研究
我们的研究目标是探究和解决探究和解决骨骼肌肉系统的临床问题，以减轻病人痛苦、降低医生风险和减少医保支出。 当前，我们围绕椎间盘内层修复补片的开发、人工髋关节涂层失效取出物分析、原生ACL-骨界面的宏微观结构分析、前交叉韧带-骨界面应力分布及力学传导规律探究、踝关节三角韧带损伤生物力学研究、股骨头坏死早期微创保髋手术导航系统等课题进行探索和研究。
椎间盘内层修复补片的开发
- 好发于30-50岁人群的颈、腰椎间盘的后外侧，大多需要手术治疗。
- 髓核摘除术取出椎间盘突出物，改善了神经压迫的问题，但是术中纤维环上造成一个明显的缺损，为再突出留下了隐患。
- 髓核摘除术后椎间盘再突出发生率为2-18%，大环缺损的再突出率甚至可达25%，患者不满意度高达10-48%。
内层补片的材料和形状
根据临床上椎间盘突出的特点制造破口。探究不同强度及形状的补片在纤维环内侧修复后椎间盘的生物力学性能。
补片及手术工具的设计
为了实现破口的修复，开发了内层补片和双层补片以修复纤维环。由于纤维环破损周围空间狭小，还需要设计特殊的工具实现补片的植入和固定。
人工髋关节涂层失效取出物分析
人工髋关节置换术是目前常见的骨科手术，为了增强植入后效果，目前的医疗器械制造商常常采用多孔涂层设计，通过金属基材表面覆盖多孔钛或羟基磷灰石（HA）等方式主动诱导骨长入，提升植入物稳定性，延长使用年限。随着医疗器械国产化程度加深，越来越多患者用上了国产髋关节产品。
正是涂层有着重要的骨整合作用，一旦涂层失效脱落，就有可能导致植入失败。当前，由植入后骨溶解、无菌松动等因素引起的术后翻修占全体翻修案例的很大部分，而国产产品的翻修率相比进口产品又更高，这其中与涂层失效相关的机理尚不明确，因而亟须深入探究涂层脱落，脱落后柄松动等一系列现象的内在关联。
本课题聚焦人工髋关节翻修取出物分析，从失败案例追根溯源，建立五位一体的多学科分析框架，从患者因素、手术水平、取出物形貌、涂层性能与假体设计等角度出发，结合生物力学、放射学、材料学等多学科分析方法，寻找涂层失效原因，同时建立植入后翻修取出物数据库，对所得的珍贵样本批量化整理归档，并形成取出-保存-分析的全流程SOP，最终通过本课题为国产厂商、检测机构、医院等相关单位提供参考和改进意见
原生ACL-骨界面的宏微观结构分析
为改善前交叉韧带（ACL）重建术中移植韧带-骨界面生物力学，避免术后并发症的发生，首先需要探究清楚原生ACL-骨界面的宏微观结构，这对于改进 ACL重建术的手术技术，提高其手术效果，具有重要的参考意义。本研究（1）将利用体外测量、X射线显微镜等对ACL-骨界面的宏、微观结构及其三维分布进行定量化探究。主要包括：a.宏观形态特点及相关定量化参数；b.界面微观结构的三维分布特征（包括对应定量化参数）及直接界面与间接界面在微观结构水平的差异，从而明确原生 ACL-骨界面的宏微观结构。
前交叉韧带-骨界面应力分布及力学传导规律探究
前交叉韧带ACL是稳定膝关节的重要结构，主要限制胫骨过度前移与旋转，损伤后会造成膝关节不稳定，从而导致半月板撕裂和软骨损伤，使受伤的膝关节更容易发展成骨性关节炎。韧带断裂后，首要目标应该是重建恢复其功能，但是ACL的解剖止点的位置、重建时如何定位仍存在一些争议，因此对ACL止点的功能区分及应力分布特点进行探究。主要研究内容包括：韧带-骨界面拉伸夹具的设计，定量分析前交叉韧带-骨界面不同区域的拉伸属性以及相应的力学参数；利用有限元分析探究前交叉韧带-骨界面的应力分布特点，基于宏观受力情况探究不同微观形态学参数对力传导规律的影响。
踝关节三角韧带损伤生物力学研究
足踝内外侧三角韧带对于维持踝关节稳定性起到重要的作用，踝关节扭伤是常见的运动损伤,并且往往伴随三角韧带的损伤，比如韧带撕裂或者完全断裂。目前临床上主要通过铆钉修复及韧带重建的方式来治疗三角韧带损伤，然而骨隧道的操作空间、位置及方向要求临床医生对不同韧带重建的必要性与否进行选择，同时三角韧带重建术后往往产生一系列并发症比如重建韧带断裂、骨关节炎、骨隧道扩张。综上，结合生物力学的手段评估不同韧带对维持踝关节稳定的功能性对于临床筛选不同韧带重建的必要性是重要的，同时对现有三角韧带重建技术的研究与改进，均对提高三角韧带断裂的治疗效果有重要的意义。
三角韧带在维持踝关节稳定性中的功能评估
前交叉韧带ACL是稳定膝关节的重要结构，主要限制胫骨过度前移与旋转，损伤后会造成膝关节不稳定，从而导致半月板撕裂和软骨损伤，使受伤的膝关节更容易发展成骨性关节炎。韧带断裂后，首要目标应该是重建恢复其功能，但是ACL的解剖止点的位置、重建时如何定位仍存在一些争议，因此对ACL止点的功能区分及应力分布特点进行探究。主要研究内容包括：韧带-骨界面拉伸夹具的设计，定量分析前交叉韧带-骨界面不同区域的拉伸属性以及相应的力学参数；利用有限元分析探究前交叉韧带-骨界面的应力分布特点，基于宏观受力情况探究不同微观形态学参数对力传导规律的影响。
不同刚度及形状的移植韧带对术后骨隧道扩大及韧带自身磨损的影响
尖锐的骨隧道切口对移植韧带插入部分进行长期的机械性磨损加载，累积性的高应力会造成移植韧带的磨损甚至断裂，同时骨隧道口非接触侧易发生应力缺失导致的骨吸收及骨隧道扩大。本研究通过有限元分析，拟探究不同移植韧带刚度及形状对移植韧带-骨隧道口相互作用的影响，进而对临床三角韧带重建术中移植韧带刚度及形状的选择提供筛选方向。
股骨头坏死早期微创保髋手术导航系统
为了使股骨头坏死早期微创保髋手术更智能、精准、便捷，本项目研发了一套基于CT数据和深度学习技术的三维手术规划系统，能够便捷地规划模拟骨坏死区清除，采用2D-3D图像配准技术，结合创新设计的导向定位器，桥接术前规划与术中操作，为手术提供精准导航。本方案避免了较复杂的骨科手术机器人系统，而是针对性地设计了定位器械，兼顾智能化、精准化与便捷化。
