枢椎齿突骨折的有限元分析

目的：建立枢椎的三维有限元(FE)模型，探讨在前、后方不同载荷下齿突的不同损伤机制和骨折类型。方法：对一例新鲜枢椎标本进行CT扫描，层厚1mm，扫描图像转换后输入微机，通过软件PRO／E重建枢椎的三维立体模型，再转入有限元软件MARK并赋予此模型物理材料属性，然后模拟齿突骨折的受力条件，在齿突中性矢状面对齿突施加不同角度的载荷，分析各种条件下枢椎模型的应力、应变分布，探讨相应条件下可能导致的枢椎齿突骨折类型。结果：(1)对于齿突前部斜向后下方载荷，应力集中区从齿突前上部斜贯穿至后下部；对于齿突前部斜向后上方载荷，应力集中区从齿突前下部斜贯穿至后上部；齿突腰部始终保持高应力；(2)在齿突后部载荷下，其应力集中情况与前部载荷相似，不过应力集中区位置有所偏下。结论：(1)在齿突中性矢状面，齿突前部载荷容易导致齿突腰部发生断裂，形成枢椎齿突Ⅱ型骨折，也可能导致基底部发生断裂，形成枢椎齿突Ⅲ型骨折；(2)齿突后部载荷更容易导致基底部发生断裂，形成枢椎齿突Ⅲ型骨折。     

枢椎齿突II型骨折中空螺钉固定的三维有限元分析

目的　建立枢椎齿突Ⅱ型骨折螺钉固定的三维有限元模型,分析不同材料螺钉内固定对齿突Ⅱ型骨折术后稳定性的影响。 方法　通过CT扫描获取枢椎的空间结构信息,建立其三维有限元模型。模拟齿突骨折螺钉固定术后的受力情况,比较镁合金、钛合金两种材料螺钉固定下骨折端前后位移和骨折面及螺钉所承受的应力大小。 结果　（1）所建枢椎有限元模型外形逼真,几何相似性好,共包含为　32929个四面体单元、59265 个结点;（2）头部后伸、前屈活动时,钛合金螺钉最大应力分别为42.3MPa、　62.8 MPa,上骨折端最大位移分别为0.028mm、0.040 mm,;镁合金螺钉最大应力分别为33.6 MPa 、52.1 　MPa,上骨折端最大位移分别为0.036mm、0.056mm。 结论　应用CT 扫描获取枢椎空间结构信息建立的枢椎模型可用于生物力学实验,两种材料的螺钉固定枢椎齿突II型骨折时其最大应力均小于其材料的屈服强度,骨折端应力镁合金组大于钛合金组。     

枢椎齿突骨折的研究进展

枢椎齿突骨折约占全部颈椎损伤的 5 %～ 15 % [1] ,近 2 0年来 ,由于交通事故和建筑事故的增多 ,齿突骨折呈上升的趋势。因枢椎齿突有其独特的形态结构和重要的生物力学功能 ,最常见的齿突基底部骨折的不愈合率平均达 33 % [2 ,3] ,若处理不及时或不正确造成寰椎脱位 ,颈脊髓受压 ,导致瘫痪 ,甚至危及患者的生命。因此齿突骨折已引起高度的重视。在治疗方法上 ,过去多采用颅骨或枕颌带牵引 ,头颈胸石膏 ,ｈａｌｏ -ｖｅｓｔ支架固定等非手术治疗[4 ] 。随着人们对齿突骨折的深入认识和内固定器材的发展 ,近年来 ,许多患者根据不同的骨折类型…     

经颈前路螺钉内固定治疗齿突骨折的应用解剖

目的 :通过齿突的观测 ,为颈前路螺钉直接内固定治疗齿突骨折提供应用解剖学依据。方法 :测量 5 0例枢椎干燥标本的枢椎的高度、齿突基底部的外径和基底部皮质厚度。结果 :枢椎的高度为 3 8.3 2± 2 .1 1mm ,齿突基底部横径和矢径分别为 1 0 .5 1± 0 .83mm和 1 1 .65± 0 .92mm ,齿突基底部前、后及左、右侧的皮质厚度分别为 1 .62±0 .4 2mm、1 .5 5± 0 .3 1mm、1 .91± 0 .2 3mm和 2 .1 6± 0 .2 4mm。结论 :96%齿突不适合两枚直径 3 .5mm的螺钉固定 ,建议用直径 4 .5mm螺钉以 3 5～ 4 5mmm的深度和后倾 1 0°角度固定     

