维普资讯 http://www.cqvip.com ・１５３２・ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ Ｓｅｐ．２００７，Ｖｏ１．２８，Ｎｏ．９ ｔｕｍｏｒ［Ｊ］．Ｒａｄｉａｔ Ｒｅｓ，２０００，１５８（２）：１７４—１８０、 『１Ｏ］ＤＡＬＬＥ Ｓ，ＩＭＡＭＵＲＡ Ｔ，ＲＯＳＥ Ｄ Ｗ，ｅｔ ａ１．Ｉｎｓｕｌｉｎ ｉｎｄｕｃｅｓ ｈｅｔ— ｅｒｏｌｏｇｏｕｓ ｄｅｓｅｎｓｉｉｚｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｇ—・ｐｒｏｔｅｉｎ—－ｃｏｕｐｌｅｄ ｒｅｃｅｐｔｏｒ ａｎｄ ｉｎ— ｅｒａｔｉｅ ｉｓｌｅｔ ｕｔｍｏｉｒｇｅｎｅｓｉｓ［Ｊ］．Ｃａｎｃｅｒ Ｃｅｌｌ，２００２，１（４）：３３９— ３５３． ［１７］ＤＵＮＮ Ｓ Ｅ，ＥＨＲＬＩＣＨＭ，ＳＨＡＲＰＮ Ｊ，ｅｔａ１．Ａ ｄｏｍｉｎａｎｔ ｎｅｇａ— ｔｉｖｅ ｍｕｔａｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｓｕｌｉｎ—ｌｉｋｅ ｇｒｏｗｔｈ ｆａｃｔｏｒ—Ｉ ｒｅｃｅｐｔｏｒ ｉｎｈｉｂｉｔｓ ｓｕｌｉｎ—ｌｉｋｅ ｇｒｏｗｔｈ ｆａｃｔｏｒ Ｉ ｓｉｇｎａｌｉｎｇ ｂｙ ｄｏｗｎｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ ｂｅｔａ一 ｅｒｓｔｉｎ一１［Ｊ］．ＭＯＬ Ｃｅｌｌ Ｂｉｄ，２００２，２２（１７）：６ ２７２—６ ２８５． ［１１］ＭＯＲＲＩＯＨＥ Ａ，ＤＥＡＮＧＥＬＩＳ Ｔ，ＢＡＳＥＲＧＡ Ｒ．Ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆｔｈｅ ｂｏ— ｖｉｎｅ ｐａｐｉｌｌｏｍａｖｉｍｓ ｔｏ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｍｏｕｓｅ ｅｍｂｒｙｏｆｉｂｒｏｂｌａｓｔｓ ｗｉｔｈ ａｔａｒ－ ｔｈｅ ａｄｈｅｓｉｏｎ．ｉｎｖａｓｉｏｎ ｎｄ ａｍｅｔｓａｔｓａｉｓ ｏｆ ｂｒｅａｓｔ ｃａｎｃｅｒ［Ｊ］．Ｃａｎｃｅｒ Ｒｅｓ，１９９８，５８（１５）：３ ３５３—３ ３６１． ［１８］ＴＡＮＧ Ｙ，ＺＨＡＮＧＤ，ＦＡＬＬＡＶＯＬＬＩＴＡ Ｌ，ｅｔａ１．Ｖａｓｃｕｌａｒ ｅｎｄｏ— ｔｈｅｌｉｌ ｇｒａｏｗｔｈ ｆａｃｔｏｒ Ｃ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｌｙｍｐｈ ｎｏｄｅ ｍｅｔｓｔａａｓｉｓ ａｒｅ ｇｅｔｄ ｅｄｉｓｒｕｐｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｓｕＵｎ—ｌｉｋｅ ｇｒｏｗｔｈ ｆａｃｔｏｒ Ｉ ｒｃｅｐｔｅｏｒ ｇｅｎｅ ［Ｊ］．Ｊ Ｖｉｒｏｌ，１９９５，６９（９）：５ ３００—５ ３０３． 『１２］ＮＡＶＡＲＲＯ Ｍ，ＢＡＲＥＮＴＯＮ Ｂ，ＧＡＲＡＮＤＥＬ Ｖ，ｅｔ ａ１．