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Dennis J. Maiman, Narayan Yoganandan和Frank A. Pintar

对象。作者验证了头颈复合体的初始对齐影响颈椎损伤机制、创伤等级、基于稳定性的损伤分类和骨折类型的假设。

开云体育世界杯赔率方法。用聚甲基丙烯酸甲酯固定胸端,制备了30具完整的人尸头颈复合物。头盖骨不受约束。最初的脊柱对齐描述为偏心,定义为枕髁相对于T-1椎体的前后位置。这些试样经受了由电液试验装置提供的冲击载荷。损伤后的结果通过x线摄影和计算机断层扫描确定。损伤机制根据骨折类型分为压缩-拉伸、压缩-屈曲、过度屈曲和垂直压缩。根据简略损伤量表评定系统对创伤进行分级。根据临床评估,伤情分为稳定型和不稳定型。损伤也分为骨折组和非骨折组。采用方差分析检验确定偏心率对脊柱损伤结局的影响。 Eccentricity significantly influenced the mechanism of injury (p < 0.0001), trauma rating (p < 0.005), and fracture (p < 0.0001) classification. Statistically significant differences, however, were not apparent when the classification of injury was based on stability considerations.

结论。脊柱对齐是撞击性颈椎损伤生物力学的重要决定因素。

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Sourabh Mukherjee, Chad Beck, Narayan Yoganandan和Raj D. Rao

对象

确定胸腰椎骨折的机动车乘员神经损伤的发生率,并评估与神经损伤相关的危险因素。

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在这项研究中,作者从碰撞损伤研究和工程网络(CIREN)中查询了医疗、车辆和碰撞数据元素,这是一个从一级创伤中心汇编的前瞻性多中心数据库。受试者有T1-L5节段骨折,AIS评分≥3分,或2个身体部位损伤,且每个部位AIS评分≥2分。所有受试者的人口学参数包括年龄、性别、身高、体重和体重指数。获得的临床参数包括损伤椎体的水平和脊髓损伤的水平和类型。车辆碰撞数据包括车辆制造,安全带类型,以及安全带的使用和正确使用。碰撞数据参数包括力的主要方向、碰撞时的速度变化(ΔV)、安全气囊展开和车辆侧翻。作者根据人口统计学、临床和碰撞参数,对胸腰椎骨折相关的持续脊髓神经损伤的发生率和几率进行了单变量分析。

结果

神经功能缺损伴胸腰椎骨折最常见于老年;发病率最高的是0 ~ 10岁年龄组(26.7%[15 / 4])和70 ~ 80岁年龄组(18.4%[38 / 7])。体重过轻者(OR 3.52 [CI 1.055-11.7])和肥胖者(OR 3.27 [CI 1.28-8.31])发生脊髓损伤的几率均高于体重指数正常者。神经损伤的最高风险存在于打开安全气囊且乘员未系安全带的碰撞中(OR 2.35 [CI 0.087-1.62])。与未系安全带和未系安全气囊的乘员相比,正确使用三点式安全带并使用安全气囊的乘员发生神经损伤的风险降低(OR 0.34 [CI 1.3-6.6])。ΔV大于50 km/h的碰撞比ΔV值更低的碰撞有更高的脊髓损伤风险(OR 3.45 [CI 0.136-0.617])。

结论

只有在与三点式安全带一起使用时,安全气囊才能防止神经损伤。肥胖或体重过轻、年幼或年老的车辆乘客,以及时速ΔV大于50公里/小时的撞车事故中的乘客,胸腰椎神经损伤的风险更高。胸椎和腰椎神经损伤与多种因素相关,包括病死率、乘员因素(如年龄和体质)、撞击时的能量和撞击方向。当前的车辆安全技术主要面向规范的车身形态,需要重新评估不同的车身形态和躯干顺应性,以降低胸腰椎骨折导致神经损伤的风险。