经后路寰枢椎椎弓根螺钉内固定治疗陈旧性齿突骨折

目的探讨经后路寰枢椎椎弓根螺钉内固定治疗陈旧性齿突骨折的临床疗效。方法 7例患者中,AndersonⅡ型陈旧性齿突骨折6例,不稳定Ⅲ型1例,术前日本骨科协会（JOA）评分为6~13分,平均9.6分,影像学检查均伴有寰枢椎不稳或脱位表现。采用经寰枢椎椎弓根螺钉进行固定,并在寰枢椎后弓间植入自体颗粒状骨。结果 7例患者全部得到随访,平均随访15个月,所有患者螺钉植入位置和复位均满意。寰枢椎植骨于术后6~9个月达骨性融合。术后3个月JOA评分12~17分,平均14.6分。所有患者颈部运动功能恢复良好,但轴向旋转活动部分丧失。结论应用寰枢椎椎弓根螺钉内固定治疗陈旧性齿突骨折可使寰枢椎获得即刻的坚强固定,有利于寰枢间植骨融合,疗效满意。     

不同长度齿突对螺钉把持力的测试

目的 评价不同长度齿突骨折螺钉内固定的生物力学效果。方法 收集20具新鲜成人枢椎标本,按齿突螺钉固定技术钻孔形成针道,模拟齿突II型骨折,测量齿突端针道长度,置入螺钉后测试旋入力矩、最大轴向拨出力和刚度测试,解剖观察钉道骨质构成。结果 钉道长度8.3mm～12.3mm,钉道长度与螺钉最大拔出力相关回归分析：相关系数r=0.28, 回归方程式：Y=156.69+67.97X (Y:：钉道长 X：拔出力),大于10mm和小于10mm两组间旋入力矩、最大轴向拨出力和刚度t检验无统计学上差异(P>0.05),齿尖部由皮质骨构成。结论 齿突长度和骨折端的稳定度关系不密切、与最大轴向拨出力成正比关系但并不显著,短于1cm的齿突对螺钉仍有较好的把持力。     

寰枢稚脱位前路減压复位术的应用解剖学研究

用15具尸体的头颈部,锯成正中矢状断面,观测了寰椎平面椎管与椎管内容间的关系。可见两种情况,一种为蛛网膜下腔宽大型,约占1/3,矢状径在17mm 以上;另一种为窄小型,约占2/3,矢状经在16mm 以下。在模拟齿突骨折伴寰椎向前脱位时,宽大型者,首先在前方的枢椎体后上缘构成对脊髓前面的压迫,移位加剧,寰椎后弓对脊髓后面也构成压迫。窄小型因蛛网膜下腔窄小,缓冲余地小,轻微的移位即可同时对脊髓前、后面构成压迫。故认为,在齿突骨折、寰枢椎脱位伴有神经症状时,后方入路单纯切除寰椎后弓减压,只能解除后方的压迫;若采用前方入路切除环椎前弓及折断的齿突,然后复位,可解决来自前后双方的压迫。     

齿突Ⅱ型骨折后枕颈部三维运动的变化规律

目的：研究齿突Ⅱ型骨折后枕颈部三维运动的变化规律，为临床选择治疗方法提供生物力学依据。方法：采用１１具新鲜尸体的枕颈部骨韧带标本（Ｃ０～Ｃ３），应用脊柱三维运动测量及分析系统，对标本施加１．５３Ｎｍ的纯力偶矩，就齿突Ⅱ型骨折后的枕颈部三维运动范围进行测量。结果：①寰枕关节的三维运动在齿突骨折后虽有增加，但无显著性意义；②寰枢关节三维运动范围有显著性增加的表现在旋转运动、前屈运动及屈伸、侧屈主运动时的藕合旋转运动。结论：齿突骨折后引起枕颈部不稳的主要原因系寰枢关节的轴向旋转不稳和前移不稳；手术治疗应以恢复齿突的完整和寰枢关节的稳定性为重点     

难复性环枢椎脱位伴瘫痪前路減压复位术的探讨

难复性环枢椎脱位,多为慢性完全性脱位伴有环枢外侧关节绞锁,单行颅骨牵引复位无效,处理甚为困难。笔者在15具尸体解剖观察结果以及在尸体上进行模拟实验后,采用经口环椎前弓和枢椎齿突切除前路减压复位术,治疗2例难复性环枢椎关节脱位伴瘫痪获得满意效果,并根据尸体解剖和摹拟实验讨论了前路手术的优点。     