Ｉｎｓｕｌｉｎ— ｌｉｋｅ ｇｒｏｗｔｈ ｆａｃｔｏｒ Ｉ（ＩＧＦ—Ｉ）ｒｅｃｅｐｔｏｒ ｏｖｅｒｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ａｂｏｌｉｓｈｅｓ ｈｅ ＩＧＦ ｒｅｑｕｉｔｅｍｅｎｔｒ ｆｏｒ ｄｉｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｄｕｃｅｓ ａ ｌｉｇａｎｄ—ｄｅ— ｅｒｇｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｔｙｐｅ Ｉ ｉｎｓｕｌｉｎ—ｌｉｋｅ ｇｒｏｔｈｗ ｆａｃｔｏｒ ｅｒｃｅｐｔｏｒ［Ｊ］． Ｃａｎｃｅｒ Ｒｅｓ，２００３，６３（６）：１ １６６—１ １７１． ［１９］ＤＵＮＮ Ｓ Ｅ，ＥＨＲＬＩＣＨ Ｍ，ＳＨＡＲＰ Ｎ Ｊ，ｅｔ １ａ．Ａ ｄｏｍｉｎｎｔａ ｎｅｇａ— ｔｉｖｅ ｍｕｔａｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｓｕｌｉｎ—－ｌｉｋｅ ｇｒｏｗｔｈ ｆａｃｔｏｒ—－Ｉ ｒｅｃｅｐｔｏｒ ｉｎｈｉｂｉｔｓ ｐｅｎｄｅｎｔ ｔｒｎｓａｆｏｒｍｅｄ ｐｈｅｎｏｔｙｐｅ ｉｎ Ｃ２ｉｎｄｕｅｉｂｌｅ ｍｙｏｂｌａｓｔｓ［Ｊ］．Ｅｎ— ｄｏｅｆｉｎｏｌｏｇｙ，１９９７，１３８（１２）：５ ２１０—５ ２１９． ｔｈｅ ａｄｈｅｓｉｏｎ，ｉｎｖａｓｉｏｎ ｎｄ ａｍｅｔｓａｔｓａｉｓ ｏｆ ｂｒｅａｓｔ ｃａｎｃｅｒ［Ｊ］．Ｃａｎｃｅｒ Ｒｅｓ，１９９８，５８（１５）：３ ３５３—３ ３６１． ［１３］ＰＲＡＧＥＲ Ｄ，１２Ｈ Ｌ，ＡＳＡ Ｓ，ｅｔａ１．Ｄｏｍｉｎｎｔａ ｎｅｇａｉｔｖｅｉｎｈｉｂｉｉｔｏｎ ｏｆｔｕｍｏｒｉｇｅｎｅｓｉｓ ｉｎ ｖｉｖｏ ｂｙ ｈｕｍａｎ ｉｎｓｕｌｉｎ—ｌｉｋｅ ｇｒｏｗｔｈ ｆａｃｔｏｒ Ｉ ［２Ｏ］ＴＵＲＮＥＲ Ｂ Ｃ．Ｉｎｓｕｌｉｎ—ｌｉｋｅ ｇｒｏｗｔｈ ｆａｃｔｏｒ—Ｉ ｒｅｃｅｐｔｏｒ ｏｖｅｅｒｘ— ｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍｅｄｉａｔｅｓ ｃｅｌｌｕｌａｒ ｒａｄｉｏｒｅｓｔａｎｅｅ ａｎｄ ｌｏｃａｌ ｂｒｅａｓｔ ｃａｎｃｅｒ ｅ—ｒ ｒｅｃｅｐｔｏｒｍｕｔｎｔ［Ｊ］ａ Ｐｒｃｅ Ｎａｌｉ Ａｃａｄ Ｓｅｉ ＵＳＡ，１９９４，１５，９１ （６）：２ １８１—２ １８５． ｅｕｒｒｅｎｅｅ ａｆｔｅｒ ｌｕｍｐｔｃｔｅｏｍｙ ｎｄ ａｒａｄｉａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｃａｎｃｅｒ Ｒｅｓ，１９９７， ５７（１５）：３ ０７９—３ ０８３． ［１４］ＲＵＩＮＩ Ｍ，ＨＯＮＧＯＡ，Ｄ’ＡＭＢＲＯＳＩＯ Ｃ，ｅｔａ１．ＴｈｅＩＧＦ—Ｉ ｒｅ— ｅｅｐｔｏｒｉｎ ｍｉｔｏｇｅｎｅｓｉｓ ａｎｄ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｕｓｅ ｅｍｂｒｙｏ ｃｅｌｌｓ：ｒｏｌｅ ［２１］ＷＥＮ Ｂ，ＤＥＵＦＳＣＨ Ｅ，ＭＡＲＡＮＧＯＮＩ Ｅ，ｅｔ １ａ．Ｔｙｒｐｏｈｏｓｔｉｏｎ ＡＧ １０２４ ｍｅｄｕｌａｔｅｓ ａｒｄｉｏｓｅｎｓｉｔｉｉｖｔｙ ｉｎ ｈｕｍａｌｌ ｂｒｅｓａｔ ｃａｎｃｅｒ ｃｅｌｌＳ［Ｊ］． Ｂｒ Ｊ Ｃａｎｃｅｒ，２００１，８５（１２）：２ ０１７—２ ０２１． ｏｆ ｒｅｏｅｐｔｏｒ ｎｕｍｂｅｒ［Ｊ］．