有限元法分析不同固定方式在胫骨远端粉碎性骨折骨愈合中的生物力学差异

背景：胫骨远端粉碎性骨折伴软组织损伤的治疗具有挑战性，新型逆行胫骨髓内钉、外置接骨板是重要的治疗手段，但其在骨折愈合不同时期、不同负重情况时的骨折端应变、应力遮挡情况未见报道。目的：通过有限元分析法探讨骨折愈合不同时期逆行髓内钉及外置接骨板的生物力学差异，为临床应用及康复锻炼提供科学参考。方法：利用1名40岁健康男性的胫骨CT数据，建立胫骨远端粉碎骨折的有限元模型，构建胫骨逆行髓内钉、外置接骨板固定模型及骨痂模型并根据骨折的固定原则进行装配。使用ANSYS软件进行有限元分析，比较骨折愈合不同时期时逆行髓内钉及外置接骨板2种固定方式的骨折端位移、胫骨应力遮挡、骨痂应力、胫骨及固定装置应力分布情况。结果与结论：(1)胫骨骨折端相对位移随着骨折愈合的进行逐渐减小，在术后3个月后位移明显减少；术后0,1个月，外置接骨板组的垂直位移及总位移均大于逆行髓内钉组，2种固定方式的Z轴位移(水平内外侧位移)均较X、Y轴位移明显，且接骨板模型的Z轴位移差异最明显；2种固定方式的Z轴位移最大位置均位于胫骨外侧，位移最小位置均位于胫骨内侧；(2)骨折愈合的应力遮挡率随骨折时间延长而逐渐降低；逆行髓内钉的应力遮...     

医用316L不锈钢接骨板固定股骨的有限元方法分析

目的用三维有限元方法对医用316L不锈钢接骨板、螺钉及股骨进行应力计算,最终分析316L不锈钢接骨板对股骨的应力遮挡效应.方法首先建立医用316L不锈钢接骨板、螺钉及股骨的三维几何模型;网格划分后建立对应的三维有限元模型;在定义材料属性的基础上,加载边界条件,对站立位状态下的接骨板及螺钉强度进行有限元计算,同时分析股骨应力遮挡问题.结果通过对螺钉未加压状态和加压状态下股骨所受应力与站立位时正常股骨应力的对比,得出医用316L不锈钢接骨板及螺钉对股骨的应力遮挡效应.结论医用316L不锈钢接骨板及螺钉对股骨产生明显的应力遮挡效应,仅靠螺钉加压对应力遮挡效应的降低作用有限.本文建立的接骨板对股骨应力遮挡的分析方法可广泛应用于其他骨骼骨折应力遮挡的分析.     

接骨板不同螺钉布局下骨愈合过程有限元分析

目的探究螺钉布局方式对骨愈合的影响,为相关的骨折治疗提供基础。方法采用有限元方法研究不同螺钉布局方式下骨愈合过程;采用骨折块应变理论(interfragmentary strain theory,IFS)模拟骨痂的生长变化过程;利用Python语言对ABAQUS进行二次开发,使得迭代过程中骨痂所划分的每个单元都根据IFS理论更新弹性模量,从而模拟骨折愈合过程。结果不同数量螺钉对骨愈合过程的影响小于不同接骨板工作长度对骨愈合过程的影响;稳定固定的前提下,接骨板工作长度一定时,螺钉数量变化对接骨板或螺钉的应力影响较小;接骨板工作长度不同,对接骨板及螺钉的应力影响较大,且工作长度变化对螺钉上应力变化的影响大于对接骨板的影响。结论相较于螺钉数量,对于接骨板工作的长度应着重考虑,应当遵循在保证内固定系统稳定的前提下,减少接骨板上的螺钉数量,并对接骨板工作长度的选择进行恰当的选择。     

