骨科软骨修复技术

骨科软骨修复技术

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日期：2026年**月**日软骨修复技术概述关节软骨的结构与功能软骨损伤的病因与诊断微骨折技术及其应用自体软骨细胞移植技术骨软骨移植技术肋软骨移植技术组织工程技术在软骨修复中的应用目录干细胞疗法与软骨再生生长因子与生物活性分子3D打印技术在软骨修复中的应用关节镜辅助下的软骨修复软骨修复的术后康复管理未来研究方向与技术展望目录软骨修复技术概述01软骨损伤的病理学基础修复能力受限软骨无血管和神经分布，缺乏祖细胞迁移和分化能力，导致自愈能力极差。炎症反应损伤后局部释放IL-1β、TNF-α等促炎因子，抑制软骨细胞合成功能，加剧基质分解。软骨退行性变软骨细胞外基质降解加速（如胶原纤维断裂、蛋白多糖流失），导致力学性能下降，常见于骨关节炎或创伤后。软骨修复技术的分类与发展1234保守治疗包括口服硫酸氨基葡萄糖营养软骨、关节腔注射玻璃酸钠改善润滑，以及脉冲电磁场刺激修复，适用于早期轻中度损伤。微骨折术通过钻孔诱导骨髓干细胞分化，自体软骨细胞移植术（ACI）利用体外扩增细胞修复缺损，需配合生物支架增强效果。微创手术组织工程技术结合干细胞、生长因子与三维支架构建工程化软骨，是当前研究热点，但存在成本高、技术复杂等局限。联合疗法临床常采用微骨折联合PRP（富血小板血浆）注射，或结合基因治疗调控修复微环境，以提高再生质量。软骨修复的临床意义与挑战功能恢复关键成功修复可恢复关节减震功能，延缓骨关节炎进展，尤其对运动员和年轻患者意义重大。技术局限性现有方法难以完全再生透明软骨，纤维软骨力学性能不足，长期疗效不稳定，易发生再退化。个体化治疗需求需根据损伤范围、部位及患者年龄制定方案，如大面积缺损需选择ACI，局灶性损伤适用微骨折术。关节软骨的结构与功能02关节软骨的解剖学特点关节软骨可分为四层结构，包括表层（胶原平行排列）、中层（占体积40-60%，胶原斜向排列）、深层（含钙化与非钙化分界）和钙化层（含血管神经）。这种分层结构使其具备梯度力学特性。分层结构软骨细胞从表层到深层呈现形态渐变，表层呈扁平状，深层变为圆形或卵圆形，常聚集成同源细胞群。这些细胞仅占组织体积5%，却负责基质合成与代谢。细胞分布特点关节软骨缺乏直接血供和神经支配，营养主要依赖滑液扩散供给，这种特殊结构导致其损伤后修复能力极差，坏死凋亡物质难以清除。无血管神经软骨的生物力学特性应力缓冲软骨基质中蛋白多糖（占35%干重）和II型胶原（占60%干重）构成的网络结构具有高度亲水性，能通过形变分散载荷，降低局部应力达42%以上。01润滑减磨表层光滑的胶原排列配合滑液形成流体润滑膜，使摩擦系数低至0.001-0.025，显著优于人工轴承界面。区域异质性不同区域呈现差异化的蠕变特性（深层蠕变率比表层高30%）和生化组成（硫酸化糖胺聚糖含量梯度变化），但胶原分布相对均匀。固定性退化实验显示关节固定11周会导致软骨厚度减少9%，形变率增加42%，蛋白聚糖合成紊乱，证实力学刺激对维持软骨稳态至关重要。020304软骨代谢与修复机制营养依赖滑液软骨细胞通过滑液获取营养并排出代谢废物，滑液中的透明质酸和粘蛋白由滑膜F细胞分泌，其成分异常（如炎性细胞>300个/μl）将破坏代谢平衡。不可逆退变机制由于缺乏巨噬细胞，凋亡细胞碎片蓄积可引发继发性损伤，退变后局麻药物渗透性增加又会加速软骨细胞坏死，形成恶性循环。基质合成与降解软骨细胞持续合成胶原和蛋白多糖，同时受金属蛋白酶调控的降解过程保持动态平衡，年龄增长会导致合成速率下降50%以上。