Ｅｘｐ Ｃｅｌｌ Ｒｅｓ，１９９７，２３０（２）：２８４— ２９２． ［２２］ＹＵ Ｄ，ＳＨＩＢＵＹＡ Ｈ，ＭＩＵＲＡ Ｍ．Ｒｏｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｓｕｌｉｎ—ｌｉｋｅ ｇｒｏｗｔｈ ｆａｃｔｏｒ Ｉ ｒｅｃｅｐｔｏｒ Ｃ—ｔｅｒｍｉｎｕｓ ｉｎ ｃｅｌｌｕｌｒ ｒａａｄｉｏｒｅｓｉｓｔａｎｅｅ ［１５］ＢＬＡＫＥＳＬＥＹ ＶＡ，ＳＴＡＮＮＡＲＤ Ｂ Ｓ．Ｒｏｌｅ ｏｆｔｈｅＩＧＦ—Ｉ ｒｅｅｅｐ— ｔｏｒ ｉｎ ｍｕｔａｇｅｎｅｓｉｓ ｎｄ ｔａｕｍｏｒ ｐｒｏｍｏｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｅｎｄｏｅｒｉｎｏｌ，１９９７， １５２（３）：３３９—３４４． ［Ｊ］．Ｂｉｏｅｈｅｍ Ｂｉｏｐｈｙｓ Ｒｅｓ Ｃｏｍｍｕｎ，２００３，３１１（１）：１７４— １７８． ［１６］ＬＯＰＥＺ Ｔ，ＨＡＮＡＨＡＮ Ｄ．Ｅｌｅｖａｔｄ ｌｅｅｖｅｌｓ ｏｆ ＩＧＦ—Ｉ ｒｃｅｅｐｔｏｒ ｃｏｎｖｅｙ ｉｎｖａｓｉｖｅ ｎｄ ｍｅｔａａｓｔａｔｉｃ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｉｎ ａ ｍｏｕｓｅ ｍｏｄａｌ ｏｆ ｐａｎｅ （收稿日期：２００６—１２—０１编辑：祝华） 人体骨骼生物力学中有限元分析的研究进展 胡辉莹 钟世镇 聂晨阳 中国人民第一五七医院（广州５１０５１０）； 南方医科大学解剖教研室，广东省医学生物力学实验室（广州５１０５１５） 骨骼生物力学被认为是生物力学中最具领导地位的一 个分支，它为生物科学、医学、工业，乃至于我们的日常生活 建立了无数具有划时代意义的贡献 。医生和工程师们积 极致力于对人类肌肉骨骼系统的组织特性、结构和功能的基 而离散化的区域，这些小区域我们称它为有限元素。有限单 元分析的方法是将弹性体离散为有限个单元组成的集合体， 这些单元只在有限个节点上相交接，所有节点只具有有限个 自由度，这样使得分析求解成为可能。从数学意义上讲，是 把微分方程的连续形式转化为数学方程组。此方法适用于 本认识与改进。近年来，随着数字及计算机技术的不断进 步，有限元法成为分析骨科力学变化极为有用的工具，其模 拟的条件更贴近实际，结果的可信度更高【２“Ｊ。我国学者们 复杂的几何形状和边界条件，而且能处理各种复杂的材料。 经过长期的进化过程，人体形成了一个近乎完美的力学结 构。ＦＥＭ应用于人体生物力学研究时，显示了其极大的优 从各自不同的专业分别阐述了某些学科生物力学有限元的 研究，然而都缺乏系统化。作者从有限元法概念及原理、骨 越性。由于通常的力学实验手法基本上无法直接应用于人 体，对人体的力学行为进行有限元数值模拟就成为深化对人 骼生物力学中有限元研究的范围及进展等方面综述了近年 来的一些研究进展。 体认识的一种有效手段，它通过有限单元、节点、自由度等实 验条件控制，应用计算机模拟人体体内的情况。从７０年代 起，有限元开始应用于骨科生物力学研究，最早应用于脊柱。 ８０年代后，其应用范围逐渐扩展到颅面骨、颌骨、四肢骨等 骨性结构的生物力学研究上，并在牙齿及其附属结构、脊柱 生物力学问题上得到了广泛应用 Ｊ。 １有限元法的概念 自从１９５６年Ｔｕｒｎｅｒ等提出有限元（ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ，ＦＥ） 的概念以来，有限元理论及应用发展迅速。有限单元法（ｆｉ— ｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ，ＦＥＭ）是一种在工程科学技术中广泛应 用的数学物理方法，用于模拟并解决各种工程力学、热学、电 磁学等物理场问题。一个结构理论上可以被分解成许多小 △南方医科大学在读博士研究生 ２有限元法分析的原理 有限元分析是计算机力学分析的一种重要方法。随着 计算机技术的飞速发展，该方法进入了工程技术的所有领 维普资讯 http://www.cqvip.com 广东医学２００７年９月第２８卷第９期 域，并很快应用于医学领域，成为计算机辅助矫形外科的重 要组成部分。有限元分析基于化整为零，集零为整的基本思 想，先将研究对象的连续求解区域离散为一组有限个、且按 一定方式相互联结在一起的单元组合体，模拟成不同几何形 状的求解小区域，然后对单元（小区域）进行力学分析，最后 再整体分析。有限元分析的关键在于离散化过程中，单元分 得越细，节点越多，计算结果就越精确。单元分析就是求基 本未知量单元节点位移和对应点应力之间的关系。根据既 定的支撑条件和载前条件，利用有限元软件求解代数方程， 求得所有节点的位移，反求单元应力，最终通过集中各单元 的应力而获得整体应力分布情况，实现由已知的外力求出结 构内部的应力分布情况。该方法在分析不规则物体的力学 特点方面具有优越性。国外学者Ｒｙｂｉｃｋｉ等率先将有限元分 析方法应用于骨骼的应力分析。 ３人体骨骼生物力学中的有限元研究 ３．１ 颅面骨、颌骨有限元研究 头颅及颞下关节是有限元 在生物力学中研究的重点之一。２Ｏ世纪末，我国学者们就 建立了ｘ线头颅侧位定位片硬组织形态二维有限元分析模 型，之后又建立了包括鼻上颌复合体、下颌骨及牙齿在内的 颅颌面硬组织形态的三维有限元模型，用来研究颅颌面硬组 织在正中矢状面上的形态特征及因生长、正畸矫治、正颌手 术引起的形态变化。有研究对下颌骨坚强内固定下的应力 遮挡作用进行了有限元力学分析，对下颌骨体部、角部骨折 在骨愈合的不同时期、不同的咬合形式及不同的内固定方法 时的应力遮挡率进行了计算分析。周学军等 建立了包括 下颌骨的颞下颌关节三维有限元模型，该模型接近真实，除 骨性硬组织外，还包括天然牙、牙周膜、肌肉及盘后软组织、 髁突软骨前、后份、关节盘中带、后带等组织。文中还对实验 条件、模型的边界约束条件及载荷条件进行了很好的假设。 芦俊鹏等 根据人体脑部的螺旋ｃＴ扫描图像，利用图形处 理，三维重建和有限元网络划分技术，建立了一个基于人体 解剖学结构的脑部三维有限元模型。白石柱等 获取了精 确的头面部多排螺旋ＣＴ扫描断层影像数据，利用所得数据 建立了６３ ３６０个节点、３８ ８７９个单元的无牙颌上颌骨计算机 模拟全１７：义齿修复三维有限元模型，完整重现了上颌骨复杂 的形态，得到了上颌骨、颧骨、颅骨以及上颌窦、眶腔等结构鲜 明、直观的印象，并得出了利用多层螺旋ＣＴ扫描数据建立上 颌骨三维有限元模型的方法无需描记轮廓线、插层等人工操 作，能够尽可能地排除人为的干扰，既缩短了建模时间，又提 高了所建立模型的精度的结论。 ３．２脊柱有限元研究 脊柱生物力学仿真是有限元法在生 物力学中研究的最早、分析的最多、也是临床上应用最广泛 的领域。现今研究脊柱的工作使模型不仅能逼真地模拟椎 骨、椎间盘，还能将周围的韧带、肌肉直接或间接地加入模 型，使模拟更加真实与完善。这些工作不仅要求建立逼真的 脊椎模型，而且要求测试椎间盘、周围韧带、肌肉的各种力学 性能。颈椎枕寰枢关节各结构位置重叠，方向各异，在ＣＴ， ＭＲＩ等二维图像上难以反映各结构的空间关系、长度及走 行。利用计算机重建的三维影像较二维影像的优点在于可 通过旋转三维影像，从任意角度或任意方向观察，详细了解 解剖结构的空间关系，明确病变的范围和位置，弥补二维影 ・１５３３・ 像的不足，并可为外科手术入路和手术方式的选择提供重要 参考 “ 。ＴＥＯ等 ” 建立短节段颈椎三维有限元模型 （ｃ ～ｃ６），研究下段颈椎于压缩载荷下及颈椎屈伸时韧带、 小关节及椎间盘髓核的生物力学特点并得出一些基本数据： 其后又以颈椎模型分析寰椎发生骨的机制，发现寰椎前后弓 均存在应力集中现象，特别到颈椎过伸时，寰椎的椎动脉沟 处有明显的应力集中，易发生骨折。ＮＧ【１５１则进行了下颈椎 在轴向载荷下的非线形分析，实验结果提示髓核液在承载中 起着重要的作用，同时实验还说明，到颈椎关节突于术中切 除后，颈椎的强度会有明显的下降。胸腰椎段是脊柱段研究 得较多的部位，国内学者在２Ｏ世纪９Ｏ年代就建立了三维人 体胸腰段力学模型。根据脊柱损伤的力学分类，施加不同的 破坏性载荷，对胸腰椎的应力分布进行分析，并结合临床探 讨各类型胸腰椎骨折发生的力学机制，为临床正确诊断及选 力学机制与腰椎疲劳骨折分别进行了探讨。他们所建立的 三维有限元模型较为完整，更多地纳入了胸腰椎后部结构、 终板、椎间盘、髓核、韧带、小关节囊等部位，所采用的材料性 质与计算所用的单元类型也较前丰富，结果也更为可靠。腰 椎三维有限元模型最早于１９７５年由Ｌｉｎ报道。国内的戴力 扬等人于１９９０年建立人腰椎三维有限元模型，并以该模型 进行腰椎活动时的受力分析，ＳＫＡＬＬＩ等” 首次使用三维有 限元法对脊柱内固定器械进行生物力学分析，其研究对象类 似现今用于脊柱骨的后行复位固定术所用的ｃ—Ｄ系统。 随后多位学者就不同的内固定器械进行了一系列的研究，并 特别将其用于新型器械的生物力学评价 ｊ。 髋关节有限元研究采用有限元数值模拟力学实验是 一种对人体髋关节力学结构进行研究的有效方法。在成人 髋关节方面，有限元分析最为广泛地应用于全髋关节置换的 于进一步研究全髋关节置换术前术后髋关节应力的分布情 况＿ｌ ，而且还应用于骨水泥残余应力等的细致分析，应力遮 挡的深入研究 ，并对多种新设计的假体和假体优化设计 方案提出了新观点，同时对全髋关节置换术后做假体表面聚 乙烯磨损和假体术后脱位的研究也取得了很大进展，为假体 设计提供了依据。 有限元分析还能评估髋关节的骨骼强度，预测骨折易发 部位。杨展宗等 叫对退行性关节炎与骨质疏松性股骨颈骨 小梁进行有限元分析，结果证实骨髂强度与骨小梁的数量及 骨密度密切相关，与骨小梁的表面积和厚度无关。Ｂｅｓｓｂｏ等 的研究认为，有限元分析可以准确预测骨髂强度，有助于更 好地分析了解骨折时的力学变化，并对老年人股骨颈骨折作 出准确预测，从而有针对性地加强预防，减少此类骨折的发 生率。 