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[期刊论文] 姚子龙 张余
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北大核心 CSTPCD CSCD CA CBST
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摘要:骨肿瘤(bone neoplasms)是指发生在骨内或起源于骨各种组织成分的肿瘤.无论原发恶性骨肿瘤还是骨转移瘤,都严重影响患者的生活质量.传统手术方式(截肢或根治性肿瘤切除术后肢体重建)无法或较难重建荷瘤肢体功能,并发症较多,给患者带来极大痛苦.作为一种热疗手段,微波消融(microwave ablation)技术目前应用于治疗多种侵袭性、恶性骨肿瘤和转移性骨肿瘤.该方法在保证肿瘤瘤段完全灭活的基础上,极大程度地保留了自体骨量.本文就微波消融的基本原理以及国内外利用微波消融技术治疗骨肿瘤的研究进展作一综述,同时,也就微波消融技术在治疗骨肿瘤方面提出一些具有指引作用的建议....
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摘要:背景:不同的手术入路方式进行髋关节置换后临床疗效和髋关节功能恢复程度差别较大。
  目的:观察外侧与后外侧手术入路进行全髋关节置换,评价随访2年髋关节功能影响的差异。
  方法:收集2009年3月至2012年3月阳江市中医院骨科收治的93例髋关节置换患者,依患者手术入路情况分为外侧手术入路组(45例,60髋)及后外侧手术入路组(48例,60髋)。
  结果与结论:所有患者均得到较好的随访,平均随访2年,2组患者在手术时间、术后并发症、置换后中期髋关节功能恢复方面差异均无显著性意义(P>0.05),但是后外侧入路组在置换过程中出血量、切口长度、输血率、术后血红蛋白水平、置换后早期髋关节功能恢复均优于外侧入路组(P<0.05),但置换后2年时,2组患者疗效的差异无显著性意义(P>0.05)。且后外侧入路组和外侧入路组患者置换后感染、脱位、假体松动、骨水泥反应、术中致股骨近端骨折、静脉血栓栓塞等不良反应的发生率的差异无显著性意义(P>0.05)。提示采用后外侧入路行全髋关节置换有利于患者置换后早期恢复,但远期效果与外侧入路接近。...
摘要:目的:比较原位微波消融与假体置换两种手术方法治疗四肢骨肿瘤的临床效果.方法:2008年1月至2012年2月,分别采用原位微波消融或肿瘤假体置换手术治疗四肢肿瘤40例,手术后1年,从肿瘤学、手术并发症、肢体功能三个方面进行对比.结果:平均随访26.5个月,微波消融组4例(4/30),假体置换组2例(2/10)死亡;肺转移2例,全部为假体置换组;复发5例,全部为微波消融组.微波消融组手术并发症发生率为15例,肿瘤假体置换组为2例.Enneking功能评分微波消融组12 ~ 28分,平均23分;假体置换组分17~29分,平均26分.结论:术后1年结果比较,两种治疗方法的总体生存率达到85%,均是可接受的保肢手术方法;微波消融组手术并发症高于假体置换组;假体置换组肢体功能优于微波消融组....
[博士论文] 姚子龙
外科学(骨外) 南方医科大学 2018(学位年度)
摘要:骨性关节炎(osteoarthritis,OA)是目前全球范围中老年人最常见的骨关节退行性疾病,也是引发关节疼痛、关节功能丧失甚至导致残疾的最常见骨关节疾病。流行病学调查表明,40岁以上人群原发性OA的总患病率为46.3%,且呈现随年龄增长而增高的趋势。目前临床上治疗OA的保守方法和效果有限,最终还是需要进行关节置换手术。然而手术带来的并发症对患者来说都是灾难性的后果。OA的治疗及疾病发展所致的残疾都给家庭和社会带来极大的经济负担。因此,探索关节软骨退行性变的有效防治措施、阻断OA发生进程是临床亟需解决的热点问题。