双头和单头螺纹中空加压螺钉治疗齿突骨折的生物力学比较研究

目的:比较双头螺纹和单头螺纹中空加压螺钉的生物力学特性,为临床治疗齿突骨折提供科学依据。方法:选择20具枢椎骨标本,制成齿突Ⅱ型骨折模型,分别用双头螺纹和单头螺纹中空加压螺钉固定骨折,测试两种螺钉的剪切刚度和最大拔出力,作统计分析。结果:双头螺纹中空加压螺钉治疗组的剪切刚度显著高于单头螺纹中空加压螺钉治疗组(P<0.01),最大拔出力两者无显著差异(P>0.05)。结论:双头螺纹中空加压螺钉治疗齿突骨折具有更强的生物力学稳定性;对于骨质梳松者和手术操作引起钉道扩大的患者,应首选双头螺纹中空加压螺钉。     

新型带锁髓内钉在股骨粗隆间骨折愈合过程中的生物力学研究

目的 用三维有限元法测试新型股骨髓内钉（proximal femoral nail antirotation, PFNA）的刚度、强度等生物力学性能,探讨其在股骨粗隆间骨折愈合前后生物力学应力应变分布情况。方法 利用参数化设计软件UG建立髓内钉三维模型,并用三维图像处理软件MIMICS 对CT图片进行预处理,建立股骨骨折模型及愈合模型并进行数值模拟。结果 骨折愈合前,最大Von Mises应力发生在骨折位置,高达663 Mpa,髓内钉远端锁钉位置应力仅为113 Mpa;骨折愈合后,最大Von Mises应力发生在螺旋刀片与主钉接触位置,股骨干上的锁钉位置出现明显的应力集中现象。结论 骨折愈合后远端锁定钉位置常发生股骨干骨折,因此骨折愈合后应将髓内钉取出。     

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.     

3D Finite Element Analysis of a Man Hip Joint Femur under Impact Loads

Objective： The biomechanical characters of the bone fracture of the man femoral hip joint under impact loads are explored. Methods ：A biosystem model of the man femoral hip joint by using the GE （ General Electric） lightspeed multi-lay spiral CT is conducted. A 3D finite element model is established by employing the finite element software ANSYS. The FE analysis mainly concentrates on the effects of the impact directions arising from intense movements and the parenchyma on the femoral hip joint on the stress distributions of the proximal femur. Results：The parenchyma on the hip joint has relatively large relaxation effect on the impact loads. Conclusion：Effects of the angle δ of the impact load to the anterior direction and the angle γ of the impact load to the femur shaft on the bone fracture are given;δ has larger effect on the stress and strain distributions than the angle γ,which mainly represents the fracture of the upper femur including the femoral neck fracture when the posterolateral femur is impacted, consistent with the clinical resuits.     

步态周期下髋臼生物力学特征

目的 研究正常步态周期下髋臼周围区域应力分布规律,并进一步探究髋臼各柱的生物力线和骨皮质厚薄 形态分布。 方法 通过人体逆向动力学分析获取人体步态周期 8 个典型阶段的肌肉及髋关节载荷,应用三维重建 技术构建髋关节三维模型,以所得载荷作为加载边界条件进行有限元分析及拓扑优化。 结果 步态周期支撑相下 髋关节载荷较大,中柱应变能占总应变能 55% ~69% ,髋臼顶部应力较大;摆动相下髋关节载荷减小,中柱应变能所占 百分比减小。 髋关节不同的运动角度影响肌肉力,进而影响髋关节上应力分布规律。 所获得髋臼各柱的生物力线分 布与解剖学所提出的生物力线及骨小梁排布基本吻合,与拓扑优化结果中骨皮质较厚区域相对应。 结论 通过数值 模拟方法可以确定髋臼各柱的生物力线和骨皮质厚薄形态分布,为骨折治疗内固定装置的合理放置提供理论指导。     

Morphological and functional studies on the odontoid process of the human axis

Summary Studies on the morphology of the odontoid process by various methods strongly suggest a functional adaption of this bony element.With regard to the inclination of the dens axis and the varying position of its articular facets, a modified trabecular system can be observed.Photoelastic experiments confirm that these modifications are correlated with two specific kinds of mechanical stress. The straight odontoid process is only subjected to stress due to compression, but the dorsally inclined dens to bending stress.Based on the morphological and experimental findings, flexion and extension between the first and second vertebrae (in addition to rotation as the principle movement) are discussed.Dedicated to Prof. Dr. med. H. Leonhardt on the occasion of his 60th birthday     