用三维有限元分析研究体内髋关节的应力变化不仅有 效，而且比体外生物力学实验、定量ＣＴ测定及ｘ线骨密度 测定的精确度更高。赵万鹏等 通过ＭＲＩ三维重建，对坏 死股骨头的塌陷情况作有限元分析，结果表明正常载荷 （３００ Ｎ）下股骨头坏死组织＞４０％就有塌陷的危险，这为预 见股骨头坏死进展提供了依据。张美超等 采用有限元分 析双腿站立、髋关节呈不同外展角度时的股骨颈应力分布情 况，为临床上研究股骨头坏死的最佳生物力学治疗环境提供 择治疗方案提供理论基础与科学依据，并对腰椎间盘膨隆的 ３．３研究。近年来，随着研究的不断深入，有限元分析不仅应用 维普资讯 http://www.cqvip.com ・１５３４・ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ Ｓｏｐ．２００７，Ｖｏ１．２８，Ｎｏ．９ ｌ０８． 了理论依据。史风雷等 的有限元研究证实，关节外展能 改变股骨头内部的应力传导，减少股骨头内部承受的应力， 因此认为髋部外展支架治疗股骨头坏死是一种较好的方法。 此外，近年来有限元分析在成人髋关节方面的应用已不仅局 限于骨性结构和人工假体的研究，还在髋关节软骨、髋臼盂 ［７］张美超，钟世镇．国内生物力学中有限元的应用研究进展 ［Ｊ］．解剖科学进展，２００３，９（１）：５３－５６． ［８］ 周学军，赵志河，赵美英，等．包括下颌骨的颞下颌关节三维 有限元模型的建立［Ｊ］．实用口腔医学杂志，２０００，１６（１）：１７ —唇及髋关节周围肌肉的力学分析上有所突破，可以预见，在 髋关节有限元模型中引入肌力分析，重视髋关节周围软组织 １９． ［９］ 芦俊鹏，张建国．人体颅脑三维有限元模型构建［Ｊ］．微计算 机信息（测控自动化），２００６，２２（８—１）：２ｌ１—２１３． ［１Ｏ］白石柱，李涤尘．多层螺旋ＣＴ在建立上颌骨三维有限元模 型中的应用［Ｊ］．中国临床康复，２００６，１０（４１）：９０—９２． ［１１］程黎明，贾连顺，黄本才，等．下颈椎三维有限元模型的建立 ［Ｊ］．第二军医大学学报，２００３，２４（３）：３３８—３４ｏ． ［１２］ＩＳＨＩＩ Ｔ，ＭＵＫＡＩ Ｙ，ＨＯＳＯＮＯ Ｎ，ｅｔ １ａ．Ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｏｆｔｈｅ ｕｐｐｅｒ ｃｅｒｖｉｃａｌ ｓｐｉｎｅ ｉｎ ｒｏｔａｔｉｏｎ：Ｉｎ ｖｉｖｏ ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ 的影响，都将成为今后的研究方向。 ４展望 虽然有限元模型存在许多的简化和假设，然而有限元模 型分析法最大的优点是为临床医生解决了不能直接在人体 上操作的技术问题，并利用现代计算机技术为临床的发现找 到某些理论依据，指导骨与关节畸形和退行性病变的重建。 在发展中国家，肌肉、骨骼疾病，创伤和畸形是最为普遍 的问题，应当用实用性的技术以最小的成本解决这些问题， 使这些患者恢复工作能力。生物力学专家恰恰能帮助临床 医生实现这个目标，还能帮助改进器械设计和实施外科手术 ［Ｊ］．Ｓｐｉｎｃ，２００４，２９：Ｅ１３９一Ｅ１４４． ［１３］ＴＥＯ Ｅ Ｃ，ＮＧ Ｈ Ｗ．Ｅｖｌａｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｌｅ ｏｆ ｌｉｇａｍｅｎｔｓ，ｆａｃｅｔｓ ｎｄ ｄｉａｓｃ ｎｕｃｌｅｕｓ ｉｎ ｌｏｗｅｒ ｃｅｒｖｉｃａｌ ｓｐｉｎｅ ｕｎｄｅｒ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｓａｇｉｔｔｌａ ｍｏｍｅｎｔｓ ｕｓｉｎｇ ｉｆｎｉｔｅ ｃｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．Ｍｅｄ Ｅｎｇ Ｐｈｙ， ２００１，２３：１５５—１６４． 计划。医学生物力学现在正处在不断发现自我的阶段，其宏 观和微观领域、新的检测工具不断完善，从更深、更精的层面 ［１４］ＴＥＯ Ｅ Ｃ，ＮＧＨＷ．Ｆｉｒｓｔ ｃｅｒｖｉｃａｌ ｖｅｔｒｅｂｒａ（ａｌｔａｓ）ｆｒａｃｔｕｒｅｍｅｃｈ— ｎｉａｓｍ ｓｔｕｄｉｅｓ ｕｓｉｎｇ ｉｆｎｉｔｅ ｃｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．Ｊ Ｂｉｏｍｅｃｈ，２００１， ３４：１３—２１． 去分析肌肉骨骼系统和组织。专家们还试图在细胞和亚细 胞水平确定力学的地位，并相应地出现了新的计算机运算法 则，可以将组织及其连接结构作为一个完整的整体去分析， ［１５］ＮＧ Ｈ Ｗ，ＴＥＯ Ｅ Ｃ．Ｎｏｎｌｉｎｅａｒｆｉｎｉｔｅ—ｃｌｅｍｅｎｔ ｎａａｌｙｓｉｓ ｏｆｔｈｅ ｌｏｗｅｒ ｃｅｒｖｉｃａｌ ｓｐｉｎｅ（Ｃ４一Ｃ６）ｕｎｄｅｒ ａｘｉｌａ ｌｏａｄｉｎｇ［Ｊ］．Ｊ Ｓｐｉｎｌａ Ｄｉｓｃｏｒｄ，２００１，１４：２０１—２１０． 以图像分析系统结合模型技术来处理患者解剖与病理的个 体差异。利用计算机进行模拟辅助生物力学分析的时代已 经到来。过去我们不能将活动状态下肌肉、肌腱、韧带和关 节的力拿来量化观察，现在我们有更好的模型、更好的分析 技术．－ｑ－￣实现 】。有限元法的应用不仅限用于骨科、牙科 的研究，本作者已成功建立了人体胸廓的有限元模型，为今 后探讨急诊救治中胸外按压的机制与临床效果提供生物力 学基础。 参考文献 ［１］ 赵以娃．肌肉骨骼生物力学的历史回顾［Ｊ］．中华骨科杂志， ２００６，２６（２）：１４２—１４４． 【２ Ｊ ＰＵＴＦＬＩＴＺ Ｃ Ｍ，ＧＯＥＬ Ｖ Ｋ，ＣＬＡＲＫ Ｃ Ｒ，ｃｔ ａ１．Ｐａｔｈｏｍｅｃｈａｎ・ ［１６］ＳＫＡＬＬＩ Ｗ，ＲＯＢＩＮ Ｓ，ＬＡＶＡＳＴＡ Ｆ，ｃｔ １ａ．Ａｂｉｏｍｅｃｈａｎｉｃｌａ ｎａａｌ— ｙｓｉｓ ｏｆ ｓｈｏｒｔ ｓｅｇｍｅｎｔ ｓｐｉｎａｌ ｆｉｘａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ａ ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｇｅ— ｏｍｅｔｒｉｃ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ［Ｊ］．Ｓｐｉｎｅ，１９９３，１８：５３６—５４５． ［１７］俞杭到，唐天驷，杨同其，等．颈椎前路低切迹钛板系统的生 物力学评价［Ｊ］．中国脊柱脊髓杂志，２００３，１３（７）：４１９— ４２３． ［１８］龚宪生，王超．