核磁共振骨皮质成像关键技术研究进展

骨质量尤其是骨皮质质量的评价方法对骨病的诊断和治疗有重要意义. 随着社会快速老龄化, 如何非侵入地获得准确实用的骨质量评价指标已成为医学物理领域亟待解决的热点问题. 目前有多种骨质量评价方法, 其中双能X射线吸收法获得的骨矿密度值是评价骨质量的现行金标准, 但这个参数有明显缺陷, 如不能反映骨皮质中的有机基质、微结构、孔隙度及灌注等情况, 所以不能准确诊断骨质疏松和预测骨折等疾病. 由于骨的磁共振信号衰减极快,所以常规磁共振成像技术不能探测到骨的信号. 近年来随着理论、方法和设备的不断进步, 超短回波磁共振骨成像成为可能. 本文简要介绍超短回波磁共振骨成像的基础物理理论, 结合作者所在实验室的研究工作对各类定性及定量超短回波磁共振骨皮质成像新方法进行综述, 总结各类方法的特点、适用范围及不足, 指出进一步研究的方向、重点及步骤, 对超短回波磁共振成像在骨质量评估方面的理论研究及工程应用具有指导意义. 关键词： 超短回波 核磁共振成像 骨矿物密度 骨皮质     

方槽型纵骨船舶抗冰结构冰撞动响应实验研究

针对船舶冰区航行受冰体撞击结构损伤问题,以一种涉冰带船肩处船体板架结构为原型,提出了一种方槽型纵骨船舶抗冰结构型式。利用落锤冲击实验测试系统,对抗冰和原型加筋板架在相同冰体撞击工况下的结构动响应进行了实验研究,采用MSC.Dytran程序对板架受冰体撞击过程开展数值模拟,并与实验结果进行对比。结果表明,相同冰体撞击工况下,抗冰板架结构产生的撞击力比原型板架略大,冰体造成的抗冰板架结构最大凹陷深度小于原型板架。从船体外板结构损伤程度及对船体内部构件、设备防护作用的角度考虑,抗冰结构较原型具有一定的抗冰效果。研究成果可为冰区航行船或破冰船的抗冰结构设计提供参考。     

生物活性玻璃的制备与应用研究进展

生物玻璃可通过刺激成骨细胞的增殖以及诱导骨组织再生,更好地修复人体的受损骨组织;生物玻璃还可对药物进行吸附,用于药物载体.本文综述了近年来用于人体组织修复生物活性玻璃的制备及性能等方面研究进展,并对其发展进行了展望.     

有机-无机杂化骨修复材料

寻找理想的骨修复材料一直是骨科领域的研究热点之一。骨修复材料已由最初单纯取代天然骨组织的惰性材料向具有诱导骨组织再生功能的生物活性材料发展,其中有机-无机杂化材料由于有机和无机组分在分子/纳米水平的复合使其能够最大程度地实现二者的优势互补和协同优化,近年来受到广泛关注。本文着重介绍了有机-无机杂化骨修复材料近些年来的研究进展,并对其发展趋势进行了展望。     

骨的力–电效应研究方法与进展

骨组织在受到应力作用(正常的生理活动)变形后在骨内产生电位的现象称为骨的力–电效应,它主要包括压电效应和动电效应.研究骨在动态过程中产生的电位幅值和分布特点,不仅是了解电刺激骨生长机理的必要步骤,也是实现骨治疗和重建的生理基础.它一方面是用数学方法来描述外力作用下其电位大小与应力、应变、应变率及加载速率的关系,另一方面是考察生理环境(pH值、离子浓度、温度、湿度等)对电位的影响.首先对力–电理论进行了简单的介绍,重点总结了其研究方法,包括理论模型和分离式霍普金生杆冲击、弯曲变形及缓冲液中的动态测试等实验方法.此外,对骨替代材料和牙本质领域的力–电效应研究也进行了一定的综述.     

长骨中振动声激发超声导波的方法

为了实现一定频段内任意低频下在长骨中激励导波信号,本文提出一种采用聚焦高频(5 MHz)超声换能器在长骨皮质骨中激发低频(150 kHz)超声导波的振动声方法.首先介绍了板状超声导波理论和双声束共聚焦法与单声束调幅法激发振动声的基本原理;进而采用三维有限元仿真方法分析振动声激发低频超声导波的基本现象,然后结合牛胫骨板离体实验,验证振动声激发低频超声导波的可行性.结果均表明,双声束共焦与单声束振动超声均可在骨板中激发低频超声导波.相关研究方法有助于提高空间域长骨中超声导波测量精度,以及在一定频段内实现任意频率激励等,对发展低频超声导波在体测量长骨皮质骨的新技术具有一定的指导意义.     

