锁定钢板外置与单臂一体式外固定支架固定骨折的生物力学研究

[摘要] 目的 通过对锁定钢板（LCP）外置与外固定支架固定骨折的生物力学的研究分析，为临床应用锁定钢板外置固定治疗提供理论依据。方法 选择不同长度的牛小腿骨（胫骨20条形成骨折标本并随机分成两组），分别采用锁定钢板外置固定和外固定支架固，观察标本在不同的载荷下承受的轴向压缩、扭转和弯曲作用下变化情况。结果 两组在100、200、300、400、500、600、700N载荷轴向压缩值比较差异均有统计学意义（P<0.05），且随着载荷越大则轴向压缩值差距越大。两组在4、6、8、10、12、14N.cm扭转角度比较差异均有统计学意义（P<0.05），且随着载荷越大则扭转角度值差距越大。两组在50、100、150、200、250、300 N载荷弯曲位移值比较差异均有统计学意义（P<0.05），且随着载荷越大则弯曲位移值差距越大。结论 锁定钢板外置固定骨折在轴向压缩、扭转和弯曲等生物力学方面优于外固定支架，其在临床治疗开放性骨折方面有着潜在的应用价值。     

Edwards套棒方法治疗胸腰段脊柱不稳定损伤的生物力学实验研究

本文报告Edwards套棒装置及单纯Harrington分离棒治疗胸腰椎不稳定损伤的力学实验研究结果。取成年猪新鲜胸腰椎脊柱6具,切断前纵韧带、椎间盘纤维环、后纵韧带,造成前中柱不稳定损伤15处。测力传感器固定于椎体前缘并骑跨损伤处,使之检测纵向复位力。单侧内固定装置固定。实验结果表明:单侧Edwards套棒装置产生纵向复位力量89N,较Harrington分离棒48.7N提高82.7％(P<0.0005);二种内固定装置分别用于胸、腰椎时,纵向复位力均无显著差异(P<0.05),表明胸段肋骨对纵向复位力无影响。生物力学分析,纵向复位力与横向前推力成正比例关系,增大内固定装置对伤椎的横向前推力,可提高纵向复位力量。同时其它学者也报告Edwards套棒装置具有良好的脊柱三维稳定作用。所以,作者认为Edwards套棒装置集对脊柱骨折复位与稳定于一体,是理想的内固定装置。     

桥接内固定系统髓内固定治疗锁骨中段骨折的有限元分析北大核心

背景:髓内固定治疗锁骨中段骨折已是一种有效且安全的固定方式,然而髓内钉松动移位、钉尾软组织激惹等问题突出。部分带锁髓内钉手术操作难度大,难以推广应用。髓内固定治疗锁骨骨折仍有较大的改进空间,有待设计出一种新型髓内固定产品来减少这些问题。目的:使用有限元分析方法探讨桥接内固定系统髓内固定治疗锁骨中段骨折的生物力学稳定性,为临床应用提供科学参考。方法:利用1名青年志愿者的锁骨CT数据通过相关软件建立锁骨中段横行骨折的有限元模型,根据骨折内固定原则,分别组装成锁定板、桥接内固定系统和钛制弹性钉内固定有限元模型。最后使用ANSYS 15.0软件进行网格划分、施加载荷和数据处理,比较各模型锁骨和内固定的应力分布、最大Von Mises应力及最大位移情况。结果与结论:①不同载荷下,桥接内固定系统髓内固定锁骨中段骨折的应力分布与钛制弹性钉固定类似,髓内连接棒在骨折断端附近出现应力集中现象,异同点是桥接内固定系统髓外锁定处出现次级应力集中,使桥接内固定系统组整体应力较钛制弹性钉组更分散;②轴向压缩载荷下,桥接内固定系统组锁骨最大Von Mises应力为251.96 MPa,高于其他两组;骨折面的最大Von Mises应力为33.79 MPa,低于其他两组;悬臂弯曲、顺/逆时针扭转载荷下,桥接内固定系统组锁骨和骨折面的最大Von Mises应力均小于钛制弹性钉组而大于锁定板组;③不同载荷下,3组中植入物的最大Von Mises应力均出现在骨折端附近,其中钛制弹性钉的应力峰值最大,桥接内固定系统次之,锁定板最小;④不同载荷下,各组中锁骨的最大位移均在锁骨远端,其中钛制弹性钉组中锁骨远端及骨折端的位移峰值最大,桥接内固定系统组次之,锁定板组及无损锁骨较小;⑤提示桥接内固定系统髓内固定治疗锁骨中段骨折的生物力学稳定性优于钛制弹性钉固定,内固定松动移位风险较钛制弹性钉低,但固定强度不如锁定板。     