一种新型无柄股骨假体的设计［Ｊ］．研究工程 设计学报，２００５，１２（５）：２８８—２９３． ［１９］李伟，陆皓，孙康．复合材料与金属材料髋关节假体应力分 布的三维有限元分析［Ｊ］．生物骨科材料与临床研究，２００５， ２（３）：１—４． ［２Ｏ］杨展宗，沈信纬，陈文全，等．退行性关节炎与骨质疏松性股 骨颈骨小梁的有限元分析［Ｊ］．中华创伤骨科杂志，２００５，７ （１Ｏ）：９１３—９１７． ｉｓｍｓ ｏｆｆａｉｌｕｒｅ ｏｆｔｈｅ ｄｏｏｎｔｏｉｄ［Ｊ］．Ｓｐｉｎｅ，２０００，２５（２２）：２ ８６８ —２ ８７６． ［３］ＧＲＡＨＡＭ Ｒ Ｓ，ＯＢＥＲＬＡＮＤＥＲ Ｅ Ｋ，ＳＴＥＷＡＲＴ Ｊ Ｅ。ｃｔ １ａ．Ｖａｌ— ｉｄａｔｉｏｎ ａｎｄ ｕｓｅ ｏｆ ａ ｉｎｉｆｔｅ ｃｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｏｆ Ｃ一２ ｆｏｒ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉ０ｎ ［２１］赵万鹏，林峰，卢清萍，等．三维重建及有限元分析预测股骨 头坏死塌陷［Ｊ］．中国生物医学工程学报，２００５，２４（６）：７８４ —ｏｆ Ｓｔｉ＂ＣＳＳ ａｎｄ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｏｆ ａｎｔｅｒｉｏｒ ｏｄｏｎｔｏｉｄ ｌｏａｄｓ『Ｊ］．Ｊ ７８７． Ｎｃｕｒｏｓｕｒｇ，２０００，９３（Ｓｕｐｐｌ １）：１１７—１２５． ［２２］张美超，史风雷，赵卫东，等．髋关节外展不同角度股骨颈应 力分布的有限元分析［Ｊ］．第一军医大学学报，２００５，２５ （１Ｏ）：１ ２４４—１ ２４６． ［４］ＴＥＯ Ｅ Ｃ，ＮＧＨＷ．Ｆｉｒｓｔ ｃｅｒｖｉｃａｌ ｖｅｒｔｅｂｒａ（ａｔｌａｓ）ｆｒａｃｔｕｒｅｍｅｃｈ ａｎｉｓｍ ｓｔｕｄｉｅｓ ｕｓｉｎｇ ｉｆｎｉｔｅ ｃｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．Ｊ Ｂｉｏｍｅｃｈ，２００１， ３４（１）：１３—２１． ［２３］史风雷，张美超，高中华，等．外展承重支架治疗Ｐｃｒｔｈｃｓ病 的临床观察和有限元分析［Ｊ］．中国骨与关节损伤杂志， ２００５，２０（５）：３１６—３１８． ［５］ＢＯＺＫＵＳ Ｈ，ＫＡＲＡＫＡＳ Ａ，ＨＡＮＣ１ Ｍ，ｃｔ ａ１．Ｆｉｎｉｔｅ ｃｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｊｅｆｆｅｒｓｏｎ ｆａｃｔｒｕｒｅ：ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｗｉｔｈ ａ ｃａｄａｖｅｒ ｍｏｄｅｌ ［Ｊ］．Ｅｕｒ Ｓｐｉｎｅ Ｊ，２００１，ｉ０（３）：２５７—２６３． ［６］ 陈伯华，孙鹏，ＮＡＴＡＲＡＪＡＮ Ｎ，等．颈椎三维有限元模型的 建立及意义［Ｊ］．中国脊柱脊髓杂志，２００２，１２（２）：１０５一 一一。 。 … …‘ ［２４］赵以娃．肌肉骨骼生物力学的现状与展望［Ｊ］．中华骨科杂 志，２００６，２６（３）：２１５—２１６． （收稿日期：２００７—０４—１３编辑：蔡欣） ；《广东医 学》欢迎您订阅、投稿、刊 ＼…。一。一。～……