  高强度运动,比如马拉松、过度负重等竞技项目,是否会对关节软骨产生不可逆的破坏,至今尚无定论。虽然流行病学统计调查发现长跑运动员中OA的患病率与正常人的群体并无统计学差别,但是,许多动物实验和临床研究发现长跑运动员的膝关节会出现MRI(magnetic resonance imaging)可检测的,且与持续性膝关节疼痛有关的病变。另外,大量的动物实验也证明,不仅是高强度的跑步运动,其他一些被动的重复执行的运动,也可以导致膝关节软骨下骨骨质代谢改变、关节软骨的破坏,诱导OA的发生。
  因此,为了探讨过度运动是否会对膝关节软骨产生损伤,并深入研究其相关的软骨下骨和关节软骨的反应机制,我们进行了本次研究。我们将研究分成三部分,第一部分:明确高强度运动是否会导致膝关节软骨下骨重塑改变和软骨退变;第二部分:探索在高强度运动的条件下,骨祖细胞定向募集异常导致软骨下骨重塑增加的机制;第三部分:研究骨-软骨复合体之间的物质运输异常导致关节软骨退变的机制。
  第一部分 高强度运动导致膝关节软骨下骨重塑改变和软骨退变
  背景:在类似于马拉松的竞技运动中,长期高强度跑步运动是否会导致膝关节损伤目前仍存在有争议。
  目的:为了明确高强度跑步运动对于膝关节软骨下骨和关节软骨的影响。
  方法和结果:将C57BL/6小鼠分成3个组,为对照组、中等强度组和高强度组,分别进行不同强度的跑步运动,4周后进行膝关节MRI检查,在T2加权脂肪抑制序列上观察软骨下骨内信号,结果发现随着运动强度的增加,胫骨和股骨髁髓腔内的信号都逐渐上升,统计量化指标显示,高强度组的相对信号值明显高于对照组(P=0.017和P=0.024)。在第5周处死小鼠,对小鼠的膝关节进行Micro-CT扫描,分析计算软骨下骨的形态学参数,发现显示小鼠胫骨软骨下骨骨小梁厚度(trabecular thickness,Tb.Th)(P=0.031和P=0.0034)和骨小梁数量(trabecular number,Tb.N)明显高于对照组和中等强度组(P值均<0.001);骨小梁间隙(trabecular space,Tb.Sp)明显低于对照组和中等强度组(P均<0.001)。对小鼠膝关节标本进行番红-固绿染色、HE染色,结果提示:高强度运动组的膝关节软骨面不平整,黏多糖染色出现局部丢失,高强度组钙化软骨层内的肥大软骨细胞数量明显高于对照组(P=0.025),同时钙化软骨层体积(P<0.001)和厚度(P=0.005)均高于对照组。不仅在钙化软骨层参数出现变化,高强度组的软骨下骨板厚度较对照组(P<0.001)和中等强度组(P=0.009)均明显升高。
  结论:高强度运动可导致膝关节软骨下骨内骨髓损伤,并且软骨下骨骨小梁出现重塑异常和软骨表征的改变。需要进一步研究高强度运动导致这些改变的具体机制。
  第二部分 骨祖细胞募集异常导致软骨下骨重塑失衡的机制研究
  背景:我们在第一部分的研究中发现了高强度运动可导致软骨下骨骨小梁骨重塑异常,而目前关于此现象的具体机制尚无定论;相关研究认为骨祖细胞的募集对于骨形成具有重要作用,据此我们提出假说,高强度运动所致的骨重塑增加与骨髓腔内骨祖细胞的异常募集有关。
  目的:进一步研究软骨下骨髓腔内骨祖细胞的异常募集在软骨下骨骨质重塑失衡的作用机制。
  方法和结果:三维重建膝关节的CT数据,高强度运动组的骨体积/组织体积(BV/TV)较对照组(P=0.0048)和中等强度(P=0.015)组明显增高(A,B)。用第一部分所获得的标本进行免疫组织化学和Goldner三色染色,结果显示强度组软骨下骨内膜表面的OCN表达明显上升(P<0.001),胫骨软骨下骨成骨活性明显高于其余两组,但出现大片的类骨质和未矿化骨,同时破骨细胞抗酒石酸酸性磷酸酶(tartrate resistant acid phosphatase,TRAP)染色结果提示软骨下骨内破骨细胞活性组间无统计学差异(P=0.21)。为了明确骨祖细胞在髓腔内的分布,在跑步5周后对膝关节软骨下骨髓腔内的细胞进行流式细胞检测,发现过度运动后小鼠软骨下骨表面的骨祖细胞(endosteal mesenchymal progenitor,EMP)占总细胞的百分比数较对照组明显增加(P=0.034),细胞集落培养(CFU)的结果也表明高强度运动组的骨祖细胞集落数相对值较对照组(P=0.028)和中等强度组(P=0.037)增多,但髓腔内间充质干细胞(bone marrow mesenchymalstem cells,BMSCs)的集落数较中等强度组(P=0.0048)和对照组明显减少(P=0.044)。