纵向生理加压外固定器的生物力学分析

背景：目前骨外固定器大多为刚性结构,对骨折端存在过多的应力遮挡,影响骨折愈合速度及骨痂质量,甚至骨折发生不愈合。 目的：观察纵向生理加压外固定器固定胫骨中段横断骨折后与人体正常胫骨生物力学强度的差异。 方法：选取12根新鲜胫骨标本随机分为试验组和对照组,试验组分别用线锯造成胫骨中段横断骨折,纵向生理加压外固定器固定;对照组即正常胫骨。分别进行轴向载荷、弯曲载荷、扭转载荷作用下的力学实验,记录每一级加载后胫骨的位移及扭转角度,计算出轴向压缩刚度、弯曲刚度及扭转刚度。 结果与结论：在生理范围内加载下,试验左右应变略大于对照组,但其固定后整体刚度与对照组无显著性差异(P > 0.05);试验组的弯曲应变大于对照组,但其整体刚度与对照组无显著性差异(P > 0.05);两组整体扭转刚度无明显差异(P > 0.05);试验组极限弯曲载荷明显大于对照组(P < 0.05)。提示纵向生理加压外固定器能够达到足够的生物力学强度,有良好的稳定性,对骨折能起到生物学固定。     

双凤尾钢板植骨内固定治疗胸腰椎爆裂骨折的生物力学测试

目的 对双凤尾钢板治疗胸腰椎爆裂骨折进行生物力学评价和临床应用观察。方法 取成年男性尸体脊柱标本(T12-L2),制成8具L1椎体爆裂骨折模型。按实际手术方法放置双凤尾钢板。对试件分别进行轴向和弯曲扭转加载测试。临床观察应用双凤尾钢板治疗胸腰椎爆裂骨折的效果。结果 压缩实验和弯曲扭转实验中,各点应变值与载荷均呈线性关系。当轴向载荷达到600N或扭矩达到600N·cm时,这种线性关系未改变。弯扭矩与模型两端之间相对扭转角的增加呈线性关系。弯扭矩达到600N·cm时,扭转角只有6.26°。临床观察表明双凤尾钢板固定可靠。结论 双凤尾钢板固定具有良好的稳定性,表现出高弹性,符合生物学固定的原则。值得临床推广应用。     

Luque棒生理负荷下的实验应力分析

Luque棒断裂、旋转和错动导致治疗失败,已引起临床专家的重视,目前尚缺乏有关的生物力学实验和分析。本实验应用8具新鲜猪脊柱,分4级载荷(100N,200N,300N,400N)测试Luque棒的应力分布及其影响因素。结果表明:生理负荷下,Luque棒中段承力最大,应力随负荷增加而增大,在400N负荷下,应力接近316L不锈钢材料的疲劳限度。钢丝固定的松紧度影响Luque棒受力的均衡。根据研究结果,作者找出了Luque棒生理轴压下的应力分布及其影响因素。作者同时还指出:新型脊柱内固定结构的研究,应考虑固定结构受力后的应力分布情况,依据力学原理,使固定物应力分布均衡。同时,强调Luque系统的规范化操作是保障脊柱固定可靠和固定物力学稳定的重要环节。     