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II型齿状突骨折来自正面撞击

损伤的病例报告及生物力学机制

Narayan Yoganandan, Jamie L. Baisden, Dennis J. Maiman和Frank A. Pintar

作者报告了一例在一辆新型机动车碰撞中正面撞击导致II型齿状突骨折的病例。在考虑了患者人口统计数据、约束系统(包括安全带和安全气囊)的类型和使用、碰撞特性和基于实验室的实验研究后,他们讨论了损伤的生物力学机制。导致II型齿状突骨折的因素有:患者身材高大、醉酒状态;没有使用手动三点式安全带;正面撞击的斜度;以及碰撞时头颈复合体最可能的预弯曲位置,这导致顶骨区域与车辆a柱顶轨区域接触,并导致与侧向弯曲相关的动态压缩力的传递。齿状突骨折仍然发生在涉及新型机动车正面碰撞的个体中,由于这种损伤继发于头部撞击,安全气囊在减轻未受约束的乘员的这种创伤方面可能起不到主要作用。使用安全带可能比仅仅依靠安全气囊来保护免受伤害更重要。

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Brian D. Stemper, Narayan Yoganandan, Thomas A. Gennarelli和Frank A. Pintar

对象。尽管关节突关节与鞭打损伤机制有关,但没有研究者确定鞭打中关节运动在多大程度上是非生理性的。本研究的目的是量化在生理和鞭打载荷下小关节和节段运动之间的相关性。

开云体育世界杯赔率方法。人尸体颈椎标本在生理伸展负荷下进行运动测试,完整的人头颈复合体在鞭打负荷下进行运动测试,以将C4-5小关节的局部部件运动与节段性伸展联系起来。在两种加载模式下,关节面关节剪切和牵张运动学与节段扩展呈线性相关。小关节对鞭笞和生理负荷的反应不同,对于相同的节段成角,运动学显著增加。这项研究的局限性包括去除浅表肌肉组织和生理测试的有限样本量。

结论。关节突关节运动增加表明滑膜关节软组织成分(即滑膜和囊膜韧带)持续增加的扭曲,这可能使这些组织更容易受伤。这一发现得到了临床研究的支持,在临床研究中,由于最常见的鞭打症状,下颈椎小关节损伤导致类似的疼痛模式。

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Cheryl A. Muszynski, Narayan Yoganandan, Frank A. Pintar和Thomas A. Gennarelli

对象。由于机动车事故(MVAs)造成的脑损伤是儿童残疾的常见原因。作者分析了儿童脑损伤相对风险与儿童安全座椅(css)的使用之间的相关性。

开云体育世界杯赔率方法。研究人员检查了国家MVAs数据库,为四个年龄类别(婴儿、幼儿、幼儿和青少年)和四个约束类别(未约束、适当约束、不适当约束和其他)的分析提供数据。采用简易损伤量表(AIS)评估头部损伤的严重程度;对无损伤儿童和中度至重度头部损伤儿童进行评估。

数据证实,正确使用CSS大大增加了MVA中不持续头部损伤的可能性。婴儿的数据最为显著(未受约束的婴儿无头部损伤的可能性为15.2%,而适当约束的婴儿为92.8%),但保护作用在所有年龄组中都可见,在青少年类别中观察到的差异最小。对于遭受中度至重度头部损伤的儿童,正确使用CSS可降低损伤发生率,对于婴儿类别而言,再次显著降低(未受约束的婴儿有7%的中度至重度头部损伤风险,而适当约束的婴儿只有0.5%)。

结论。css的改进降低了所有年龄组儿童中度至重度头部损伤的风险。总的来说,CSS对婴幼儿类别是最具保护作用的。约束不当的孩子仍然有实质性的保护,尽管约束得当的孩子有更多的保护。关于适当的约束系统安装和使用的详细的家长教育应该是必需的。

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Marjorie C. Wang, Frank Pintar, Narayan Yoganandan和Dennis J. Maiman

对象

脊柱骨折是机动车碰撞(MVCs)后发病和死亡的重要原因。公共卫生干预措施,如国家公路交通安全管理局的《联邦机动车安全标准》,导致装有安全气囊的汽车增加,并增加了安全带的使用,以减少车祸造成的伤害。本研究的目的是评估与MVCs相关的脊柱骨折发生的长期趋势,并评估使用安全气囊和安全带与脊柱骨折之间的关系。

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使用碰撞结果数据评估系统(一个与威斯康星州所有车祸的警方报告和医院记录相关联的数据库),作者研究了1994年至2002年间脊柱骨折、安全带和安全气囊的使用情况。人口统计信息和碰撞特征是从警方报告中获得的。采用国际疾病分类第九版临床修改(ICD-9-CM)出院代码确定损伤特征。

