第一部分肱骨干显微压痕硬度的研究目的:本研究的目的是测量并分析中国人体肱骨干不同层面和方位的显微压痕骨硬度分布特征,并进一步分析其意义。方法:本研究于2015年9月至2017年5月,选用3具中国人新鲜尸体标本中的右侧肱骨干部分,使用维氏显微压痕硬度测量仪测量肱骨干骨显微硬度值变化情况,测量单位为HV(kgf/mm~2),按照不同层面及不同方位进行分析,描绘所测肱骨干的整体硬度分布情况。结果:本研究中肱骨干共分为7个层次,共测量84个部位,合计420个测量值。结果显示中国人肱骨干整体硬度47.52±6.01 HV,硬度最大处为肱骨干Ⅳ层内侧区域,硬度值是53.77±8.70 HV;硬度最小处为肱骨干下段Ⅶ层后侧区域,硬度值是42.02±7.47 HV。肱骨干7层中最硬的地方是IV层,硬度值为51.34±7.01 HV;最软的地方是Ⅶ层,硬度值为45.72±6.25 HV。肱骨干后侧整体骨硬度(45.28±6.47 HV)小于肱骨外侧(49.12±5.22 HV)、内侧(48.28±6.10 HV)和前侧(47.40±5.55 HV)整体骨硬度,其差异具有统计学意义(P<0.005)。小结:本研究发现肱骨干骨皮质的骨显微硬度在不同层面及方位存在差异,肱骨干显微压痕骨硬度值的分布遵循一定的规律。肱骨干中段最硬,到两端硬度逐步减小,呈现梯度分布特征规律,其中肱骨干中段整体硬度大于肱骨干上段及下段。肱骨干后侧整体硬度小于外侧、内侧、前侧。三具标本显示类似的骨硬度分布规律,中段是肱骨干最硬的区域。第二部分锁骨显微压痕硬度的研究目的:本研究通过应用维氏显微压痕硬度仪测量中国人体锁骨不同层面及方位的显微压痕骨硬度,研究其分布特征并绘制人体锁骨显微压痕硬度的分布图,为3D打印提供数字依据。方法:本研究于2015年9月-2017年5月,选取3具中国人新鲜尸体标本中的右侧锁骨,参考Allman分型将锁骨分为近段、中段、远段三节段并切取标本。测量不同层面不同方位域的显微压痕硬度值,测量单位为HV(kgf/mm~2),描绘所测锁骨的整体硬度分布情况。结果:本研究中锁骨共分为15层(近段3层,中段7层,远段5层),皮质骨共测量180个部位,900个测量值;松质骨共测量45个部位,225个测量值。结果显示1.中国人锁骨皮质骨整体硬度为35.94±8.13 HV,其中近段33.78±6.08 HV,中段41.32±6.84 HV,远段29.70±5.35 HV,三节段硬度值差异具有统计学意义;2.松质骨整体硬度为30.74±6.17 HV,其中近段29.24±2.87 HV,中段34.53±5.51 HV,远段26.34±5.10 HV,三节段硬度值差异具有统计学意义;3.皮质骨硬度最大层面为中段第5层,硬度值44.81±8.56 HV;硬度最小的层面是远段第4层,硬度值28.01±3.47HV;4.松质骨硬度最大层面为中段第5层,硬度值36.84±5.05 HV,硬度最小层面为远段第5层,硬度值22.95±4.44 HV;5.锁骨三节段不同方位的骨硬度值组间比较差异无统计学意义。小结:本研究发现锁骨不同层次的的骨显微压痕硬度值差异较大,但锁骨皮质骨与松质骨变化规律一致,中段骨显微压痕硬度值明显高于锁骨近段和远段,硬度由中段向两端逐步减小,尤其是中外1/3处硬度差异较大,梯度分布规律明显。第三部分中老年人群中低能量型上肢骨折的发病率及其危险因素目的:本研究旨在通过大数据对比分析我国≥50岁人群中低能量型上肢骨折的发病率,补充此类骨折流行病学的资料数据,并分析相关危险因素。方法:本研究是全国骨折流行病学调查系列研究的一部分,于2015年1月至5月在全国多地区同步采用分层多阶段整群随机抽样的方法招募受试者,并应用问卷调查的方式对其进行调查。共计纳入150499名年龄在50岁以上的中国男性和女性进行数据收集分析,以低能量型上肢骨折为病例组,其余受试者为对照组,估算整体人群和不同亚组的发病率。并通过建立多变量回归分析模型,探讨影响低能量上肢骨折的独立危险因素。