软骨损伤的病因与诊断03创伤性软骨损伤的常见原因累积性微创伤长期重复性微小创伤（如职业运动员）会逐渐破坏软骨结构，最终引发局部软骨缺损，早期表现为活动后关节酸痛。关节异常扭转膝关节在剧烈运动时发生旋转性损伤，易导致半月板连带软骨撕裂，表现为突发关节肿胀和活动受限，需核磁共振明确损伤范围。急性外力冲击关节受到直接撞击或扭伤可能导致软骨剥脱、裂纹甚至骨折，常见于运动损伤或交通事故，需通过关节镜清理术或微骨折术修复。退行性软骨病变的病理机制关节负荷异常分布（如肥胖或畸形）会引发软骨局部压力增高，导致软骨细胞凋亡和基质纤维化。年龄增长导致软骨细胞合成蛋白多糖和Ⅱ型胶原能力下降，同时基质金属蛋白酶活性增高，加速软骨基质降解。退变后期软骨下骨发生代偿性增厚，进一步减少软骨营养供应，形成关节间隙狭窄和骨赘的恶性循环。白细胞介素-1β和肿瘤坏死因子-α等促炎因子持续刺激，抑制软骨细胞增殖并促进基质分解酶分泌。基质代谢失衡生物力学改变软骨下骨硬化炎性因子作用影像学与关节镜诊断技术MRI多序列评估采用T2mapping和dGEMRIC序列可定量分析软骨含水量和蛋白多糖分布，准确识别早期软骨软化灶。X线动态对比负重位X线片可显示关节间隙不对称变窄，配合关节造影能发现软骨表面不规则轮廓。微骨折技术及其应用04微骨折技术的原理与操作通过关节镜下在软骨缺损区钻孔至软骨下骨，制造微骨折创面（直径2-3mm，深度3-4mm），释放骨髓间充质干细胞并形成血凝块，诱导纤维软骨再生。骨髓刺激机制包括清除不稳定软骨碎片、彻底刮除钙化软骨层、使用棱锥状器械以3-4mm间距均匀凿孔，确保孔道与骨髓腔贯通。标准化操作步骤专用微骨折锥角度通常为30°-45°，可穿透硬化骨层同时避免热坏死，孔道边缘呈斜行以增强稳定性。器械选择常与关节清理术同步进行，清除炎性滑膜和骨赘，改善关节内环境以提高修复成功率。联合技术应用微骨折产生的临时血凝块基质含有转化生长因子-β（TGF-β）等细胞因子，为干细胞迁移分化提供微环境。生物力学基础感谢您下载平台上提供的PPT作品，为了您和以及原创作者的利益，请勿复制、传播、销售，否则将承担法律责任！将对作品进行维权，按照传播下载次数进行十倍的索取赔偿！适应症与禁忌症分析最佳适应症45岁以下、BMI正常患者的2-4cm²全层软骨缺损（ICRSⅢ-Ⅳ级），尤其适用于股骨髁和滑车部位的局限性损伤。病变范围考量对于>4cm²的缺损或弥漫性软骨磨损，需考虑自体软骨移植或基质诱导技术等替代方案。相对禁忌症包括严重骨质疏松、力线异常未矫正者、感染性关节炎及凝血功能障碍，这些情况可能影响修复效果。年龄限制因素高龄患者（>60岁）因干细胞活性下降及关节退变进展，修复组织易发生早期纤维化。术后康复与疗效评估阶段性负重方案术后6-8周严格非负重，9-12周渐进性部分负重，4-6个月后完全负重，避免新生组织机械损伤。持续被动运动（CPM）在术后24小时内启动，每日6-8小时以促进软骨细胞定向排列，6周后引入抗阻训练。通过Lysholm评分、IKDC主观评分结合MRI随访，评估修复组织厚度及信号特征，典型病例5年随访显示功能改善率约70-80%。功能锻炼要点长期疗效监测自体软骨细胞移植技术05通过关节镜手术从非负重区（如股骨髁间窝）提取少量健康软骨组织，减少供区损伤。微创取材技术采用胶原酶消化法分离软骨细胞，在含生长因子（如TGF-β）的培养基中扩增3-4周，确保细胞活性达90%以上。无菌分离与扩增利用藻酸盐或胶原支架构建三维培养环境，模拟体内微结构以维持细胞表型（如Ⅱ型胶原表达）。