种植体的大小(有限元分析在组织工程研究领域的应用：CJTER杂志热点综述文章)

1.骨水泥填充位置对骨质疏松性椎体压缩骨折的生物力学特性影响：一项三维有限元分析

背景：当采用双侧经皮椎体强化治疗骨质疏松性椎体压缩骨折时，骨水泥在骨折椎体内的填充位置包括前外侧、前内侧和后外侧3种，尤其多见于椎体体积相对较大的腰椎。目前尚未发现有相关生物力学研究对比这3种骨水泥填充位置对骨折椎体的生物力学特性影响差异。

目的：采用三维有限元分析法比较3种骨水泥填充位置对骨质疏松性椎体压缩骨折的生物力学特性影响。

方法：建立L1-L5节段骨质疏松性腰椎三维有限元模型并在L3椎体构建骨质疏松性椎体压缩骨折模型，然后于骨质疏松性椎体压缩骨折模型分别模拟3种骨水泥填充位置：前外侧、前内侧和后外侧，共获得4组模型。在相同边界条件下(前屈、后伸、侧屈、旋转)进行三维有限元分析，计算比较4组模型中L3椎体最大米塞斯应力和骨折区域最大位移。

结果与结论：①在前屈加载条件下，前外侧、前内侧和后外侧骨水泥填充后的L3椎体最大米塞斯应力分别约为骨质疏松性椎体压缩骨折模型的18.31%，19.43%，28.31%，骨折区域最大位移分别约为骨质疏松性椎体压缩骨折模型的13.92%，16.49%，29.90%。说明与经皮椎体强化前相比，经皮椎体强化后的最大米塞斯应力和最大位移均显著降低，前外侧骨水泥填充的最大米塞斯应力和最大位移最小；在后伸、侧屈和旋转加载条件下可见类似结果；②结果发现，前外侧骨水泥填充可以更好地恢复骨折椎体的强度和稳定性，建议通过靶向穿刺置管、精准注射骨水泥技术首先保证骨水泥在骨折椎体前外侧骨折区域的填充。

缩略语：骨质疏松性椎体压缩骨折：osteoporotic vertebral compression fractures，OVCFs

关键词: 骨水泥, 骨质疏松, 椎体压缩骨折, 经皮椎体强化, 骨水泥填充位置, 三维有限元分析

引用本文：叶林强, 卢国樑, 江晓兵, 李 真, 翁 汭, 梁 德, 黄学成, 冯永洪. 骨水泥填充位置对骨质疏松性椎体压缩骨折的生物力学特性影响：一项三维有限元分析[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(28): 4435-4440.

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https://www.cjter.com/CN/10.12307/2022.294

2.有限元分析不同骨质下种植体长度及直径对初期稳定性的影响

背景：目前还没有就骨质、种植体直径与长度对初期稳定性影响的综合研究。
目的：以载荷下种植体-骨界面的微动大小作为种植体初期稳定性的评价指标，探究骨质、种植体长度与直径对种植体初期稳定性的影响。
方法：依据Zarb和Lekholm提出的骨质分类方法，建立Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，IV类骨质的下颌骨模型。参照士卓曼种植体参数，建立不同直径与长度的种植体模型，种植体直径分别为3.3，4.1，4.8 mm；长度分别为6，8，10，12 mm。应用有限元方法，对模型加载两种载荷(100，250 N)，进行垂直和倾斜方向加载。分析比较各组模型中种植体-骨界面的微动分布情况。研究方案的实施符合《赫尔辛基宣言》和大连大学机械工程学院的相关伦理要求，受试者对影像资料采集及用途完全知情同意并签署了“知情同意书”。
结果与结论：①垂直加载下，颌骨骨质较好时种植体-骨界面的微动峰值出现在皮质骨区，颌骨骨质较差时种植体-骨界面的微动峰值出现在松质骨区；倾斜加载下，4类骨质下颌骨中种植体-骨界面产生的微动峰值都在皮质骨区；②在4种加载方式下，种植体的初期稳定性都随骨质的减弱而降低，随种植体直径与长度的增加而升高，且种植体直径对种植体初期稳定性的影响比长度大。

关键词: 初期稳定性, 微动, 骨质, 种植体直径, 种植体长度, 有限元方法, 种植体-骨界面, 骨结合

引用本文：高文波, 马宗民, 李淑娴, 聂秀吉. 有限元分析不同骨质下种植体长度及直径对初期稳定性的影响[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(6): 875-880.

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3.步态周期中踝关节有限元模型的构建及生物力学分析

背景：踝关节属于人体最重要的承重关节之一，在行走过程中发挥着重要作用，目前缺少有关踝关节在步态周期中应力的相关研究。
目的：基于有限元法分析步态周期中踝关节的应力大小及区域变化。
方法：首先通过Mimics 16.0软件及Rapidform XOR3 64软件构建踝关节有限元模型；利用此踝关节模型与Anderson构建的胫距下关节面有限元模型的应力及接触面积进行对比，验证模型的有效性；最后通过ABAQUS有限元分析软件，模拟踝关节在步态周期中平衡站立工况及支撑末期工况的应力状态，通过对比相同区域不同工况的应力变化，分析踝关节在步态周期中的作用，探讨踝关节失稳状态下踝关节的应力变化。
结果与结论：①构建的踝关节有限元模型共包括44 551个单元、16 718个节点，并验证了其有效性与合理性；②平衡站立工况下：主要应力集中在距腓前韧带(A、B)、胫距前韧带(C、D)、胫距后韧带近端(F)、胫距关节下表面(H)；踝关节最大应力在胫距后韧带近端附着点(F)，为10.670 MPa；最小应力在内踝胫骨关节面(J)，为2.965 MPa；③支撑末期工况下：主要应力集中在距腓前韧带(A、B)、胫距前韧带(C、D)、胫距关节下表面(H)、外踝距骨关节面(K)；踝关节最大应力在胫距前韧带近端(D)，为23.00 MPa；最小应力在胫距后韧带近端附着点(F)，为3.478 MPa；④提示构建的踝关节有限元模型高度还原了踝关节的力学环境，明确了步态周期中踝关节的应力规律，为临床踝关节相关疾病的诊疗与术后康复提供了思路。

关键词: 步态周期, 踝关节, 支撑末期, 有限元, 生物力学

引用本文：白子兴, 曹旭含, 孙承颐, 杨艳军, 陈 思, 温建民, 林新晓, 孙卫东. 步态周期中踝关节有限元模型的构建及生物力学分析[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(9): 1362-1366.

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https://www.cjter.com/CN/10.12307/2022.429