结果

从1994年到2002年,有29,860人因汽车或卡车撞车而入院。有20276名驾驶员或16岁及以上的前座乘客没有丢失ICD-9-CM放电代码、安全带或安全气囊数据,也没有被弹出车辆。其中2530例(12.5%)发生脊柱骨折。在研究期间,脊柱骨折的发生率有所增加,在此期间,安全带加安全气囊的使用以及单独使用安全气囊的使用也有所增加。然而,严重脊柱骨折(简略损伤量表评分≥3)的发生率在研究期间没有显著增加。安全带和安全气囊的使用与脊柱骨折的几率降低有关。单独使用安全气囊与严重胸椎骨折的几率增加有关,但与颈椎骨折无关。

结论

在车祸后入院的司机和前座乘客中,尽管安全带和安全气囊的使用增加了,但脊柱骨折的发生率从1994年到2002年有所增加。然而,在研究期间,严重脊柱骨折的发生率并没有增加。使用安全带和安全气囊可以防止脊柱骨折。尽管总体上脊柱骨折发生率的增加可能与安全带和安全气囊使用的增加相反,但改进的成像技术可能与相对较小骨折的诊断率增加有关。然而,考虑到安全带和安全气囊对脊柱骨折的显著保护作用,应该继续致力于增加它们的使用,以减轻MVCs的影响。

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Joseph F. Cusick, Narayan Yoganandan, Frank A. Pintar和John M. Reinartz

反复腰椎手术后,腰椎后韧带和小关节功能完整性受损是常见现象。为了评估连续手术改变的生物力学效果,本研究分析了双侧侧面切除术(内侧、全侧和全后韧带切除术)在不断增加的压迫-屈曲下的人体尸体腰椎的三个节段。这些医源性改变,旨在复制常见的手术暴露方法,在下椎间关节(L4-5)产生,而上关节(L3-4)保持完整。开云体育世界杯赔率在400n和600n的生理范围内,与完整的标本相比,所有制备的应用压缩的总体强度特性显示出显著差异(p < 0.05)。然而,顺序手术的比较并没有显示出这种趋势。棘突的运动在上节段(未改变的)仅发生在后韧带切除术后,而在下节段(改变的)手术中,关节面和棘突的牵张明显增加。对棘上/棘间韧带和相关的筋膜附着物进行切片,导致运动明显转移到改变的水平。这表现为下节段椎体前部移位增加,并可能伴有上节段椎体后部移位。这些数据表明渐进式手术改变腰椎关节突关节的影响在急性压缩-屈曲负荷预备过程中是可控的,直到侵犯了伴有残余肌腱、中线肌和筋膜附着物的棘上/棘间韧带。

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Aditya Vedantam, Balaji Harinathan, Ali Warraich, Matthew D. Budde和Narayan Yoganandan

客观的

在退行性颈椎病(DCM)中,颈部运动时的脊髓应力/劳损会导致脊髓功能障碍,但手术对脊髓生物力学的影响尚不清楚。预计DCM的保运动和融合手术将对脊髓生物力学产生明显的影响。本研究的目的是比较椎板切除术与融合、椎板切除术和椎板成形术后脊髓生物力学的变化,采用患者特定的DCM有限元模型(FEM)。

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使用MRI对患有轻度DCM的患者建立了颈椎和脊髓的患者特异性FEM。采用患者特异性FEM模拟DCM的多节段椎板切除术融合、椎板切除术和椎板成形术。记录颈部屈伸、侧屈和轴向旋转过程中脊髓von Mises应力和最大主应变。还测量了节段活动范围、椎间盘内压力和囊韧带劳损。FEM输出作为相对于术前值的变化来计算,并在三种模型之间进行比较。

结果

在手术水平上,颈椎屈曲(+50%)、颈部伸展(+37.8%)和轴向旋转(+23%)椎板切除术后脊髓应力增加。同样,椎板切除术后,颈部伸展(+118.4%)和轴向旋转(+75.1%)时脊髓应变增加。椎板成形术与颈屈曲(+57.4%)、侧屈(+56.7%)和轴向旋转(+20.9%)时脊髓应力增加相关。与椎板切除术和椎板成形术相比,椎板切除术融合后的脊髓生物力学结果显示,中位伸展应力(13.7 kPa vs 9.7 kPa, p = 0.03)、侧弯应变(0.01 vs 0.007, p = 0.007)、轴向旋转应力(3.7 kPa vs 2.1 kPa, p = 0.04)和轴向旋转应变(0.017 vs 0.009, p = 0.04)显著降低。