一种新型环形外固定架不同穿针构型对于整体稳定性影响的生物力学有限元分析

目的 比较胫骨骨折中新型环形外固定架不同穿针构型的力学性能差异，为进一步临床应用提供一定的理论基础。方法 通过有限元分析软件Abaqus对新型环形外固定架和固定装置－胫骨骨折模型系统进行仿真模拟，测量轴向载荷和扭转载荷时的骨折端相对位移和环形外固定架的应力分布，对不同构型的新型环形外固定架的生物力学性能进行评价。结果 有限元分析表明，在700 N的轴向力下，构型1发生轴向位移距离最大（2.22 mm），构型2次之（1.36 mm），构型3发生轴向位移距离最小（0.87 mm）；在10 Nm的轴向扭矩作用下，构型1发生轴向扭转角最大（6.87°），构型2次之（5.01°），构型3发生轴向扭转角最小（4.33°）。结论 应用新型环形外固定架治疗伴有严重软组织损伤的胫骨骨折时，构型1仅可作为临时固定方式，构型2和构型3均可作为终末固定方式，其中构型3的力学性能最佳，不论是轴向压缩还是扭转，其应力与变形均较小。     

两种不同材料外固定支架固定胫骨骨折的生物力学研究

目的 通过在实体胫骨上对两种不同弹性模量的外固定材料进行生物力学测试,探讨两种不同弹性模量的外固定材料对胫骨骨折应力及其分布的影响。方法 选择12套成人尸体胫骨,将胫骨中段横行锯断,制作胫骨骨折模型。将骨折标本解剖复位后分别以铝合金材料外固定支架（高弹性模量,弹性模量为110 GPa）和PEEK、碳纤维树脂材料外固定支架（低弹性模量,弹性模量为7.0 GPa及11.4 GPa）固定。在骨折断面及钉道周围共粘贴13个电阻应变片,然后将模型分别置于Zwick Z100电子万能材料实验机及扭转试验机（RNJ-500）上,以线性载荷0 ~ 600 N、扭转载荷0 ~ 2.5 N？m加载,分析局部应力,测量两种不同材料外固定系统在相同载荷条件下骨折断面及钉道周围应力的大小和分布特点。结果 在实验载荷条件下,传统外固定支架和高分子外固定支架骨折断端和钉道周围应力均随着轴向载荷或扭转载荷的增大而增大。在同一线性载荷或扭转载荷下,高分子外固定支架组较传统外固定支架组在13个测试应变点应变值应力分布更均匀,应变值大,其差异均有显著统计学意义（P 〈 0.01）。 结论 高分子材料外固定器治疗骨折中可明显降低应力遮挡,从而利于应力传导,从生物力学角度可以推广使用。     

不同内固定器固定股骨髁上骨折的生物力学比较

背景：治疗股骨髁上骨折的内固定方法很多,其中主要有偏心位固定的钢板类和中心位固定的髓内钉类。由于两者生物力学特性的差异,在治疗股骨髁上骨折的临床疗效也不同。 目的：对治疗股骨髁上骨折的两种固定器进行生物力学对比,探讨两种固定器固定股骨髁上骨折时的应力分布差异,从而为临床选择理想的内固定器提供理论依据。 方法：选择12套成人尸体股骨,将股骨髁上横行锯断,制作股骨髁上骨折模型。将骨折标本解剖复位后,按照手术操作方法用微创内固定系统和逆行交锁髓内钉固定。在骨折断面及钉道周围共粘贴6个电阻应变片,然后将骨折模型分别置于Zwick Z100电子万能材料实验机及扭转试验机(RNJ-500)上,以线性载荷0-400 N、扭转载荷0-20 N•m加载,分析局部应力,测量两种固定器在相同载荷条件下骨折断面及钉道周围应力的大小和分布特点。 结果与结论：在实验载荷条件下,逆行交锁髓内钉组和LISS钢板组骨折断端和钉道周围应力均随着轴向载荷和扭转载荷的增大而增大。在同一轴向载荷下,逆行交锁髓内钉组较LISS钢板组在6个测试应变点应变值大(P < 0.01);在同一扭转载荷下,LISS钢板组较逆行交锁髓内钉组在6个测试应变点应变值大(P < 0.01)。 结果显示,逆行交锁髓内钉固定股骨髁上骨折中可明显降低应力遮挡,从而利于应力传导,并具有良好的抗扭转能力,从生物力学角度可以推广使用。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;组织工程全文链接：     