骨折内固定与应力遮挡效应

骨折愈合是一个极其复杂的生物学过程,影响骨折愈合的因素很多,其中良好的局部力学环境是骨折愈合的必要条件之一。在对骨折进行内固定治疗时,除应尽可能减少接骨板对骨折局部血供的损害以外,还应保证骨折段稳定的同时,使骨折端承受一定的应力刺激,以促进骨折愈合。早在1886年,德国的Hansmann就报告了应用接骨板治疗骨折的方法。近20多年来,以瑞士Muer为首的AO学派建立的坚强内固定原则得到了普遍接受。坚强加压接骨板为骨折端提供了稳定的力学环境,可使骨折一期愈合。确切的坚强固定还有利于肢体早期锻炼,避免了肌肉萎缩和关节…     

应力环境与骨折愈合

骨组织对应力刺激有良好的适应性，骨折愈合的好坏与其力学环境密切相关。接骨板固定、骨外固定的力学性能不同，构成的力学环境有异，因而对骨折愈合的影响亦不相同。     

记忆加压接骨器在肱骨骨折治疗中的生物力学分析

目的 分析接骨器对于肱骨骨折的愈合提供的应力环境，分析接骨器在骨折愈合过程中的应力遮挡效应，同时应用骨重建理论分析接骨器加压支提供的应力环境对于骨折愈合的影响。方法 运用三维有限单元法，对新型记忆加压接骨器以及肱骨分别进行三维有限元计算。结果 肱骨骨折段始终处于三向压应力状态，剪应力不会引起骨内部的剪切破坏，同时接骨器固定后肱骨产生的变形很小。接骨器在环抱支的腕部产生大的弯矩，产生的应力较大。结论 加压支提供的持续压应力使接骨器产生的应力遮挡效应消失，肱骨的压应力刺激在骨折愈合过程中不断得到改善。     

自控微动带锁髓内钉内固定对骨折愈合影响的生物力学实验研究

目的 探讨自控微动带锁髓内钉(AMLN)固定后骨折局部生物力学环境对骨折愈合的影响及机制。方法 对12只山羊两侧股骨干横断截骨，分别采用AMLN和Gross-Kempf(GK)钉内固定，术后1、2、4、8周分批处死，测量骨的强度和刚度，不同愈合期的应力水平，愈合过程中的应力遮挡率，观察不同愈合期骨折愈合的宏观和微观生物力学机制。结果 ①AMLN固定后的压缩、弯曲和扭转强度均高于GK固定，强度达30％以上；②AMLN固定后的应力水平7-8周时间基本达到原始骨骼的应力水平，比GK钉提前4周左右；③AMLN固定后的应力遮挡率初期下降40％。中期下降18％，后期下降16％；结论 AMLN钉设计符合尚天裕教授提出的“弹性固定准则”，器械与骨折远近端构成的几何不变体系坚强稳定，对断端的正常应力分布干扰小，骨折端间歇性动应力的产生与传导，较好地解决了应力遮挡与应力传导的平衡问题，骨折边愈合边改建边塑形，加速了骨折愈合进程。     

应力环境与骨折愈合

骨组织对应力刺激有良好的适应性,骨折愈合的好坏与其力学环境密切相关。接骨板固定、骨外固定的力学性能不同,构成的力学环境有异,因而对骨折愈合的影响亦不相同。应力刺激骨折愈合的机制仍不清楚,骨细胞具有感受力学信号的功能,第二信使ｃＡＭＰ、ＰＧＥ２可能参与了信号传递,但详细机制有待进一步探讨     

锁定接骨板外置治疗42A3型骨折的生物力学分析

目的：构建锁定接骨板外置治疗胫骨干横形骨折（AO-OTA分型：42A3型）的模型，运用有限元分析的方法，分析不同骨折断端分离间隙时，接骨板、螺钉及胫骨的应力及分布情况，并为该治疗方案提供理论依据。方法：获得1名健康志愿者左侧胫骨的CT扫描DICOM图像，使用Mimics 21.0软件、Geomagic Studio 2014软件、SolidWorks软件、Hypermesh14.0软件、MSC.Patran 2019软件和MSC.Nastran 2019软件建立接骨板外置治疗不同骨折分离间隙的42A3型骨折有限元模型，并通过有限元分析胫骨、接骨板及螺钉的最大应力值及分布情况。结果：在0.2～2.0 mm分离间隙下，随着骨折断端分离间隙增大，力加载终止时刻及力加载全程胫骨、接骨板、螺钉最大应力值均呈上升趋势；且接骨板最大应力值>螺钉最大应力值>胫骨最大应力值；接骨板最大应力值在接骨板第3、4、5板孔附近；螺钉最大应力值在第3螺钉尾部；胫骨最大应力值出现在骨折断面处；胫骨、接骨板、螺钉力加载全程最大应力值均大于其自身力加载终止时刻最大应力值。结论：当42A3型骨折断端分离间隙小...     