结果:本研究中共纳入150499名受试者,其中184例受试者于2014年发生上肢低能量型骨折,总发病率119.4/100000人年,其中男性总发病率57.4/100000人年,女性总发生率180.9/100000人年。这其中约有80%的骨折发生在家里和室外道路上。男性患者中,酒精摄入量、住所≥2楼且没有电梯、睡眠时间<7小时/天以及既往骨折病史为与上肢低能量骨折相关的显著危险因素。女性患者中,肥胖(BMI≥28.0)、中部地区、高纬度地区(北纬40-49.9°)、酒精摄入量、生育史、睡眠时间<7小时/天、以及既往骨折病史为显著危险因素。小结:本研究通过大数据对比分析了我国≥50岁人群中低能量型上肢骨折的流行病学特征及危险因素,该人群中低能量型上肢骨折女性多于男性,多发生在家里和室外道路上,其中酒精摄入量、睡眠时间不足、既往骨折史是二者共同的显著危险因素。第四部分解剖型锁定接骨板和Herbert螺钉治疗锁骨中段骨折的三维有限元分析目的:本研究旨在通过三维有限元分析的方式对解剖型锁定接骨板和Herbert螺钉治疗锁骨中段骨折的生物力学特性,比较二者的优劣,为临床治疗锁骨中段骨折提供一种可行的方法。方法:建立锁骨中段骨折,分别给与解剖型锁定接骨板和Herbert螺钉固定的三维有限元模型,设定锁骨远端为受力端,分别施加自外侧向内侧的轴向压缩力、轴向扭转力以及悬臂弯曲力,评价不同内固定方式的应力分布、峰值应力和结构刚度。结果:本研究中发现:1.单纯锁骨的中外1/3处为高应力集中区域,其中前下方应力集中现象较其他方向更为明显;2.2种内固定模型中,锁骨的应力峰值均高于正常锁骨模型;3.轴向压缩载荷下,解剖型锁定接骨板的最大应力(140.2MPa)高于Herbert螺杆(121.9MPa);悬臂弯曲和轴向扭转载荷下,解剖型锁定接骨板的最大应力(分别为722.8 MPa和120.1 MPa)低于Herbert螺钉(分别为1014 MPa和174 MPa);4.三种力学负荷加载情况下,Herbert螺钉固定模型中锁骨和内置物的应力集中在骨折部位;解剖型锁定接骨板模型中的内置物的应力集中在骨折断端,但锁骨的应力集中在近端,并通过板传递到锁骨的胸骨端。小结:Herbert螺钉和解剖型锁定接骨板均可用于锁骨中段骨折,Herbert螺钉固定适用于病情简单的锁骨中段骨折,术后早期应避免上肢活动及负重,对于需要尽早恢复活动的患者,解剖型钢板可能是首选。结论:1.本研究发现肱骨干的骨皮质在不同层次及不同方位的显微压痕硬度存在差异,其分布遵循一定的规律。肱骨干中段是肱骨受力过程中的应力集中区,骨硬度值最高,到骨干两端硬度逐步减小,呈现梯度分布特征规律。肱骨干后侧是肱骨受力的张力侧,其整体硬度小于外侧、内侧、前侧。三具标本显示类似的骨硬度分布规律,该规律有助于理解肱骨干骨折的好发部位及原因,该数据可指导设计符合生理状态下骨骼应力传导特性的3D打印内置入物,并对模拟生理状态下骨骼生物力学性能的骨骼建模及有限元分析提供良好的数据支持。2.本研究发现锁骨不同层次的的骨显微压痕硬度值差异较大,但锁骨皮质骨与松质骨变化规律一致,中段骨显微压痕硬度值明显高于锁骨近段和远段,硬度由中段向两端逐步减小,尤其是中外1/3处硬度数值差异较大,是应力集中区,该处骨硬度的梯度分布规律明显。三具标本显示类似的骨硬度分布规律,为研究锁骨骨折的好发部位及原因提供了数据依据,并能够为3D打印与人体锁骨弹性模量一致的人工骨提供数字支持。3.本研究通过大数据对比分析了我国≥50岁人群中低能量型上肢骨折的流行病学特征及危险因素。该人群中女性的发病率约为男性的3倍,其中饮酒、睡眠时间不足、既往骨折史是二者共同的显著危险因素。基于该调查结果,我国应明确实施以减少酒精消费和鼓励个人改善睡眠质量和持续时间为重点的健康政策。4.本研究通过建立解剖型锁定接骨板和Herbert螺钉固定的三维有限元模型,分析二者的生物力学特性,发现Herbert螺钉和解剖型锁定接骨板均可用于锁骨中段骨折,Herbert螺钉固定适用于病情简单的锁骨中段骨折,术后早期应避免上肢活动及负重,对于需要尽早恢复活动的患者,解剖型钢板可能是首选。