有限元分析LISS-DF治疗股骨远端骨折近端螺钉单双皮质不同组合固定方式的应力分布*☆

背景：如何确定LISS-DF近端螺钉单双皮质合理搭配的固定方式,以便达到骨折两端螺钉固定强度的相对平衡,降低锁定钢板、螺钉和骨皮质之间的剪切应力,避免螺钉的应力集中,产生更有效的治疗结果是避免内固定失败的关键。 目的：对LISS-DF钢板治疗股骨远端骨折近端螺钉单双皮质不同组合的固定方式进行有限元分析及力学评价。 方法：在ANSYS 9.0软件中建立LISS-DF钢板固定股骨远端骨折(AO/OTA33-A3型)的实体模型和有限元模型。在近端螺钉单、双皮质不同组合固定方式下,通过模拟生理应力做轴向加压、扭转实验,同时评估近端螺钉的应力变化。 结果与结论：在16种不同组合方式中,当近端螺钉组合为1,3单2,4双皮质固定时,近端4枚螺钉的应力均值最小为24.219 75 N,同时剪切应力均值亦为最小,位移变化与其他组合固定方式相当且均较小。提示近端螺钉靠近骨折端处双皮质固定,其余螺钉依次单双皮质交替固定时,LISS-DF系统应力分散,抗拔出和抗扭转效果好,从而减少钢板螺钉早期的松动脱落。 关键词：应力分布;LISS-DF;股骨远端骨折;内固定;有限元分析 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2012.04.002     

LISS-DF近端螺钉不同固定方式的有限元分析

目的 研究LISS-DF治疗股骨远端骨折近端螺钉不同固定方式对应力分布规律的影响,寻找符合生物力学原理的固定方式,为临床应用提供理论依据.方法 在ANSYS9.0软件中建立LISS-DF钢板固定股骨远端骨折(AO/OTA33-A3型)的实体模型和有限元模型.在近端螺钉不同单、双皮质固定方式下,通过模拟生理应力做轴向加载实验并进行有限元计算和分析.结果 1、3孔单2、4孔双皮质固定时,近端螺钉最大应力值在不同固定方式中最小为24.21975Mpa,位移值为0.131424um与其它固定方式相当且均较小,说明该固定方式可以取得较好的力学效果.结论 近端螺钉靠近骨折端处双皮质固定,其余螺钉间隔单双皮质固定时,可以减少应力集中现象,得到更好的把持力,使固定更牢固,从而降低固定失败的风险性.     

LISS钢板治疗股骨远端骨折的生物力学研究

目的 探讨LISS钢板治疗股骨远端骨折时,如何通过合理分配骨折近端单双皮质固定螺钉,达到有效的固定 方法 本研究取115根新鲜羊右侧股骨,造成股骨远端AO分型33-A3型骨折,并均采用5孔右侧股骨远端LISS钢板予以固定,在骨折近端固定螺钉单双皮质不同分布状态下,分别作拔出、扭转的生物力学对比实验研究 结果 骨折近端螺钉第1、3孔采用双皮质固定在达到钢板、螺钉的固定平衡性及对抗扭转拔出方面明显优于其他各实验组 结论 本研究发现,采用LISS钢板治疗股骨远端33-A3型骨折时,骨折近端螺钉第1、3孔双皮质固定在达到钢板、螺钉的固定平衡性及对抗扭转拔出方面明显优于其他各实验组,能够有效地降低钢板、螺钉与骨质之间的剪切力、扭转力,从而防止螺钉、钢板早期松动脱落。     