三维培养体系软骨细胞提取与体外培养清除损伤区域坏死软骨及钙化层，打磨软骨下骨至均匀渗血状态，为细胞植入创造良好微环境。缺损区预处理部分术式需在植入区缝合自体骨膜瓣，形成密闭空间防止细胞流失，同时提供生长因子促进软骨再生。骨膜覆盖技术将扩增后的软骨细胞与胶原膜或透明质酸支架结合，精准植入缺损区，通过生物胶或可吸收缝线固定，确保与周围软骨面高度差小于1mm。细胞-支架植入关节内注射PRP（富血小板血浆）减少炎症，外固定支具维持关节中立位，避免早期负荷影响细胞贴附。术后即刻保护移植手术的关键步骤01020304长期随访与并发症管理01.影像学评估术后3-6个月通过MRI观察移植区信号强度变化，评估新生软骨与周围组织的整合程度及厚度恢复情况。02.功能康复监测采用Lysholm评分或IKDC量表定期评估关节活动度及疼痛水平，指导渐进式肌力训练（如直腿抬高、静蹲）避免粘连。03.并发症应对若出现移植区纤维化或溶解，需考虑二次关节镜清理；对异体移植的免疫排斥反应，需联合免疫抑制剂（如低剂量环孢素）控制。骨软骨移植技术06自体骨软骨移植（OATS）三维立体修复通过环钻工具从膝关节非负重区采集圆柱形骨软骨栓，精准移植至缺损区域，移植体包含完整的透明软骨层、钙化软骨层及软骨下骨结构，确保生物力学特性与受体区匹配。马赛克镶嵌技术采用多栓移植技术修复最大直径达15mm的缺损，通过精确匹配移植体与受体区直径，实现关节面高度差控制在1-2mm以内的解剖重建。适应症明确主要适用于创伤性距骨软骨损伤（面积1.5-2cm²）、股骨髁剥脱性骨软骨炎及保守治疗无效的膝关节Ⅲ-Ⅳ级软骨缺损，禁忌症包括大面积缺损（>4cm²）和进展性骨关节炎。异体骨来源于严格筛选的遗体捐赠，经过消毒、冷冻干燥或辐照处理以降低免疫原性，新型DMEM培养液结合胰岛素生长因子-I可使保存期延至28天，软骨细胞存活率达83.6%。01040302同种异体骨软骨移植供体组织处理移植包含完整软骨层及5-10mm软骨下骨的圆柱形移植物，利用活体软骨细胞持续分泌基质维持关节面完整性，术后移植物弹性模量达正常软骨的92%。生物力学优势适用于>2cm²软骨缺损伴软骨下骨损伤，尤其适合无法提供足够自体移植物的多发性大面积缺损患者，但退行性关节炎和类风湿性关节炎患者禁用。临床适应范围术后5年移植物存活率可达86.6%，10年存活率80%，50岁以下患者10年存活率超80%，但60岁以上患者术后10年存活率不足40%。长期随访数据移植后主要通过骨整合实现力学支撑，无需血管再生即可完成生物学固定，异体骨会逐渐被宿主细胞爬行替代，通过数月到数年的血管化和新骨形成实现最终整合。移植后的整合与功能恢复骨整合机制术后需严格遵循康复计划，初期使用支具保护并逐步进行被动关节活动，6周后开始低强度肌力训练，3个月内避免跑跳等冲击性运动，长期选择游泳、骑自行车等低冲击活动。功能康复计划定期随访影像学检查评估骨愈合情况，注意观察有无感染、排斥或骨折迹象，均衡饮食增加优质蛋白和维生素C摄入，同时控制体重减轻关节负荷。术后监测要点肋软骨移植技术07取材部位选择通常选取第6、7、8肋软骨区域，因其长度适中（3-5厘米）、曲率与鼻部结构匹配度高，且保留部分软骨膜可促进供区再生。手术操作规范在全身麻醉下，于胸壁乳房下皱襞作2-3厘米切口，逐层分离肌肉暴露软骨膜，精准截取软骨段，避免损伤胸膜导致气胸风险。软骨保存方法取出的肋软骨需立即浸泡于生理盐水中保持湿润，防止干燥变形，后续雕刻前需再次消毒处理以确保无菌条件。雕刻技术要点根据鼻部塑形需求，将软骨削薄至1-2毫米厚度，采用盾牌状或“L”形雕刻法，榫卯结构固定以增强稳定性。