层入手。尤其是羟基磷灰石喷涂（hydroxyapatite，HA）研究最多，但还是有很大争议，生物活性材料的涂层，可以改善与骨的结合方式，从生化角度上看，对种植牙长期成功是有益的，但从生物力学角度是否有明显的改善并不清楚［5］。Rieger（1989）进行了研究认为：骨结合界面与骨适应界面比较，从生物力学上看种植牙周围骨内的应力分布比较并没有明显的改善，这还有待于进一步研究。最近Meijer（1997）等［6，7］使用柔韧高分子生物材料（polyactiv，PL）即聚丁烯对二苯酸盐（酯）聚合物（polyethylene－oxidepolybutylene－terephthalate（PEO：PBT）copolymer）和硬性HA穿龈种植体进行动物（狗）实验研究，从组织学上和临床方面作一比较，PL设有三种（一种密集型，两种多孔型）6个月加载，PL和HA种植体周围骨组织在第6周有骨吸收（高度失去1mm），第12周可见重建，18周后恢复到原来的水平，结果PL比HA引起密度上较少的降低。这个结果显示：柔韧种植材料更有利于应力向周围骨组织传导。临床方面PEO：PBT和陶瓷、生物玻璃、钛、和其他材料相比较，结果：PEO：PBT是一种柔韧材料，能降低穿龈种植体颈部应力峰值，致密型PL功能合适，运动性能与天然牙相近似，表现出最好的临床功能，也能减少种植体周围应力峰值。从组织学观察得出结论：柔韧的骨结合，种植体更能较好地把应力传导到周围骨组织，因此它可能是硬性种植体有前途的替代物。