动力髋联合空心钉与动力髋联合内侧板治疗PauwelsⅢ型股骨颈骨折的有限元分析比较

目的探究动力髋螺钉(DHS)的两种手术方式(DHS联合空心钉和DHS联合股骨颈内侧板)治疗PauwelsⅢ型股骨颈骨折的生物力学优缺点。方法建立采用3种内固定方法治疗PauwelsⅢ型股骨颈骨折的有限元模型。分别为单独使用DHS内固定、DHS联合空心钉固定、DHS联合股骨颈内侧板固定,并建立正常股骨模型用于与前3个模型对比分析。在相同边界及载荷条件下比较以下结果:4个模型的股骨颈内侧(股骨头下缘至股骨距到小转子的位置)的等效应力分布;3个内固定模型的内固定物的最大等效应力值;4个模型股骨头断端最大位移。结果股骨颈内侧等效应力分布最接近正常股骨的模型是DHS联合股骨颈内侧板,单纯DHS固定的模型和DHS联合空心钉固定的模型在股骨颈内侧的等效应力集中值大于正常股骨模型,分别为53.57 MPa和26.72 MPa。股骨头骨折断端总位移:单纯DHS固定模型的位移是4.01 mm,DHS联合空心钉固定模型的位移是1.73 mm,DHS联合股骨颈内侧板固定模型的位移是1.68 mm。DHS内固定物最大等效应力由大到小分别是:单独DHS固定为101.07 MPa,DHS联合空心钉固定为38.19 MPa,DHS联合股骨颈内侧板固定为22.69 MPa。结论DHS联合空心钉与DHS联合内侧板手术方式都优于单独DHS固定的手术方式。DHS联合空心钉固定能在股骨头位移相对较小的情况下维持较高的股骨颈应力,适合于股骨颈内侧相对完整及未出现粉碎骨折的患者;DHS联合内侧板可以更好地重建股骨力线,更适合于股骨颈内侧皮质处有粉碎骨折的患者。     

LISS-DF钢板近端螺钉不同固定方式的力学分析

背景:近年来LISS-DF钢板在临床上得到了广泛应用,随访过程出现了近端螺钉松动、退出的现象,这种现象与近端螺钉的单皮质固定是否存在着相关性尚无定论。目的:探讨LISS-DF钢板近端螺钉单双皮质不同组合方式固定的力学特性。方法:用185根新鲜羊股骨,造成股骨远端AO33-A3型骨折模型,均采用5孔LISS-DF钢板通过骨折近端螺钉单双皮质不同组合方式固定,分别作拔出、扭转力学实验,寻找理想的固定方式。结果与结论:骨折远、近端螺钉常规固定4孔,拔出实验显示:骨折近端螺钉第1、3双皮质、2、4双皮质及1、4双皮质固定时,骨折两端的抗拔出力无显著性差异(P0.05)。扭转实验显示:第1、3孔、2、4孔和1、4孔双皮质固定时的抗扭矩值大比较接近,其中1、3孔、2、4孔比较,无显著性差异(P0.05),其余各组之间比较差异显著(P0.05)。提示,采用相同规格的LISS-DF钢板治疗股骨远端骨折时,骨折近端螺钉第1、3孔或2、4孔双皮质组合方式固定时,骨折两端的钢板螺钉固定强度的平衡性好,同时在对抗扭转和抗拔出方面明显优于其他组合固定方式。     

三角稳定固定系统对股骨颈骨折生物力学特性的有限元分析

目的:运用有限元分析,探讨三角稳定固定系统对股骨颈骨折的生物力学特性。方法:选取1名健康青年志愿者,获取其股骨CT影像学资料,构建股骨三维模型及股骨颈骨折三维模型。运用Ansys12.1有限元分析软件,模拟人体直立情况下正三角、倒三角稳定固定系统对内固定物应力分布、骨折处位移的影响。结果:正三角内固定、倒三角内固定模型的股骨头最大等效应力接近,倒三角内固定模型的内固定物最大等效应力低于正三角内固定。正三角内固定、倒三角内固定模型的股骨近端、内固定物最大位移接近。结论:正三角、倒三角稳定固定系统的股骨头最大等效应力、股骨近端最大位移、内固定物最大位移接近,倒三角内固定模型的内固定物最大等效应力更低。 【关键词】三角稳定固定系统;股骨颈骨折;生物力学;有限元分析     

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.     

股骨转子间骨折:三角支架式锁定钢板的设计及生物力学评价

背景:股骨近端锁定加压钢板在设计上还存在缺陷问题,因此课题组在股骨近端锁定加压钢板的基础上,自行设计出超短力臂三角支架式锁定钢板(专利号:201220051751.2)。目的:设计制作超短力臂三角支架式锁定钢板,分析其生物力学性能。方法:将股骨近端锁定加压钢板近端2枚螺钉在股骨颈内形成支撑,自行设计出超短力臂三角支架式锁定钢板。取成人新鲜股骨标本5对,制作AO分型A3.1型转子间骨折(逆转子间骨折)模型,选择右侧为实验组,采用三角支架式锁定钢板固定;左侧为对照组,采用股骨近端锁定加压钢板固定。检测钢板近端螺钉孔应力分布、骨断端应力分布、骨折端张开角度及最大载荷等。结果与结论:1钢板近端螺钉应力分布:实验组近端4枚螺钉应力分布较为平均,且形成三角桁架2枚螺钉应力分布接近;对照组近端4枚螺钉应力分布不平均,近端螺钉承受应力较大,大于实验组(P0.05)。2骨断端的张开角度:实验组不同载荷下的张开角度明显小于对照组(P0.05)。3最大载荷:实验组能够承受的最大载荷高于对照组(P0.05),且两组破坏位置不同,实验组固定更合理。表明超短力臂三角支架式锁定钢板的各项生物力学性能优于股骨近端锁定加压钢板,固定可靠,可有效减少或避免钢板近端螺钉断裂、髋内翻等并发症。     