骨折固定的四维空间事件

文题释义： 骨折固定的磨盘效应：硬组织小间隙在受到剪切或旋转应力产生微动时,由于表面的粗糙不平可以产生类似磨盘的磨损效应,产生对间隙内组织的碾挫以及硬组织自身的磨损,骨折断端可以产生间隙内缺血以及微骨折等。 内固定物的四维空间漂移：当骨骼发生穿骨固定后,骨骼与固定装置共同承担应力,这会在四维空间上导致一系列形态变化,包括骨骼的形态和内固定的相对位置发生改变,将内固定物与骨骼的相对位置发生的缓慢变化称为内固定物的四维空间漂移。 背景：骨折的固定方式和手术操作对骨折愈合的最终结局产生十分重要的影响,但有关骨折愈合的不良结局是手术操作与其后伴发的一系列四维空间事件共同作用的结果。 目的：探讨骨折愈合的四维空间事件。 方法：检索中国知网和Medline数据库;中文检索词为骨折愈合,股骨骨折,应力遮挡,骨折与血供;英文检索词为Fracture healing,femoral fracture,stress shielding,fracture and blood flow。检索符合骨折愈合过程四维空间事件的相对宏观的事实描述,包括逻辑的支持证据和反驳证据。结合文献复习对骨折固定后主要的四维空间事件进行分析。 结果与结论：骨折固定后主要的四维空间事件包括血运潮汐、力学脉冲与生物学脉冲、硬组织小间隙的磨盘效应、应力遮挡效应以及内固定物的四维空间漂移效应等。骨折及手术创伤后伴发长达数月的超代偿血运潮汐,因此骨折术后宏观上并不缺血,但硬组织小间隙在不稳定状态下会发生磨盘效应,造成骨折间隙内的碾挫损伤以及骨折间隙内的微观缺血。固定过于坚强导致的应力遮挡效应是取内固定后再骨折以及骨骼萎缩变细的重要原因。钢板固定螺钉的微小轴向漂移可能具有重要的理论意义,具有“智能性”轴向动力化效应,可使钢板分担的应力随着骨折的愈合逐步降低。对骨折愈合四维空间事件的探讨将为骨折愈合及牵拉成骨的调控提供基本的逻辑基础。 ORCID: 0000-0002-7545-0511(刘振东) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程     

动态应力钢板与AO钢板对羊股骨干骨折愈合的影响

背景：目前钢板内固定治疗骨折愈合出现应力遮挡影响骨折愈合。 目的：观察动态应力钢板(CO钢板)与普通应力钢板(AO钢板)治疗羊股骨干骨折愈合的效果。 方法：24只山羊制备股骨干骨折模型,造模后随机分为2组,AO钢板组和CO钢板组分别用AO、CO钢板内固定,分别在1,2,3周取出股骨,常规行X射线与磁共振扫描。 结果与结论：X射线显示1周时,两组钢板骨折断端均未见明显变化,骨折线清晰可见;2周AO钢板组骨折断端无明显变化,骨折线明显,CO钢板组骨折断端骨密度增高,骨折线开始变模糊;3周AO钢板组骨折断端骨密度增加,CO钢板组骨折断端骨密度继续增高,出现云絮状外骨痂。MRI显示1周时,两组钢板骨折断端T1WI呈高信号,T2WI压脂序列上呈低信号,但AO钢板组骨折断端PDIR-TSE呈低信号,CO钢板组呈高信号。2周时两组骨折断端T1WI呈等或高信号,在T2WI压脂序列上呈等或低信号,AO钢板组PDIR-TSE呈低信号,CO钢板组呈高信号。3周AO钢板组可见骨折线明显,骨折断端在T1WI呈等或低信号,在T2WI压脂序列上呈等低信号,PDIR-TSE呈低信号;CO钢板组骨折断端可见骨折线模糊,骨折断段在T1WI上呈等或高信号,在T2WI压脂序列上呈等或低信号,PDIR-TSE呈等或高信号。提示CO钢板组骨折断端的血液循环、骨痂含量均优于AO钢板组骨折断端。     