三维有限元模型分析3种内固定方式治疗严重腰椎不稳定型骨折的生物力学特点

背景：严重腰椎不稳定型骨折的内固定修复方法未形成统一的观点。 目的：应用三维有限元模型对比分析不同内固定方式治疗严重腰椎不稳定型骨折的生物力学性能。 方法：选取1个健康成年志愿者,用CT图像和Mimics软件建立T12~L2椎体三维模型,模拟L1椎体爆裂性骨折,并分别模拟后路减压短节段椎弓根钉固定、前路减压钛网置入内固定和后路减压内固定+前路椎体次全切除钛网置入内固定3种治疗方法。将模型导入到有限元分析软件Abaqus,施加约束和载荷分别加载260 N压力和10 N•m转矩,模拟3种模型在不同工况下的椎体位移、应力传导情况,以及前后路固定器械的受力情况。 结果与结论：从椎体位移分布情况来看,前后联合内固定方式下的位移要较其他两种内固定方式小。从应力分布情况来看,前后联合内固定方式更加符合载荷分布原则。从生物力学角度来看,前后联合内固定方式优于其他两种内固定方式。     

肱骨远端三维有限元模型的建立及生物力学分析

背景：采用有限元分析法进行骨与关节的生物力学分析得到了广泛应用,但是关于肱骨远端的有限元分析较少,且所建模型粗糙,方法繁琐。 目的：建立肱骨远端的三维有限元模型,并模拟不同受力状态下的应力分布及应变特征。 方法：通过对正常成年男性肘关节的多排螺旋CT扫描,获得连续断层图片,导入Mimics医学建模软件生成实体模型后,应用大型通用有限元分析软件ANSYS 10.0,进行网格划分、材料属性赋值生成有限元模型。约束边界条件,模拟肱骨远端轴向受力,得出肱骨远端有限元模型上的应力分布与应变结果。 结果与结论：建立的肱骨远端有限元模型总单元数为6 292,总节点数为10 232。肱骨远端在轴向载荷状态下的应力集中主要位于内、外侧柱区域。提示建立的有限元模型精确度高,符合肱骨远端的临床特点,较好地模拟了肱骨远端的生物力学特性。     

骨质疏松骨折椎体及相邻椎体骨水泥注入前后的有限元分析

背景：目前有限元构建模型主要是基于医学图像的建模方法,骨水泥注入主要是人为假设的,而文章中治疗前后的数据直接来源于CT扫描,可靠性更高。 目的：构建骨水泥注入前后骨质疏松性腰椎骨折椎体的三维有限元模型,分析治疗前后病椎及邻椎的应力变化。 方法：选取1例75岁骨质疏松性L₂椎体压缩性骨折患者,经双侧椎弓根注入少量骨水泥获得良好疗效,随访2年病椎及邻椎无新发骨折,局部无疼痛。根据其治疗前后的腰椎CT数据,构建三维有限元模型,模拟腰椎屈伸、左右侧屈、旋转等运动,统计分析治疗前后同一运动状态下的应力变化。 结果与结论：建立了腰椎压缩骨折骨水泥注入前后的三维有限元模型,共生成222 727个单元。骨水泥注入增加了L₂椎体(病椎)屈、伸、侧屈各运动时的应力(P < 0.05),对其旋转时的应力无明显影响(P > 0.05);对L₁,L₃椎体(邻椎)在屈、伸、侧屈及旋转时的应力亦无影响(P > 0.05)。提示少量骨水泥注入治疗老年骨质疏松性腰椎骨折可增加病椎强度及应力,但不改变相邻椎体应力。     

肱骨骨折重建及三维有限元分析

本文以肱骨横截面CT图像为解剖学基础,提取骨端面的几何形状,进行三维重建,建立肱骨的三维有限元模型。对于骨折断面与肱骨轴线成30°、45°、90°的情况,运用国际上通用的大型有限元分析程序ANSYS5.6进行计算,分析肱骨在轴向受压时的应力分布及大小,并应用骨重建理论分析所提供的力学环境讨论它对肱骨骨折愈合的影响,为肱骨骨折治疗提供理论依据。