新型骶髂关节内固定系统的三维仿真与对比验证

目的 建立使用新型的骶髂关节解剖型棒-板内固定系统（SABP）对骶髂关节骨折脱位 进行固定的三维有限元模型,并与骶髂关节螺钉、和前路重建钢板固定进行对比,验证 和分析其力学性能。 方法 根据CT扫描数据,采用专门的流线型生物力学有限元网格划 分器,建立完整骨盆三维有限元模型。去掉模型一侧的骶髂关节韧带群模拟骨折脱位, 使用新型的SABP内固定系统进行固定模拟,同时分别使用骶髂关节螺钉（SS）和前路重 建钢板固定（SP）建立对比模型,进行加载计算,分析受力情况。 结果 SABP 固定的 最大位移值比 SS固定减小约40%,比 SP固定减小约42%。与对照组相比,SABP 固定模 型中,在主要传承负载区域的最大Stress 值均为最小：在损侧髋皮质骨、和损侧髋软 骨区域, 比SS固定减小约 33%-70%;在骶皮质骨、和损侧髋皮质骨区域,比SP固定减 约 60%-75%。 结论 新型骶髂关节解剖型棒-板内固定系统的固定形式更趋合理,固定 结构更趋稳定,为骨盆骨折的治疗增加了一种更有效的新方法。     

一种新型骶髂关节内固定装置的三维仿真与对比验证

目的采用三维有限元方法对一种新型的棒-板内固定装置固定骶髂关节骨折脱位的力学性能进行分析,并与骶髂关节螺钉和前路植入钢板两种固定方法进行比较。方法根据CT扫描数据建立完整骨盆的三维有限元模型。去除模型一侧的骶髂关节韧带群模拟骨折脱位,然后使用棒-板内固定装置,骶髂关节螺钉和前路植入钢板进行模拟固定。对各模型施加同样的载荷来确定每种固定的力学性能。结果与骶髂关节螺钉和前路植入钢板相比,棒-板内固定装置可使骶髂关节的最大位移分别下降40%和42%。与对照组相比,棒-板内固定装置可使主要承载区的最大应力明显下降。此外,使用棒-板内固定装置固定可使髋部软骨和皮质骨的最大应力显著低于骶髂关节螺钉和前路植入钢板固定。结论由于棒-板内固定装置具有较好的力学性能,其可为骨盆骨折提供较稳定的固定方式。     

骶髂关节脱位钉板内固定与关节拉力螺钉内固定两种置入方法的三维有限元分析

背景:有限元法能对复杂的结构、形态、载荷和材料力学性能进行应力分析比较,模拟的条件更接近正常,结果更加可信,已经是骨科生物力学研究中的重要手段。目的:以有限元分析方法建立骨盆骶髂关节(单侧)脱位模型,比较前路钉板内固定及骶髂关节拉力内固定治疗后的生物力学稳定性。方法:在正常骨盆三维有限元模型的基础上,截断骶髂关节间的骶髂前后韧带(包含骶髂骨间韧带)以及骶结节韧带和骶棘韧带等盆底韧带,造成骶髂关节脱位。分别在前路钉板内固定系统(共2块重建钢板6枚螺钉)及骶髂关节拉力螺钉内固定(2枚拉力螺钉)两种固定方法的模型上,加载后进行非线性有限元分析。计算该加载方式下的骨盆应力、应变及位移的分布情况。结果与结论:建立了高精度骨盆骶髂关节脱位两种内固定的三维有限元模型。通过应力应变云图分析与比较后发现,采用骶髂关节拉力螺钉内固定相对于前路钢板内固定移位的总位移小,应力分布均匀,无明显高度集中现象,固定强度更大,固定后的骨盆更稳定。利用有限元方法分析骨盆骶髂关节脱位两种内固定生物力学稳定性,具有较高真实性、精确度和可重复性,结果与其他生物力学实验结果相一致,能满足临床骨盆损伤研究的需要。     

个性化全骨盆三维有限元建模及骶髂关节骨折脱位模拟

目的建立高度仿真的个性化的完整骨盆三维有限元模型,并在此基础上进行骶髂关节骨折脱位的模拟。方法从CT精确重建独立的左、右髋骨和骶骨实体模型,根据髋骨和骶骨的外形特征,利用专门的流线型生物力学有限元网格划分器生成规则的体网格模型,并进一步建立骶髂关节的终板、软骨、关节接触面,和骨盆上的主要韧带组织及耻骨间盘。在建立的完整模型上去掉一侧的骶髂关节韧带群进行骨折脱位模拟,并与正常的情况进行对比。结果建立了高精度的个性化全骨盆的三维有限元模型,包括左右髋骨和骶骨的皮质骨、松质骨,骶髂关节的终板、软骨和带摩擦的关节接触面,韧带包括骶髂骨间韧带、骶髂前韧带、骶髂后韧带、骶棘韧带、骶结节韧带、耻骨上韧带和耻骨弓状韧带,以及耻骨间盘。正常模型的加载模拟和骶髂关节骨折脱位模拟的预测结果均与文献试验生物力学结果相符合。结论利用专门的生物力学有限元建模工具能建立更复杂更精确的三维有限元模型,成为全骨盆生物力学分析研究的平台和基础。     