接骨板内固定参数对骨愈合过程的影响分析

为比较不同内固定参数对横、斜形骨折两种情况下骨愈合过程的影响,利用Python对Abaqus进行二次开发,对综合力学调控及细胞分化的作用下的骨愈合过程进行模拟;同时采用正交实验的设计方法,对不同内固定参数对骨愈合过程的影响进行研究,利用L₉(3⁴)正交表对不同的内固定参数进行组合,对不同组合下的愈合过程及结果进行分析,优选长效内固定方式。分析结果表明,横形骨折在愈合初期的愈合效果优于斜形骨折的愈合效果;使用接骨板进行固定时,不同参数对愈合形式产生不同的影响,接骨板的工作长度对骨折愈合过程影响较大,较小的工作长度使横、斜形骨折的愈合过程出现较大的差异,横形骨折较斜形骨折更早地愈合至1 000 MPa;增加工作长度,横、斜形骨折愈合形式相近,并且两者16周的愈合结果皆高于1 400 MPa;同时,接骨板及螺钉上的最大等效应力随着工作长度的增加出现降低的趋势;整体来说,骨折近端空出1～2孔,为骨折的愈合提供较好的力学环境;横、斜形骨折的愈合速率与内固定系统参数的选择有很大的相关性,斜形骨折对内固定系统的稳定性要求高于横形骨折,因此斜形骨折下应当适当增加螺钉数量,以保证其对稳定性的要求。     

微型接骨板治疗儿童尺桡骨骨折疗效观察

目的：探讨微型接骨板内固定治疗儿童尺桡骨骨折的疗效。方法：自2007年5月至2008年8月共收治的25例儿童尺桡骨骨折,应用微型接骨板进行内固定治疗,根据术中固定情况,指导患儿进行功能锻炼,观察骨折愈合情况。结果：随访2～12个月,平均随访时间6个月。术后切口愈合良好,肘腕部屈伸及前臂旋转活动满意。根据临床骨折愈合评判标准和X线摄片,所有骨折均达临床一期愈合标准。结论：切开复位微型接骨板内固定治疗儿童尺桡骨骨折,固定可靠,术后可早期进行功能锻炼,利于前臂功能的康复,是一种较理想的治疗儿童尺桡骨骨折方法。     

骨折内固定接骨板破坏原因分析与实验研究

临床用接骨板内固定骨折,在骨折愈合过程中钢板发生破坏现象时有发生,我们应用静强度理论模拟人体单肢站立承受太弯组合变形,在人体新鲜尸体下肢人为造成骨折,用接骨板固定。对接骨板进行应变测量,还对接骨板进行疲劳实验、四点弯曲实验。用静强度理论和低周疲劳劳强度理论分析接骨板的破坏原因,旨在为设计应用接骨板提供理论依据。     

股骨静力交锁髓内钉生物力学性能及对骨折愈合的影响

背景:交锁髓内钉是治疗股骨骨折的常用内固定器械,术中是否常规提拉加压,以及术后是否及时动力化,对骨折愈合起着至关重要的作用,如何通过干扰各种因素来提高骨折愈合率是人们研究的重点。目的:观察股骨静力交锁髓内钉生物力学性能及对骨折愈合的影响。方法:采用甲醛浸泡的成人尸体股骨标本8对,制成中段横形骨折模型后分别用静力型交锁髓内钉(髓内钉组)、TiNi环抱式接骨板(环抱器组)、有限接触动力加压接骨板(加压钢板组)固定,测试抗轴向压缩、抗三点弯曲和抗扭转力学性能,计算应力遮挡率。结果与结论:髓内钉组与加压钢板组相比,抗轴向压缩性能和抗三点弯曲性能相当(P0.05),但抗扭转性能较弱(P0.05);与环抱器组相比,抗轴向压缩性能和抗三点弯曲性能较强(P0.05),而抗扭转性能差异无显著性意义(P0.05);髓内钉组的应力遮挡率与加压钢板组差异无显著性意义(P0.05),明显高于环抱器组(P0.01)。提示交锁髓内钉的生物力学稳定性可靠,但应力遮挡率较高,临床应用时需及时对其动力化,促进骨折愈合。     