结论

在所有三种模型中,颈椎屈曲时脊髓应变降低,但椎板切除术和椎板成形术时脊髓应力增加。除颈部屈曲、侧屈和轴向旋转外,椎板成形术的脊髓生物力学变化与融合椎板切除术相似。与保持运动的入路(如椎板切除术和椎板成形术)相比,椎板切除术融合在颈部屈伸、侧屈和轴向旋转时脊髓应力和应变最低。

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Brian D. Stemper, Jamie L. Baisden, Narayan Yoganandan, Barry S. Shender和Dennis J. Maiman

对象

腰椎节段性不稳定可由多种机制引起,包括椎间盘退变和小关节退变。在创伤环境下,载荷升高可能导致环形纤维的机械屈服,从而降低其承载能力并导致不稳定。本研究的目的是量化与脊柱水平和椎间盘解剖区域相关的拉伸载荷期间椎间环屈服的生物力学。

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这项以实验室为基础的研究纳入了从年轻和正常或轻度退变的椎间盘中分离的腰椎环状标本。在环境控制的腔室中,试样被准静态分散到失效。与屈服和最终破坏相关的应力和应变被量化,弹性和后屈服区域的刚度也被量化。方差分析用于确定腰椎水平、桡骨位置和椎间盘解剖区域的统计学差异。

结果

环形试件表现出如下非线性响应:趾区、线弹性区、屈服点、后屈服点和最终破坏点。在深层和浅层纤维之间确定了区域依赖性。在98%的试样中,机械屈服在最终破坏之前是明显的,并且分别发生在最终破坏的应力和应变的80%和74%左右。纤维模量随产量下降34%。

结论

本研究的数据表明,椎间盘纤维的屈曲在组织的力学反应中发生得相对较早,屈曲后刚度显著降低。因此,环形纤维的屈曲可能导致节段稳定性下降,加速骨成分退变,并可能导致特发性疼痛。

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Harlan J. Bruner, Yabo Guan, Narayan Yoganandan, Frank A. Pintar, Dennis J. Maiman和Michael A. Slivka

对象

人们对聚芳醚酮(PAEK)植体后路腰椎融合术的发展越来越感兴趣。由于其固有的物理特性,包括辐射透光度和碳纤维增强定制刚度的能力,它们可能比传统的仪器材料更有优势。这些材料的定制化可能允许开发一个足够坚硬以促进融合,但足够灵活以避免仪器故障的系统。为了了解这种材料在腰骶后路内固定中的可行性,我们比较了两种不同的PAEK复合棒和钛棒在纯力矩和复合载荷下的生物力学性能。

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作为完整标本,在L-4椎板切除术和L4-5全面切除术后,对4个人体L3-S1节段进行纯矩和联合(压缩-屈曲和压缩-拉伸)加载。椎弓根螺钉/棒固定装置从L-4放置到S-1,并使用钛、纯聚芳醚醚酮(PEEK)和碳纤维增强PEEK (CFRP)棒重新测试。将反射标记固定于每个脊柱节段。使用数字6相机系统获得L3-S1柱和L4-5手术水平的运动范围数据。在L-4螺钉水平处,将4个预接线应变片粘接在每个杆上,沿杆轴向面分开90°放置,记录组合加载模式下的局部应变数据。生物力学数据采用方差分析技术进行分析。

结果

在纯弯矩下,与完整试件相比,除轴向转动外,各杆材在各弯曲模式下的运动受限程度相似(p < 0.05)。与切除面部后的标本相比,在所有弯曲模式下,每种棒材料的运动受限相似(p < 0.05)。在组合加载中,每种材料的杆刚度相似。棒应变在钛结构中最小,在CFRP结构中居中,在纯PEEK结构中最大。

结论

纯PEEK和CFRP棒在单周期载荷下与钛结构相比,在腰骶固定中具有相同的刚度和运动阻力。与纯PEEK相比,碳纤维增强材料在单次加载中减少了应变。这些生物力学反应,结合其放射透光度,表明CFRP可能比钛和纯PEEK棒作为腰骶后路内固定的材料具有优势。需要对CFRP结构进行台架疲劳试验,以进一步检查其在多循环载荷下的响应。

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