骶髂关节骨折脱位的手术治疗

目的回顾性分析26例骶髂关节骨折脱位的内固定方法和临床疗效,探讨骶髂关节骨折脱位的手术方法。方法对26例骶髂关节骨折脱位的TileC型骨盆骨折病例,16例采用经皮骶髂关节空心螺钉技术固定骨盆后环,10例采用骶髂关节前路钢板技术固定骨盆后环,所有病例同时固定骨盆前环,采用Majeed功能评分进行疗效评定。结果随访6个月～6年,平均2年3个月,本组病例术后未发生骶神经损伤、伤口感染等并发症,X线片示骶髂关节复位及内固定位置良好。根据Majeed功能评分,优9例,良10例,优良率达73.1%。结论对于骶髂关节骨折脱位的TileC型骨盆骨折,经皮骶髂关节空心螺钉和骶髂关节前路钢板均可重建骨盆后环的稳定性。而经皮骶髂关节空心螺钉固定具有固定坚强、损伤小等优点,值得推广应用,但操作技术要求高,并要注意防止手术并发症的发生。     

骨盆垂直不稳定性骨折的生物力学研究

目的　利用人体骨盆标本制作骶髂关节骨折脱位模型,研究垂直不稳定性骨盆骨折中骶髂复合体生物力学损伤特点。 方法　成年男性冰冻骨盆标本6具,固定于MTS生物材料试验机上以2 m/s速度进行动态撞击,记录骶髂关节出现完全骨折脱位所需的最大撞击力及响应时间,用步态分析仪的动作捕捉系统测量骶髂复合体中韧带完全破坏时骶髂关节空间三维位移,解剖学方法观察骶髂复合体损伤特点。 结果　成功制备出骶髂关节骨折、脱位损伤模型,单侧骶髂复合体完全损伤所需的撞击力峰值平均值（4.05±0.42）kN,标本响应时间平均值为（22.99±1.89）ms,骶髂关节最大垂直位移平均为（8.15±1.34）　mm;骶髂复合体损伤以经骶髂关节骨折并脱位为多,髂腰韧带均表现为连同第四、五腰椎横突骨折,骶髂腹侧韧带相对薄弱易于髂骨止点处撕裂,骶髂后短韧带易发生髂骨侧的撕脱骨折,骶棘韧带骶结节韧带及盆底肌肉损伤不明显。 结论 骨盆垂直不稳定性骨折中骶髂复合体损伤具有一定的规律和特点,当骶髂关节垂直位移超过0.9 cm时提示后方骶髂复合体的韧带结构已全部破坏,骨盆环处于绝对不稳状态。     

M型锁定重建钢板后路治疗骶髂关节复合体损伤13例分析

目的探讨采用M型锁定重建钢板后路治疗骶髂关节复合体损伤的不稳定骨盆骨折的效果。方法采用M型锁定重建钢板后路治疗骶髂关节复合体损伤13例。骨折按Tile分型。骨折复位按Tornetta和Matta标准术后X线平片上骨折移位的最大距离。功能评估采用Majeed评分系统。结果 13例患者无骨折不愈合、骨折移位或脱位、内固定松动等并发症发生。根据Tornetta和Matta标准评定优良率92.3%,按Majeed评分系统术后功能优良率84.6%。结论 M型重建锁定重建钢板后路治疗骶髂关节复合体损伤是一种较好的固定骨盆后环的方法。     

骶髂螺钉内固定治疗骶髂关节复合体损伤的研究现状

骶髂关节复合体（Sacroiliac comp lex）是位于骨盆环后部的骨-韧带复合结构。包括骶髂关节（Sacroiliac joint,SIJ）,SIJ周围韧带、骶棘韧带、骶结节韧带及骨盆底的肌肉和筋膜。SIJ是躯干与下肢负荷传递的枢纽,占整个骨盆功能的60%。SIJ损伤的治疗效果对骨盆功能的恢复有决定意义。高能损伤的骨盆骨折多合并SIJ骨折脱位，破坏骶髂复合体的完整性。另外，许多下腰痛由单侧或双侧SIJ综合征引起，亦称为SIJ功能紊乱；妊娠后妇女因SIJ半脱位或全脱位，易患妊娠相关性骨盆痛。本文就骶髂螺钉内固定治疗骶髂关节复合体损伤的研究现状综述如下。     