内固定外置治疗儿童胫骨开放性骨折

[摘要] 目的 探讨运用锁定加压接骨板外置治疗儿童胫骨开放性骨折疗效。方法 2010年2月至2014年2月本科共收治27例胫骨开放性骨折患儿，平均年龄7.7岁，按照Gustilo骨折分型标准：Ⅱ度17例，Ⅲ度10例。采用锁定加压接骨板皮外固定进行治疗，并进行随访。 结果 平均随访11个月，骨折均愈合，平均愈合时间9.5周，无延迟愈合或畸形愈合病例。未见松动，位移，断钉断板，无钉道感染病例。 结论 锁定加压接骨板外置治疗儿童胫骨开放性骨折，固定可靠，疗效满意，可作为一种有益的补充方法。     

浅述应力与骨折愈合的关系

骨组织对应力刺激有良好的适应性,骨折愈合的好坏与其力学密切相关.接骨板固定、骨外固定的力学性能不同,构成的力学环境有异,因而对骨折愈合的影响亦不相同.应力刺激骨折愈合的机制仍不清楚,骨细胞具有感受力学信号的功能.     

形状记忆锯齿臂环抱内固定器的稳定性研究

本文采用５２根犬股骨作中段截骨，分别以新设计的形状记忆锯齿臂环抱内固定器、接骨板和髓内钉进行固定。然后对三种固定方法对固定骨段的应力遮挡率、不同加载方向的弯曲强度和扭转强度进行测试。试验证实环抱器有良好的抱持力，固定后其抗弯强度与接骨板无明显差异，而其应力遮挡率却明显低于接骨板（ｐ＜０．０１），同时抗扭作用又明显高于髓内钉（ｐ＜０．０１）。上述结果提示，环抱器可在对骨折提供可靠固定的同时，避免接骨板所致的应力遮挡性骨质疏松，具备髓内钉所没有的良好抗扭能力，并在安放时不损伤髓内血供和骨膜，具有良好的应用前景。     

应力松弛接骨板对骨应力遮挡率影响的实验研究

将螺孔部衬有不同数量、不同厚度聚乙烯垫圈的３１６Ｌ不锈钢接骨板置于２０根聚甲基丙烯酸甲酯模拟骨中段。分别在固定后不同时期测定不同载荷下接骨板内二螺孔间的外表面及接骨板对侧模拟骨中段的应变值，从而计算出应力遮挡率。结果发现，有垫与无垫接骨板组在术后１０周内的应力遮挡率无统计学差异，１０周以后两组间出现显著性差异，无垫组保持不变，有垫组的应力遮挡率逐渐下降。在垫圈厚度相同时，衬垫数量越多（本实验最多采用４孔４垫），后期应力遮挡率下降越明显。表明应力遮挡率的变化与垫圈数量关系密切。     

应力松弛接骨板对骨应力遮挡率影响的实验研究

将螺孔部衬有不同数量、不同厚度聚乙烯垫圈的３１６Ｌ不锈钢接骨板置于２０根聚甲基丙烯酸甲酯模拟骨中段。分别在固定后不同时期测定不同载荷下接骨板内二螺孔间的外表面及接骨板对侧模拟骨中段的应变值，从而计算出应力遮挡率。结果发现，有垫与无垫接骨板组在术后１０周内的应力遮挡率无统计学差异，１０周以后两组间出现显著性差异，无垫组保持不变，有垫组的应力遮挡率逐渐下降。在垫圈厚度相同时，衬垫数量越多（本实验最多采用４孔４垫），后期应力遮挡率下降越明显。表明应力遮挡率的变化与垫圈数量关系密切。