后路单钉棒治疗骶髂关节脱位的生物力学特性及其有效性

背景：目前骶髂螺钉广泛应用于治疗骶髂关节脱位,但是生物力学性能较差,不能达到坚强内固定。 目的：探讨应用单钉棒治疗骶髂关节脱位的力学强度及临床疗效。 方法：①取成年防腐标本12具,男女各半,分别切断骶髂关节韧带及耻骨联合结构,制作骶髂关节脱位、耻骨联合分离模型,将标本随机等分为骶髂螺钉固定组和骨盆后路单钉棒固定组,分别采用骶髂螺钉固定和骨盆后路单钉棒固定方法固定。②设定单钉棒系统临床适应证,收集16例骶髂关节脱位患者的临床资料,采用Mears的影像评定标准和骨盆骨折Majeed疗效评分评定固定效果。 结果与结论：在相同载荷下,骶髂关节标本后路单钉棒固定组的位移、轴向刚度、极限载荷和屈服载荷均大于骶髂螺钉组(P < 0.05)。16例患者随访时间平均为23.2个月(3~45个月)。根据Mears的影像评定标准,固定后解剖复位13例,满意3例。骨盆骨折Majeed疗效评分为60~100分,平均82分;其中C1型骨折的疗效优良率为82%,C2型为80%。提示与骶髂螺钉比较,应用后路单钉棒治疗骶髂关节脱位,其内固定强度更为可靠,临床疗效也更满意。     

胸腰椎骨折单侧固定的有限元探讨

目的:通过有限元运算方法探讨胸腰椎骨折单侧固定的生物力学效果和可行性.方法:采用正常健康志愿者数据构建胸腰椎骨折有限元模型,装配单侧固定系统和双侧固定系统,对其进行有限元运算模拟.结果:通过有限元运算获得的结果分析,采取单侧固定的静态应力、最大应力与最大位移都明显提示较双侧固定不稳定(P<0.05).结论:胸腰椎骨折采取单侧固定后其有限元运算的结果提示其生物力学效应较差,在临床应用中单侧固定选择需要慎重,避免矫形复位手术的失败.     

不同内固定物治疗胫骨平台后内侧骨折的生物力学分析

背景：胫骨平台后内侧骨折的治疗较困难,容易出现因骨折固定方式选择不当导致骨折再次移位、骨不连、内固定失效及关节功能活动障碍等并发症。 目的：分析3种胫骨平台后内侧骨折不同固定方法的生物力学效果。 方法：27具新鲜骨标本,制成胫骨平台后内侧骨折模型,分别制成正常组,双钢板固定组,T形钢板固定组,拉力螺钉固定组。对以上3组进行压力、载荷-位移、应力强度、刚度和旋转性能测试。 结果与结论：双钢板固定组载荷-位移显著小于T型钢板固定组和拉力螺钉固定组,双钢板固定组轴向刚度、水平剪切刚度及转矩扭角变化,均显著大于T型钢板固定组和拉力螺钉固定组。提示胫骨平台后内侧骨折双钢板固定较其他2种方法更具有生物力学上的稳定性。     

脊柱胸腰段骨折后路经伤椎单节段固定与常规短节段固定的力学性能比较

目的 应用三维有限元技术构建胸腰椎骨折经伤椎单节段固定及常规短节段固定模型,研究经伤椎单节段固定的生物力学特点,论证其在胸腰椎骨折治疗中应用的可行性。方法 选取青壮年健康男性志愿者,利用CT扫描数据建立脊柱T10~L2正常模型、T12骨折模型以及经伤椎单节段固定和短节段固定模型;分析在轴向压缩、前屈、后伸、侧屈及轴向旋转下各个节段的最大位移差及内固定物的应力情况。结果 骨折模型T10~11、T11~12、T12~L1的最大位移差较正常模型在大多数加载情况时明显增大,经短节段或者经伤椎单节段固定后,该值明显减小,两种固定方式无显著差异。内固定物应力方面：在轴向压缩及前屈时,经伤椎单节段固定模型中螺钉应力明显低于短节段固定;而在后伸、侧屈及轴向旋转时,螺钉应力无明显差异。对于固定棒,轴向压缩及前屈时,两种固定方式无差异;后伸及侧屈时经伤椎节段固定应力高于短节段固定,而旋转时则恰恰相反。结论 对于胸腰段单节段不完全骨折,经伤椎单节段固定可以提供与常规短节段固定相近的生物力学稳定性,是治疗胸腰椎不完全骨折的一种良好的选择。     