钙磷物质的量比对磷酸钙骨水泥性能的影响

本研究通过在磷酸钙骨水泥(calcium phosphate cement,CPC)固相配方中添加不同量的氯化钙(CaCl2),制备不同钙磷物质的量比的CPC,研究不同钙磷物质的量比对CPC性能的影响。测试CPC的初、终凝时间。将CPC体外模拟浸泡3d和7d,研究模拟生理条件下CPC的性能,分别利用X-射线衍射(XRD)、力学性能实验机、扫描电镜(SEM)等研究CPC相成分、抗压强度和断面微观形貌。通过化学滴定测定浸泡液中氯离子浓度。结果表明:提高钙磷物质的量比不会显著延长CPC凝结时间;模拟浸泡液中的氯离子浓度处于正常生理条件的范围内;随钙磷物质的量比的增加,水化后CPC的抗压强度显著提高,而经过体外模拟浸泡后,钙磷物质的量比为1.67和1.80的CPC的抗压强度明显下降;具有较高钙磷物质的量比的CPC体外模拟浸泡后,形成多孔结构、弱结晶类骨磷灰石的终产物。     

与胶原特异性结合的BMP2模拟肽/PLGA 3D打印复合支架的制备及成骨诱导活性

将胶原绑定结构域(CBD)多肽序列与骨形态发生蛋白2模拟肽(BMP2-MP)序列连接制备具有胶原绑定能力的CBD-BMP2-MP, 再将CBD-BMP2-MP与聚丙交酯-乙交酯/胶原(PLGA/COL)3D打印支架相结合, 以支架表面的胶原成分为媒介, 将CBD-BMP2-MP更有效地固定于骨修复材料上, 达到对其进行改性的目的. 利用扫描电子显微镜(SEM)、 电子万能试验机和接触角测量仪对复合支架表面形貌、 力学强度和亲水性等材料学性能进行评价. 用荧光成像法评测 CBD-BMP2-MP及BMP2-MP与支架材料的结合能力. 在各组支架材料表面接种MC3T3-E1细胞进行体外培养, 采用CCK-8、 鬼笔环肽荧光染色、 茜素红染色及qPCR综合评价细胞在材料表面的黏附、 增殖和成骨分化等细胞行为, 研究CBD-BMP2-MP修饰的3D多孔PLGA/COL复合支架的生物学性能. 研究结果表明, 利用3D打印技术制备的多孔支架具有形貌可控的孔隙结构, 为细胞生长创造更有利的细胞微环境, 支架表面胶原成分的加入提高了支架材料的亲水性, 同时对支架材料本身的力学性能无任何影响, 提高了复合支架本身的生物相容性. 与普通BMP2-MP相比, CBD-BMP2-MP具有更好的胶原绑定能力, 与复合支架的结合更稳定, 提高了PLGA/COL复合支架对BMP2-MP的负载能力. 支架表面负载CBD-BMP2-MP后具有极强的促细胞成骨分化能力. MC3T3-E1细胞表现出更高的钙沉积能力, 并且成骨分化相关基因Runx2, ALP, COL-I及OPN等水平也有了明显提升. 表明CBD-BMP2-MP多孔复合支架具有良好的生物相容性和成骨诱导活性, 在骨组织修复领域具有良好的应用前景.     

关节软骨光透明的拉曼光谱研究

为探讨原位条件下关节软骨及下骨组织成分含量变化等深层次微观信息,采用拉曼光谱技术结合组织光透明技术来研究软骨组织的光透明效果。选用甘油、碘海醇作为光透明剂,对在不同光透明剂浓度和浸渍时间下的犬膝关节股骨端软骨样本进行拉曼光谱采集。通过计算磷酸基团(920~960 cm-1 ) 和酰胺Ⅰ带(1 595~1 700 cm-1)的积分强度,获得拉曼强度比(磷酸基团/酰胺Ⅰ),探索在不同浸渍时间(10~60 min)、不同浓度下(甘油40%,60%,80%和100%,碘海醇50,150,250和350 mg·mL-1)组织光透明的规律,即寻找合适的透明浓度和透明时间。结果显示：相比于无透明剂情形,两种透明剂均使该强度比信号增强。在同一时间范围内,甘油和碘海醇分别在60%和150 mg·mL-1 浓度下能获得较好的透明效果;而在不同浓度下,甘油的透明效果均在20 min最强,而碘海醇的透明效果一般是在50 min后开始增强。在光透明剂的作用下激发光透过软骨可以直接探测到软骨下骨的拉曼光谱信息,这为研究骨关节炎深层次病因提供了方法和思路。     

以大蓟髓芯为模板制备复合孔生物活性玻璃及其体外成骨性能

以天然植物大蓟髓芯为大孔模板, 以嵌段共聚物为介孔软模板, 制备了孔径为60~100 μm、孔壁为介孔相的高度有序多级复合孔生物活性玻璃. 用扫描电子显微镜(SEM)、粉末X射线衍射仪(XRD)、高分辨率透射电镜(HRTEM)及N2吸附-脱附等测试手段对合成的样品进行了表征. 结果表明, 合成的材料精确地复制了植物模板的形貌, 同时具有较高的比表面积和较大的孔容. 通过体外模拟生理体液测试表明, 这种复合孔生物活性玻璃可诱导羟基磷灰石晶体在其表面形成, 具有良好的体外成骨性能, 因而在骨组织修复方面具有潜在应用前景.