为了体外模拟高强度应力对细胞的作用,提取膝关节软骨下骨髓腔内的骨祖细胞培养,用细胞牵拉器予贴壁细胞不同强度的应力刺激,分别是0%应变0 Hz频率(对照)、5%应变0.5 Hz频率(5%,0.5 Hz),20%应变1 Hz频率(20%,1 Hz),通过划痕实验我们发现骨祖细胞的迁移能力随应力刺激强度的增加而下降。为了明确骨祖细胞的迁移和募集异常是否与初级纤毛的形成和功能障碍有关,我们运用流式细胞技术发现高强度应力作用明显抑制了组装初级纤毛的重要成分——α-Tubulin在骨祖细胞中的表达。并且,α-Tubulin合成的驱动因子KIF3A在软骨下骨内的基因表达也出现下调(P=0.0029)。进一步利用免疫印迹(westem blot)检测发现与KIF3A合成相关的激动因子PKA-C在高强度应力刺激后表达下调。利用免疫定量检测试剂盒和实时定量聚合连反应(real-time polymerase chain reaction,RT-PCR)实验发现,高强度运动明显抑制软骨下骨内cAMP和AC6的表达(P均<0.05)。
  结论:高强度运动刺激软骨下骨内的AC6表达受抑制,从而抑制cAMP/PKA/KIF3A信号通路,导致α-Tubulin合成下降,骨祖细胞初级纤毛组装和功能受损,出现过度募集于软骨下骨,促使软骨下骨质重塑。
  第三部分 高强度运动通过抑制软骨下骨PDGF-AA生成导致关节软骨退变机制研究
  背景:在第一部分的研究中证实了高强度运动可导致关节软骨退变,同时很多研究认为骨-软骨复合体之间的物质传输在关节软骨退变中具有重要作用。血小板源性生长因子(platelet derived growth factor, PDGF)-AA是促进细胞存活,调控细胞分化的重要因子,而PDGF/Akt在骨-软骨复合体中的作用目前尚无相关报道。
  目的:明确在高强度运动作用下软骨下骨代谢变化如何导致关节软骨终末分化以及软骨退变。
  方法和结果:为了明确高强度运动后关节软骨的表型特征,利用免疫组化检测COL10和MMP13在关节软骨内的表达水平,结果显示高强度运动组的钙化软骨层内COL10和MMP13阳性细胞数均高于对照组(P均<0.001)和中等强度组(P=0.0052和<0.001),同时TUNEL试剂盒检测发现高强度组的凋亡细胞数量较对照组(P=0.002)和中等强度组(P=0.007)明显增多。提取小鼠膝关节软骨下骨的mRNA进行RT-PCR,发现高强度运动可明显抑制软骨下骨内Pdgfa的表达(P均<0.01),该结果在免疫组化实验中也得到验证。为了进一步明确是否高强度应力刺激抑制了软骨下骨内的成骨细胞合成PDGF-AA,从而导致了上层软骨的病变,体外培养MC3T3前成骨细胞并进行不同强度的应力刺激,以模拟软骨下骨的应力环境。随着应力刺激强度的增加,PDGF-AA的基因和蛋白表达水平下降(P均<0.05);同时收集刺激后的条件培养基共培养软骨细胞(mechanical treatment,MT),培养3天后细胞Mmp13、Col10a1的表达上调(P均<0.05),而条件培养基中加入10 ng/mL PDGF-AA(MT+PDGF)后共培养可逆转此现象(P均<0.05)。共培养后细胞凋亡染色显示类似结果:MT+PDGF可明显抑制MT共培养导致的软骨细胞死亡(P均<0.05),说明PDGF-AA合成减少导致了软骨细胞的终末分化和凋亡。继续深入研究发现,高强度运动不仅抑制软骨下骨PDGF-AA的表达,关节软骨内p-Akt的活性也受到抑制(P=0.018),体外实验同样证实,软骨细胞经MT条件培养基共培养后,Akt的磷酸化水平下降,而加入PDGF-AA后得到磷酸化水平恢复。
  结论:在高强度运动状态下,从软骨下骨内向关节软骨定向运输的PDGF-AA和关节软骨内PDGF/Akt信号通路的活性受到抑制,而这些对于关节软骨表型的保持,延缓软骨细胞终末分化和凋亡具有重要的作用。
[硕士论文] 姚子龙
骨外科 南方医科大学 2015(学位年度)