肋软骨的取材与处理移植手术的适应症先天性鼻畸形适用于鼻梁低平、鼻尖塌陷等发育不良患者，肋软骨可提供强支撑力重建鼻部立体轮廓。外伤后修复针对鼻骨塌陷、鼻中隔偏曲等外伤性畸形，通过肋软骨移植恢复鼻部功能与美学形态。多次修复需求硅胶或膨体隆鼻失败后出现假体移位、感染时，自体肋软骨可降低排异反应，实现安全修复。临床案例与疗效分析鼻梁重建效果并发症管理鼻尖塑形优势长期随访数据肋软骨移植后鼻背高度提升显著，术后1年随访显示软骨存活率超90%，吸收率低于10%，形态稳定。多层叠加技术塑造的鼻尖立体感强，且软骨柔韧性减少穿破皮肤风险，案例显示满意度达85%以上。少数案例出现供区瘢痕增生或鼻部轻微变形，通过术中精细缝合及术后加压包扎有效控制。5年以上追踪表明，肋软骨与鼻部组织融合良好，无钙化或明显变形，远期效果优于人工材料。组织工程技术在软骨修复中的应用08支架材料的选择与设计生物相容性与降解性支架材料需与人体组织无排斥反应，如胶原蛋白、透明质酸等天然高分子，或聚乳酸等合成聚合物，其降解速率需与软骨再生速度同步，避免炎症或结构失效。孔隙率需达90%以上，为细胞提供附着、增殖空间，并保障营养物质输送与代谢废物排出，模拟天然软骨微环境。支架需具备与天然软骨相近的机械强度，以承受关节活动压力，同时保持形状稳定性直至新组织形成。三维多孔结构力学性能匹配通过整合种子细胞（如软骨细胞、间充质干细胞）与支架材料，构建功能性复合物，促进细胞外基质分泌与组织再生。优先采用自体软骨细胞减少免疫排斥，或利用干细胞分化潜力，通过体外扩增获得足够数量的功能细胞。细胞来源与扩增如TGF-β、BMP等可被嵌入支架，定向诱导细胞分化和增殖，加速软骨修复进程。生长因子负载采用生物反应器模拟体内力学刺激，增强细胞-支架复合物的机械性能和生物学功能。动态培养技术细胞-支架复合物的构建组织工程软骨的临床转化在兔、猪等大动物模型中验证支架的修复效果，评估新生软骨的组织学结构（如Ⅱ型胶原含量）和力学性能（如抗压强度）。通过长期随访观察支架降解与组织再生匹配性，排除慢性炎症或纤维化等并发症风险。动物实验验证MACI技术：基于胶原蛋白支架的第三代自体软骨细胞移植技术，已获FDA批准，用于治疗关节软骨缺损，需二次手术完成细胞植入与移植。双相支架创新：如硫酸软骨素水凝胶联合多孔锌的支架，通过梯度结构实现骨软骨一体化修复，在肩袖损伤等复杂病例中展现潜力。临床应用案例干细胞疗法与软骨再生09间充质干细胞的来源与分化骨髓间充质干细胞（BM-MSCs）具有向成骨细胞和软骨细胞分化的天然倾向，其分化过程受BMP和TGF-β信号通路调控，在关节镜辅助下可精准植入软骨缺损区域。骨髓来源干细胞脂肪源性间充质干细胞（AD-MSCs）通过脂抽吸术获取，分化效率虽略低于骨髓来源，但具有获取创伤小、细胞产量高的优势，需通过SOX9基因激活促进软骨特异性Ⅱ型胶原表达。脂肪组织提取脐带间充质干细胞（UC-MSCs）具有更强的增殖能力和多向分化潜能，其外泌体携带的lncRNAKLF1-AS2018能显著增强软骨细胞增殖，适合大面积软骨缺损修复。脐带胎盘来源干细胞注射技术的应用4免疫调节方案3支架复合植入2生长因子协同治疗1关节镜辅助移植通过调节T细胞和巨噬细胞活性改善关节微环境，特别适用于合并滑膜炎的骨关节炎患者，需监测局部炎症程度以调整细胞剂量。注射的干细胞持续分泌IGF-1、FGF-2等生长因子，需维持生理浓度范围以同步刺激血管生成和软骨细胞活性，避免过度增殖导致组织异常。