掌侧逆行固定治疗腕舟骨腰部骨折三维有限元分析

目的 建立腕舟骨腰部骨折掌侧入路螺钉逆行固定与顺行固定的三维有限元模型,分析对比逆行固定与顺行固定术后的生物力学稳定性,为逆行固定提供生物力学依据.方法 通过CT扫描获取尺桡骨远端、各腕骨与掌骨近端的空间结构信息,利用三维有限元软件建立腕舟骨腰部骨折模型.接着以临床手术操作为参照,建立不同角度螺钉逆行固定模型以及将螺钉置于腕舟骨轴线的顺行固定术后的三维有限元模型.模拟腕舟骨腰部骨折螺钉内固定术后的受力情况,比较分析逆行固定不同螺钉内固定位置骨折端水平位移和螺钉所受最大应力大小,并与顺行固定模型对比.结果 在所有逆行固定模型中,螺钉在腕舟骨轴线上时螺钉所受应力最小、骨折端水平移位最小.在所有模型之中,顺行固定模型螺钉所受最大应力最小、骨折端水平移位最小,且与逆行固定螺钉在腕舟骨轴线时的模型非常接近.结论 逆行固定时将螺钉置于舟骨轴线时模型最稳定,而当螺钉置于舟骨轴线上时,逆行固定与顺行固定生物力学稳定性未见明细差异.     

股骨颈骨折内固定方式的有限元分析

目的　研究股骨颈骨折不同内固定方式对骨折端应力分布规律的影响 ,寻找符合生物力学原理的最佳内固定方式 ,为临床应用提供理论依据。方法　在Pro/ENGINEER中建立股骨近端实体模型 ,导入ANSYS 5 7建立有限元模型。在单钉固定的情况下对Pauwel,s角为 5 0°的经颈型骨折模型施加载荷 ,通过不同固定角度时的力学特征综合评价固定效果 ,并找出最佳固定角度 ;对该最佳固定角度下多钉不同固定方式进行计算和分析 ,评价不同固定方式的优劣。结果　单钉固定时当固定角度为 5 0°时 ,各参数同时达到最小值 ,说明以该角度固定可取得最佳的力学效果 ;如采用多钉固定 ,两钉横放效果最差 ,两钉竖放抗扭性较差 ,两钉斜放和三钉固定时力学环境好。从临床实用角度综合分析 ,单钉固定力学效果较好 ,且操作简单。结论　不同固定角度和螺钉组合方式对骨折面的力学环境有重要影响。     

微型钢板内固定掌指骨骨折的生物力学评价

背景：掌指骨骨折是常见的骨折之一,临床多应用内固定物置入治疗。 目的：评价不同内固定物置入固定掌指骨骨折的生物力学性能以及相应的临床应用效果。 方法：通过测定掌指骨骨折微型钢板内固定、螺钉内固定、克氏针内固定以及钢丝内固定的轴向压缩应变、轴向移位和弯曲应变等生物力学性能的变化,明确掌指骨骨折理想的内固定置入物,并明确临床应用的内固定效果。 结果与结论：生物力学测试结果显示,在相同的生理载荷作用下,微型钢板内固定掌指骨骨折的轴向压缩应变、轴向移位以及弯曲应变均最小,其次是交叉克氏针内固定,而钢丝内固定的轴向压缩应变、轴向移位和弯曲应变均最大。测试结果表明微型钢板内固定是掌指骨骨折首选的内固定置入物。并且临床结果显示微型钢板内固定掌指骨骨折的优良率可达87%,无内固定物的松动、断裂以及复位丢失等并发症的发生,能够获得满意的内固定效果。     