骨盆的形态特点与不稳定型骨折内固定治疗评价

目的　探讨根据骨盆的形态特点选择不同的内固定手术治疗不稳定型骨盆骨折的临床应用价值。 方法　65例不稳定型骨盆骨折,31例Tile B型骨折经前入路,将耻骨联合或耻骨支复位用重建钢板固定,其中8例合并髂骨骨折经髂窝入路将之复位用重建钢板固定;34例Tile C型骨折的前环损伤均采用与Tile B型骨盆骨折相同的方法处理,后环损伤的固定方法：17例骶骨骨折或骶髂关节脱位之中,复位后在透视引导下从后方经皮骶髂螺钉固定11例,经髂骨的螺栓固定4例,经后路在双侧髂骨后嵴之间用张力带钢板固定2例;9例骶髂关节骨折-脱位之中,经皮骶髂螺钉固定6例,钢板固定3例;8例合并髋臼骨折行重建钢板内固定。 结果　通过对术后骨盆X线测量骨折分离移位的最大距离,根据Matta评分标准：小于4 mm为优,占86.1%（56例）;4~10 mm为良,占7.7%（5例）;10~20 mm为可,占6.2%（4例）;大于20 mm为差（0例）。本组骨盆X线测量结果总优良率为93.8%。 结论 不稳定型骨盆骨折应在血流动力学稳定时尽早根据骨折的类型及骨盆的解剖形态特点选择合理的内固定手术方案。     

腰骶髂联合固定治疗骶髂关节骨折脱位的疗效分析

目的探讨应用腰骶髂联合固定治疗骶髂关节骨折脱位的临床效果。方法对2007年7月~2010年1月收治的11例骶髂关节骨折脱位的骨盆骨折患者进行手术治疗。男6例,女5例;年龄21~60岁,平均36岁。11例均为Tile C型骨盆骨折。采用后路腰骶髂切口,椎弓根钉棒系统固定L5∕S1椎体和髂骨螺钉固定髂骨,配合患肢牵引和器械的撑开、合拢纠正垂直及分离移位。结果 11例患者术后获得12~20个月随访,平均16.5个月。术后X线片均示骶髂关节骨折脱位复位固定满意,骨盆后环形态恢复良好;下肢等长,未出现医源性神经、血管损伤,患者未出现跛行,下蹲功能满意。术后12个月Majeed评分:优9例,良2例。结论腰骶髂联合固定治疗骶髂关节骨折脱位疗效满意,且具有操作简单、并发症少的优点。     

钉棒内固定Tile B2型骨盆骨折的生物力学效果

目的通过对比钉棒系统和钢板内固定Tile B2型骨盆骨折的生物力学行为,研究钉棒系统固定骨盆骨折的有效性。方法构建包含韧带结构的正常骨盆和2钉、3钉患侧、3钉健侧、钢板内固定Tile B2型骨盆有限元模型,在S1椎体上施加500 N均布载荷,模拟骨盆在双腿站立、单腿站立和坐位下的受力情况,对比正常骨盆与钉棒内固定、钢板内固定骨盆的位移和应力分布。结果钉棒系统和钢板均能对骨盆骨折进行有效固定,两者显示出与正常骨盆相似的位移和应力分布。各内固定中,3钉患侧内固定骨盆的最大位移在各工况下均最小,同时其应力水平明显低于其他内固定,双腿站立下其最大等效应力比2钉、3钉健侧和钢板内固定分别降低30.4%、20.8%、20.3%;坐位下分别降低31.8%、25.4%、18.5%;单腿站立下分别降低-6.5%、28.0%、61.1%。结论钉棒系统能够对Tile B2型骨盆骨折进行有效固定,且3钉患侧固定效果最佳。研究结果能够为临床骨盆骨折的方案选择提供理论依据。     

3-D finite element analysis of the influence of synovial condition in sacroiliac joint on the load transmission in human pelvic system

The anterior part of the sacroiliac joint (SIJ) is a synovial joint, with little gliding and rotary movement between the contact surfaces of SIJ during locomotion. Due to its complex structure, especially when considering the surrounding ligaments, it is difficult to construct an accurate three-dimensional (3-D) finite element model for the human pelvis. Most of the pelvic models in the previous studies were simplified with either SIJ fusing together or without the sacral bone. However, the influence of those simplifications on the load transmission in human pelvis has not been studied, so the reliability of those studies remains unclear. In this study, two 3-D pelvic models were constructed: an SIJ fusing model and an SIJ contacting model. In the SIJ fusing model, the SIJ interfaces were fused together. In the SIJ contacting model, the SIJ interfaces were just in contact with each other without fusion. Compared with the SIJ contacting model, the SIJ fusing model have smaller movements in the SIJ. The stress distribution area in the SIJ fusing model on sacroiliac cartilages was also different. Those differences contributed to the decline of tensile force in the SIJ surrounding ligaments and the re-distribution of stress in the pelvic bones. In addition, the SIJ fusing model was far less sensitive to the increase in modulus of the sacroiliac cartilages, and decrease in stiffness of the ligaments surrounding the SIJ. The presence of synovia in the SIJ had greater influence on the load transmission in the human pelvic system. Therefore, the effect of the presence of synovia should not be neglected when the biomechanical behavior of human pelvis is being studied, especially for those studies related to clinical applications.     