摘要:背景:膝关节是人体最大的负重关节,附近的骺板处组织增生活跃,是各种骨肿瘤的好发部位。据统计发生在膝关节附近的骨肿瘤占全部骨肿瘤及肿瘤样病变的约30%,股骨远端占15.7%。针对股骨远端肿瘤,表现为骨质破坏或骨质改变,病变的大小,首先影响骨骼的生物力学强度,存在病理性骨折风险。如何从生物力学角度,在手术前准确量化病理骨折风险大小,准确把握手术时机和指征,都是目前国内外困扰临床医生及研究的重要问题。
  对于范围较大的侵袭性肿瘤和恶性肿瘤,手术方式可进行广泛切除并重建。重建方式包括自体或异体骨移植、肿瘤假体置换、瘤段骨灭活再植等。自体骨移植被认为是骨修复治疗的金标准,但是骨质来源有限,并且供区可出现感染、局部疼痛等并发症。异体骨移植也具有临床优势,但骨质吸收、感染风险等限制其临床广泛运用。另外,人工假体置换的近期效果好,可早期负重,关节活动度大,受到一些学者的推崇。但其远期问题较多,而且价格昂贵。瘤段骨灭活再植方法简单,不存在排斥反应,但灭活过程可能破坏关节软骨并且术后出现骨不连,也不适用于骨质破坏严重的病例。采用原位微波消融治疗四肢骨肿瘤,可最大程度地保全骨骼支架作用,可避免再植后的骨不连。然而,该技术依然面临着骨折发生率及复发率较高的问题。膝关节周围肿瘤手术重建的具体适应条件、不同的重建方式的早期及远期力学效果尚不明确。因此,从生物力学的角度,如何客观、量化评价不同重建方式优劣,如何在手术后客观、量化评价膝关节运动功能恢复情况,一直是临床医生必须面对和思考的问题。
  自2009年以来,作者单位在股骨远端侵袭性及恶性肿瘤的手术治疗方面,采用了原位微波消融加内固定与人工膝关节假体置换2种方式,并且积累了一定数量的病例,从生物力学角度,总结、客观评价2种方式的优劣,可以为临床工作提供指导,为同行提供借鉴。
  目的:本次研究采用新的计算机仿真软件(计算机辅助人机工程学和生物力学分析软件:AnyBody)和先进的在体运动学评估系统(Opti_Knee膝关节运动学评估系统),从生物力学的角度试图解决以下问题:
  1.利用有限元的方法,模拟人体最佳边界条件,探寻人体行走过程中股骨的生物力学情况,为后面的缺损模型的建立及分析提供基础。
  2.根据前面的研究结果,从生物力学角度,探讨股骨远端肿瘤病变大小与病理骨折风险的关系。
  3.研究局部微波高温加热对股骨生物力学的影响。
  4.依靠新的检测方法,建立国人膝关节运动学量化数据,为膝关节周围肿瘤术后患者的康复评估提供客观参照标准。
  5.评价两种股骨远端肿瘤重建方法(主要为假体置换及原位微波灭活)的手术后膝关节功能,为临床工作提供指导。
  方法:1.根据志愿者的全股骨CT数据进行三维重建,重建及网格化操作均使用Simpleware医学图像处理软件。利用计算机仿真软件AnyBody模拟正常人平地行走时的动作,导出股骨在整个运动过程中受到的肌肉力。利用Geomagic studio和Hypermesh软件完成目标模型与AnyBody模型的坐标匹配,将肌肉力加载在股骨上,在有限元分析软件Abaqus实现有限元分析,分析步态过程中股骨受到的von Mises应力、应变的大小及其集中部位。
  2.将AnyBody与Abaqus成功形成对接后,开始关注股骨远端缺损范围对骨折风险的影响。利用志愿者的股骨CT数据进行三维重建,在股骨远端人为模拟数个不同范围的骨缺损:松质骨缺损、皮质骨缺损50%缺损、皮质骨70%缺损、皮质骨85%缺损。再按照方法1中的步骤分别载入股骨在步态过程中的肌肉力,进行有限元分析,评估von Mises应力及应变的大小及集中部位,预测出现骨折风险的条件。
  3.将一根正常成人股骨标本切割成规格为0.5×0.5×1cm3的试样,共40块,随机平均分成微波组和对照组。微波组试样在功率100W、消融时间30分钟、温度80℃条件下进行微波消融处理。用生物力学试验机对两组试样进行静态生物力学测试,计算两组试样的弹性模量、屈服强度。同时将另一根股骨标本予相同的参数进行微波消融。微波处理前后各进行一次Micro-CT扫描,计算两次股骨的矿物质浓度(BMD,bone mineral density),进行前后对比,同时观察微波辐射范围。