骨盆骨折S_1螺钉结合棒板内固定系统的生物力学评价

目的探讨采用自行研制的S1螺钉结合棒-板内固定系统治疗骨盆骨折的生物力学性能,为临床应用提供科学依据.方法采集新鲜的冷冻尸体骨盆标本10具,造成C1～3骨盆骨折模型,分别应用S1螺钉结合棒-板内固定系统、S1螺钉结合Galveston技术内固定、骶骨棒、骶髂关节螺钉、前路重建钢板等内固定方法固定,采用实验应力分析方法对其力学性能进行比较研究.结果骨盆骨折采用S1螺钉结合棒-板内固定系统,其强度、刚度、稳定性均接近正常骨盆,统计学无显著性差异(P＞O.05),与其它内固定方法比较均有显著差异(P＜0.05).结论采用S1螺钉结合棒-板内固定系统治疗骨盆骨折,其强度、刚度最佳,优于其它内固定方法,是一种理想的新型内固定器械.     

股骨转子间骨折内固定器械研究进展

股骨转子间骨折是常见的骨折，亦是当今创伤骨科的研究热点。随着对股骨转子间骨折认识的深入及手术固定材料技术的发展，目前手术内固定治疗已成为首选治疗方式，现行的手术内固定治疗方式主要有髓外固定和髓内固定两种，二者各有优势，但也存在不足。髓内固定因微创和生物力学的优势逐渐成为主流内固定治疗方式。本文就股骨转子间骨折内固定器械的设计、优缺点、临床应用及其发展等方面进行综述，以期为临床内固定选择提供参考。     

单边多平面可调式骨外固定器的设计及生物力学特点

背景：对骨折患者行损伤控制性复位固定后待条件改善再作二次复位固定时,需另寻合适穿钉点重新固定,或须配置繁杂的组件方能原钉位调整固定。 目的：设计一种可以在非正常医疗条件下对四肢开放粉碎性骨折进行损伤控制性固定并能实现无创性二次复位和固定的单边多平面可调式骨外固定器,并对其进行生物力学试验。 方法：成年大猪股骨标本24具,制作成粉碎骨折模型12个,分为安装自制单边多平面可调式骨外固定器的实验组和安装AO管状外固定器的对照组,分别从轴向、剪切、旋转3种状态下进行生物力学检测。 结果与结论：实验组和对照组在抗压力、抗剪切、抗旋转方面差异无显著性意义。单边多平面可调式骨外固定器能在伤肢1/3周径范围内任意安装固定钉进行临时复位固定,再次复位时不需重新置钉即可利用原组件重新获得牢固固定。     

髓内与髓外系统骨钉置入治疗不稳定股骨转子间骨折的综合效果评价

背景：目前临床用于治疗不稳定股骨转子间骨折的内固定材料总体来说分两种：髓内系统和髓外系统,对其治疗效果尚缺乏宏观的比较。 目的：比较髓内系统与髓外系统治疗不稳定股骨转子间骨折的疗效。 方法：217例不稳定股骨转子间骨折患者(Evans分型：Ⅲ型-Ⅴ型与R型),分别采用髓外系统和髓内系统进行治疗,其中18例动力髁螺钉,67例动力髋螺钉,43例重建钉,72例股骨近端防旋刀片髓内钉,17例新一代双钉加压交锁髓内钉,对手术时间、切口范围、术中出血量、卧床时间、骨折愈合时间、并发症发生和髋关节功能评分进行临床分析比较。 结果与结论：术中出血量、手术时间、卧床时间、并发症的发生及髋关节功能评分方面髓内系统均优于髓外系统,但切口范围和骨折愈合时间方面两者差异无显著性意义。结果可见髓内系统较髓外系统治疗不稳定的股骨转子间骨折,手术时间短,出血少,固定稳固可靠,且患者术后可早期功能锻炼,明显缩短卧床时间,减少并发症的发生,有利于术后髋关节功能恢复,是治疗不稳定股骨转子间骨折的理想方法。