采用透明质酸复合支架或胶原蛋白海绵作为载体，构建三维生长环境，支架降解速率需与软骨再生速度匹配（通常12-24周），防止力学支撑过早丧失。在无菌条件下结合关节镜技术，将体外扩增的干细胞悬液精准注入软骨损伤区，术后需配合低冲击运动康复以优化细胞贴附效果。再生医学的未来发展方向组织特异性诱导技术开发基于表观遗传调控的"组织记忆"增强策略，如利用维生素D激活ERK/JNK通路，提高脐带干细胞向透明软骨分化的效率和稳定性。研究类似Revisitem的专利技术，通过外泌体信号分子激活患者自身骨髓驻留干细胞，避免异体移植的免疫排斥风险。研发具有力学传感功能的智能支架，能根据关节负荷动态释放TGF-β等分化诱导因子，实现软骨再生与力学适应的同步调控。无创内源性激活智能化生物材料生长因子与生物活性分子10TGF-β、IGF等关键生长因子的作用协同作用优化修复TGF-β1与TGF-β3联合应用可互补功能，前者增强细胞黏附与凝结，后者促进细胞增殖，两者协同提升间充质干细胞的软骨形成效率。IGF-1调控软骨稳态IGF-1通过刺激软骨细胞增殖，促进Ⅱ型胶原和蛋白聚糖（Aggrecan）的合成，维持软骨代谢平衡，其合成代谢作用对软骨损伤修复具有显著效果。TGF-β促进软骨分化TGF-β通过激活Smad信号通路，上调Runx2等转录因子表达，诱导间充质干细胞向软骨细胞分化，同时促进I型胶原蛋白和骨桥蛋白的合成，增强软骨基质的沉积与矿化。缓释载体的设计与应用生物材料负载技术利用胶原支架、透明质酸水凝胶等生物相容性材料作为载体，通过静电相互作用或共价结合实现TGF-β、IGF等生长因子的可控释放，延长局部作用时间。01微球缓释系统聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）微球封装生长因子，通过调节聚合物降解速率控制释放动力学，避免突释效应，确保持续的生物活性。响应性释放设计开发pH或酶响应型载体，在软骨损伤微环境中触发生长因子释放，如基质金属蛋白酶（MMP）敏感型水凝胶，实现精准靶向递送。复合载体增强效能结合多种生长因子（如TGF-β+BMP）的复合缓释系统，通过时序释放模拟生理修复过程，协同促进软骨再生与血管化。020304生长因子疗法的安全性评估剂量依赖性风险需严格评估生长因子浓度，过高剂量可能诱发滑膜炎症或异位骨化（如TGF-β过度表达），而剂量不足则导致修复效果不佳。免疫原性监测异源生长因子可能引起免疫排斥反应，需通过人源化重组蛋白或自体PRP（富血小板血浆）降低免疫风险。长期稳定性验证考察缓释载体在体内的降解产物安全性，避免长期炎症或纤维化，并通过动物模型验证修复组织的力学性能与耐久性。3D打印技术在软骨修复中的应用11个性化软骨支架的打印精准解剖匹配基于患者CT/MRI影像数据，3D打印可构建与缺损区域完全匹配的个性化支架，如耳廓软骨修复中复现复杂曲率结构，避免传统植入物的形态偏差问题。多孔结构优化通过调控打印参数（如孔径100-500μm、孔隙率70%-90%），支架既能促进细胞迁移与营养渗透，又具备与天然软骨相近的力学缓冲性能。活性细胞整合采用微流控技术制备核壳微球包裹软骨细胞，打印时将其嵌入支架网格，实现细胞存活率超90%的“活体”打印，加速软骨再生。GelMA/CSMA/ColIIMA等光交联水凝胶提供类细胞外基质环境，兼具打印适形性与生物活性，支持软骨细胞增殖及II型胶原分泌。添加锶离子等活性成分可抑制炎症因子（如TNF-α），促进巨噬细胞向M2型极化，降低移植排斥风险。纳米羟基磷灰石或聚己内酯（PCL）的掺入提升支架抗压强度（达0.5-5MPa），满足关节软骨承重要求。