髋臼前壁骨折模型的建立及不同内固定方式的生物力学稳定性比较

目的建立髋臼前壁骨折模型,比较4种内固定方式的生物力学稳定性。方法选取20个防腐成人半骨盆标本,建立髋臼前壁骨折模型。将骨折模型随机分为4组,A组采用真骨盆上缘重建接骨板固定,B组采用真骨盆内缘重建接骨板固定,C组采用顺行拉力螺钉固定,D组采用逆行拉力螺钉固定。对各组标本进行轴向压缩实验,测量骨折断端水平位移,计算剪切刚度,比较4组不同内固定方式的稳定性。结果相同加载载荷下,骨折断端水平位移:A组B组C组D组,内固定剪切刚度:D组C组B组A组。载荷为400 N时各组水平位移及内固定剪切刚度差异均无统计学意义(P0.05),载荷为800 N至2000 N时,除C组与D组间水平位移及内固定剪切刚度差异无统计学意义外(P0.05),其余各组间比较差异均有统计学意义(P0.05)。结论髋臼前壁骨折模型可用于髋臼前壁骨折的生物力学分析,采用拉力螺钉固定髋臼前壁骨折的稳定性高于重建接骨板固定方式,其中顺行拉力螺钉固定与逆行拉力螺钉固定的稳定性相似。     

基于CT数据的人体L3-L4腰椎节段的三维有限元建模和分析

目的 建立一个精确的人体L3-L4腰椎节段有限元模型,用于腰椎生物力学的研究.方法 基于可视人计划(visible human project,VHP)男性冷冻CT数据,通过Marchingcubes算法三维重建L3和L4椎骨的几何模型并转换为有限元网格,然后结合椎间盘和韧带的网格建立L3-L4节段的有限元网格.根据CT值设定材料特性建立有限元模型,施加压缩的边界条件进行有限元分析,并和参考模型的结果比较分析.结果 基于CT的L3-L4节段有限元模型比参考模型更符合腰椎的解剖结构.结论 基于CT的L3-L4节段有限元模型能够精确的描述腰椎解剖结构,保证有限元分析的准确性.     

旋转和垂直不稳定型骨盆骨折临床特点与治疗方法探讨

目的：探讨旋转和垂直不稳定型骨盆骨折的临床特点及其治疗方法选择。方法：30例旋转和垂直不稳定的骨盆骨折患者，16例保守治疗，14例手术治疗，骨盆前环均行切开复位内固定；5例骨盆后环行切开复位双钢板固定，9例在CT引导经皮置人松质骨螺钉固定骶髂关节。结果：30例随访2—3年，14例手术患者全部恢复行走功能：9例cT引导经皮骶髂关节螺钉内固定骨盆外形恢复好，功能恢复快，效果满意，5例行前路切开骶髂关节双钢板固定患者中骨盆外形恢复，3例沿髂嵴切口不适；16例保守治疗患者全部骨盆畸形愈合，10例遗留骶髂关节部位酸痛。结论：旋转和垂直不稳定型骨盆骨折保守治疗效果差，宜首选内固定治疗。CT引导下经皮骶髂关节螺钉内固定操作简单、费时短、出血少、损伤轻、牢靠，是骶髂关节骨折固定的好方法。     

站立位下骨盆与骨折内固定稳定性分析

目的 构建骨盆与骨折内固定三维有限元模型并验证其有效性。方法 基于骨盆CT扫描图像,利用Mimics、 ANSYS ICEM、 Hypermesh 与ABAQUS软件构建骨盆三维有限元模型,并在S1椎体上垂直向下加载600 N均布载荷,模拟站立位时骨盆受力环境,验证骨盆模型的有效性;同时建立3种不同内固定形式的T型骨折模型,验证3种内固定方式的有效性。 结果 站立位时,应力与位移分布左右对称,应力主要集中在弓状线起点处、耻骨支以及髋臼后上方。骨盆位移分布类似于以骶骨为中心向外传导并逐渐减弱的波浪形,骶骨背侧的骶正中嵴位移最大,髂骨窝、股骨位移较小,并逐渐减小直至股骨,同时发现3种内固定都可增加骨折稳定性。 结论 利用六面体网格建立的三维有限元模型,能够准确模拟站立位时骨盆力学特性,为临床研究提供直观准确的依据。