三种内固定装置应用于Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折的有限元分析

背景：目前临床上对于PauwelsⅢ型股骨颈骨折的内固定选用仍存在争议，选择提供稳定固定强度的内固定是实现PauwelsⅢ型骨折固定的关键基础。目的：利用三维有限元分析法测试3种类型内固定应用于PauwelsⅢ型股骨颈骨折的生物力学强度差异，为其临床治疗提供借鉴。方法：使用一名健康男性志愿者的左股骨CT数据，在Mimics软件中重建出一个完整的股骨及其骨松质，运用Geomagic studio软件进行逆向建模，并在UG-NX软件中创建出倒三角空心螺钉、动力髋螺钉、股骨颈动力交叉钉系统；将3种内固定模型分别装配至股骨模型上；通过Hypermesh软件模拟PauwelsⅢ型股骨颈骨折；最后应用Abaqus软件进行有限元实验分析，分析比较不同内固定系统固定股骨颈骨折所产生的应力分布、应力峰值、应变情况及位移分布。结果与结论：(1)股骨近端骨块的应力主要分布在骨折端附近股骨颈下方区域，动力髋螺钉组的应力峰值最大，股骨颈动力交叉钉系统组最小；(2)内固定装置的应力分布主要集中在骨折线附近的螺钉表面，股骨颈动力交叉钉系统组的应力峰值最大，动力髋螺钉组最小；(3)股骨近端骨块的主要应变场分布于骨与螺...     

强化螺钉骨水泥髓内钉固定治疗重度骨质疏松性股骨转子间Evans Ⅱ型骨折的生物力学有限元分析

目的 通过有限元分析探讨强化螺钉骨水泥髓内钉固定治疗重度骨质疏松性股骨转子间Evans Ⅱ型骨折的生物力学效果。方法 选取新疆医科大学第一附属医院骨科中心2020年10月5日收治的1例重度骨质疏松性Evans Ⅱ型左股骨转子间骨折患者的CT资料。患者女,73岁,身高160 cm,体质量56 kg。将患者髋部及股骨的CT数据在Mimics 20软件和 Geomagic Wrap 2017软件中进行提取、优化,得到右侧股骨三维模型;运用Solidworks 2017软件画出内固定模型并参考标准的手术技术进行股骨模型装配。将装配好的模型在3-Matic软件中进行截骨得到Evans Ⅱ型股骨转子间骨折模型,截取螺钉近端周围的部分松质骨设置为骨水泥部件,分别构建A模型[普通股骨近端防旋髓内钉（PFNA）内固定模型]、B模型（钉道强化PFNA内固定模型）及C模型（强化螺钉内固定模型）。按照患者CT数据及内固定的材质标准赋予相应的参数、条件,以及人体力学在股骨的受力及患者的体质量赋予载荷值分别储存,并利用ansys 2019软件中的Explicit Dynamics模块进行分析。观察指标：对比3种模型螺钉在股骨近端的切割程度、股骨颈向内翻角度、股骨颈内旋角度、应力在股骨的分布情况,以及股骨头近端移位情况。结果 3种模型螺钉在股骨近端骨水泥表面均由螺旋刀片四周向远端发生切割、形变、沉陷,程度由轻到重依次为C、B、A模型。股骨颈骨块内翻角度和股骨颈旋转角度,A、B模型均分别为0.37°和0.16°,C模型稍占优势分别为0.32°和0.15°。A模型应力主要集中在螺旋刀片和主钉交接处,B、C模型相较于A模型发生了应力转移,分散向骨水泥部位;C模型股骨骨折部分发生最大移位的距离为5.8 mm,相较于A、B模型（均为6.7 mm）减小。结论 强化螺钉内固定治疗重度骨质疏松性股骨转子间Evans Ⅱ型骨折较普通股骨PFNA及钉道强化PFNA具有更好的生物力学效果。