  4.选取28例(56侧膝)健康成年中国人进行平板步态中的膝关节运动学分析。分析采用一种基于红外光追踪的技术,根据大腿及小腿上的刚体部件的数据捕捉来进行膝关节运动学分析。采集下肢解剖体表标志相对于刚体部件的位置来建立股骨和胫骨的坐标系,据此可计算出志愿者在平板上行走时膝关节6个自由度上的运动学数据。计算6个自由度(DOF,degree of freedom)上的活动范围(ROM,range of freedom),和5个运动学参数,并且进行男女之间及左右膝关节间的比较。统计学分析方法采用双独立样本的T检验。
  5.选取在2009年3月到2014年10月的所有接受过股骨远端肿瘤微波灭活或肿瘤假体置换的患者,共11例,其中微波组有6例,假体置换组有5例。微波组的平均术后时间为28个月,假体组的为31.5个月。数据采集按照方法4中所描述的步骤来进行。患者所采用自己选择一个最适宜的速度,只进行患侧的测量。统计两组患者的6个自由度上的ROM值,并进行组间比较,统计学分析采用双独立样本的T检验。数据与正常人进行比较,评估术后康复水平。
  结果:1.根据有限元分析的结果,股骨在整个平走过程中,在站立相受到的vonMises应力最大。其中在站立初期,应力集中在小转子外侧及上方的股骨颈,大小为22.6MPa;在站立相中期,即承重期,应力最大,达到27.7 MPa,应力集中在小转子稍下方偏内侧。股骨在对侧承重期的应力最小,为0.62 MPa,摆动期应力集中在股骨中下段的内侧,最大约3.52 MPa。位移的改变、分布与应力的相似,位移最大改变在股骨头,在站立相中期,数值为0.39mm;在摆动期,应变最大在股骨中段,应变大小约0.12 mm;对侧承重期应变最小,最大应变在股骨头,约0.03 mm。这些结果与既往的报道有相似之处。
  2.四个模型的von Mises应力变化趋势基本一致,均是在站立相中期达到应力最大值。85%皮质缺损模型的局部力最大,达到172MPa,接近屈服强度,并且高于其他3个模型的应力。其余3个模型的应力大小及变化趋势基本一致。从部位上来说,应力的集中点出现在股骨内髁上方以及髁间窝后上方。各组之间没有进行统计学比较。
  3.对照组和微波组的屈服应力分别为105.8±15.7MPa、101.2±20.7MPa,无统计学差异;对照组和微波组的弹性模量分别为4.5±1.1GPa、4.3±1.4GPa,无统计学差异。Micro-CT扫描结果提示微波加热后在微波中心附近可见BMD的下降。范围约4cm。但并未做统计学分析。
  4.在屈伸角度的曲线上,可以观察到2个明显曲线波峰。分别出现在站立相初期和摆动相中期。膝关节的内外翻、内外旋、内外侧位移、上下位移都体现出了这一运动学特征。然而前后位移的运动学轨迹并未出现此特征。它的两个波峰分别出现在脚跟着地时以及摆动相后期。这些数据都与前面的研究报导有相似之处。
  在性别及左右脚之间分别对比发现无论是6个自由度上的活动范围数值还是5个常见的运动学参数,在左右脚之间都没有统计学上的差异。但是男女之间的运动学数据是存在统计学差异的。男性在整个行走过程中股骨相对与胫骨的ROM明显大于女性(P=0.006)。同时,在站立相,女性的股骨相对于胫骨的内旋角度明显大于男性(P=0.011)。
  5.微波组和假体置换组的6个自由度上的ROM均无统计学差异。同时,除了屈伸角度、内外旋角度与正常人值接近,其余自由度上的运动范围均较小。
  结论:1.在人体行走过程中,在站立相中期股骨受到的局部应力最大,集中在小转子下方至股骨中段;
  2.股骨远端达到85%的皮质缺损时,骨折风险会明显增大,尤其在站立相中期股骨内髁骨折风险较大。
  3.微波灭活后股骨皮质骨存在生物力学性能下降的可能,需要进一步研究。
  4.文章介绍的在体膝关节运动评估系统可有效、准确地获地获得膝关节运动学数据。
  5.在平地步态上膝关节运动学特点存在性别之间的差异,左右脚之间无差异。
  6.从中早期的生物力学评估来看,微波消融术能达到假体置换术相同的功能效果,但与正常功能仍有较大差距。
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