仿生构建骨-软骨双相支架，上层为软质水凝胶促进软骨再生，下层为陶瓷材料支持骨整合，实现界面无缝愈合。生物墨水的研发进展复合水凝胶体系免疫调节组分力学性能增强梯度材料设计3D打印技术的临床前景复杂缺损修复针对小耳畸形、关节全层缺损等疑难病例，3D打印可一次性完成形态与功能重建，避免多次手术创伤。智能化降解调控开发响应性材料（如pH/酶敏感聚合物），使支架降解速率与新生组织生长同步，解决“支架早衰”问题。术中即时打印结合便携式生物打印机与快速成像技术，未来可实现术中实时定制支架，大幅缩短治疗周期。关节镜辅助下的软骨修复12关节镜手术的优势与局限微创可视化优势通过5-10毫米切口实现关节内结构的25倍高清放大观察，精准处理半月板损伤、软骨缺损等病变，较开放手术减少80%以上软组织损伤。术后24小时即可开始被动活动训练，住院时间缩短至1-3天，关节功能恢复周期较传统手术缩短50%，疤痕仅留微小点状痕迹。需要配备4K成像系统和专用射频/刨削器械，基层医院普及困难，复杂病例存在视野盲区，严重关节畸形者中转开放手术率达15%。快速康复特性技术设备依赖性镜下微创技术的操作要点采用X线或导航辅助建立手术通道，保持30-40mmHg灌注压力维持关节腔扩张，避免套管移位损伤软骨面。微骨折术使用专用锥子以3-4mm间距钻孔至骨髓渗血，深度严格控制在2-4mm；软骨移植需测量缺损面积精确匹配供区。射频消融时距关节囊保持3mm安全距离，系统性分区清理增生滑膜，特别注意髁间窝和后方隐窝的病灶清除。术毕采用低温等离子止血，半月板缝合使用全内式或由内向外技术，确保缝线张力均匀分布。精准定位技术软骨处理规范滑膜清理原则止血与缝合技巧术后康复与功能锻炼软骨修复术后需拄拐部分负重6-8周，微骨折病例禁止早期完全负重，逐步过渡到全负重训练需配合步态分析。阶段性负重计划术后1周开始CPM机被动活动，2周加入直腿抬高和踝泵运动，4周启动闭链运动如静蹲，6周后引入平衡垫训练。多维功能训练补充Ⅱ型胶原蛋白和硫酸软骨素促进软骨修复，术后3个月内避免跑跳动作，游泳和骑自行车作为首选康复运动。营养与防护管理软骨修复的术后康复管理13术后1-3天开始使用CPM机或康复师手法辅助进行缓慢的关节屈伸训练，角度控制在30-90度范围内，每日2-3次，每次15-20分钟，以促进滑液分泌并预防粘连。被动关节活动术后48小时内采用间歇性冰敷（15分钟/次，间隔2小时），配合压力绷带和患肢抬高，有效控制关节腔积血和软组织肿胀。冷敷与消肿管理重点激活股四头肌和臀肌群，通过静力性收缩维持肌肉张力，每组保持10秒，每日完成3-5组，训练时需确保无关节位移以避免修复区受压。等长肌力训练在无痛范围内进行轻度的关节位置觉训练，如闭眼感知膝关节角度变化，使用震动垫刺激关节周围机械感受器，每日2组，每组5分钟。本体感觉唤醒早期康复训练计划01020304负重与活动限制的指导日常生活保护教导患者使用助行器完成转移动作，坐立时保持膝关节屈曲<90度，上下楼梯采用健侧先上的"好上坏下"原则，睡眠时用楔形枕维持中立位。旋转活动禁忌术后6周内禁止任何急转、扭转动作，佩戴铰链式支具限制膝关节旋转角度在10度以内，避免剪切力导致修复软骨脱落。渐进式负重策略术后前2周严格非负重，3-4周过渡至部分负重（20-30%体重），6周后经影像学确认修复情况后逐步实现全负重，使用体重秤辅助量化训练。长期随访与功能评估影像学动态监测术后3/6/12个月定期进行高分辨率MRI或关节镜二次探查，评估修复软骨的T2弛豫时间、信号强度及与周围软骨的整合情况。