颈枕部三维非线性有限元模型的有效性验证

背景：人体组织属性主要表现为非线性,颈枕部的生物力学特点更易受软组织材料属性变化的影响,因此建立非线性有限元模型与人体真实属性更接近。 目的：构建正常成人颈枕部三维非线性有限元模型并验证其有效性。 方法：利用MarConi MX8000多层螺旋CT对健康成人进行颅底-C₃段扫描,获取二维图像。直接读入Dicom格式原始图像,图像分割,数据光顺,三维重建后生成颅底-C₃节段脊柱三维实体模型;将此模型导入ScanFE模块,进行体网格划分;在ANSYS 10.0软件中直接导入以上三维模型,构建颅底-C₃段内韧带单元,模拟韧带力-位移曲线,建立完成颅底-C3段的三维非线性有限元模型。垂直向下方向施加40 N预载荷,1.5 N•m力矩模拟前屈、后伸、侧屈及旋转运动,对比分析实验结果,判断模型应力分布与临床相符度。 结果与结论：构建的三维非线性有限元模型包括663 551个单元,178 247个节点。施加预载荷及1.5 N•m力矩后,寰枕关节运动范围为前屈13.3°、后伸11.9°、侧屈4.3°、旋转8.7°;寰枢关节运动范围为前屈15.5°、后伸12.6°,侧屈6.4°、旋转30.8°,与尸体标本实验结果相符。从整个模型的纵向应力分布看,在任何相对位置状态下,枢椎齿状突后方的应力均较高,后伸位时应力增高区域加大。上颈椎的应力主要集中于椎管周围,寰椎侧块两端及枢椎横突的应力则较小。对比研究发现,在不同相对工况下前屈、后伸、侧屈、旋转时C₂-C₃小关节应力均大于钩椎关节,颈枕部三维非线性有限元模型的应力分布特点符合临床实际情况。结果提示应用多层螺旋CT扫描得到的二维图像及simple ware、Ansys10.0软件,建立的颈枕部三维非线性有限元模型符合人体真实的运动规律,可以很好地模拟颈枕部的生物力学特性。     

Knee joint changes in patients with neglected developmental hip dysplasia: A prospective case–control study

BackgroundFew reports are available describing knee changes in neglected developmental dysplasia of the hip (DDH). The purpose of this study was to assess the radiographic morphology of knee joints in adults with neglected DDH.MethodsThirty-seven patients (35 females and two males) with neglected DDH were prospectively recruited with an average age of 32.6 years. Twenty-three patients had unilateral and 14 patients had bilateral neglected DDH. Thirty-seven healthy individuals were recruited to form a matched control group. Three groups of knee joints were examined: affected knees (on the same side of the neglected DDH), unaffected knees (contralateral to the neglected DDH in patients with unilateral involvement), and control knees. A series of radiographic parameters of the knee joint were measured in the coronal and sagittal plane, and they were compared between patients and normal controls.ResultsIn the coronal plane, the affected knees had increased valgus angulation related to increased height of the medial femoral condyle, decreased height of the lateral femoral condyle and decreased lateral distal femoral angle compared to control knees. In the sagittal plane, both distal femoral and proximal tibial joints of the affected knees developed a decrease in posterior angles. Additionally, the unaffected knees also developed radiographic changes compared to control knees.ConclusionsPatients with neglected DDH may develop changes in both knee joints. These changes should be considered during surgery to the hip, femur and knee to prevent potential complications.Level of evidenceLevel 2.     

颈枕部三维非线性有限元模型的有效性验证

背景：人体组织属性主要表现为非线性,颈枕部的生物力学特点更易受软组织材料属性变化的影响,因此建立非线性有限元模型与人体真实属性更接近. 目的：构建正常成人颈枕部三维非线性有限元模型并验证其有效性. 方法：利用MarConi MX8000多层螺旋CT对健康成人进行颅底-C3段扫描,获取二维图像.直接读入Dicom格式原始图像,图像分割,数据光顺,三维重建后生成颅底-C3节段脊柱三维实体模型;将此模型导入ScanFE模块,进行体网格划分;在ANSYS 10.0软件中直接导入以上三维模型,构建颅底-C3段内韧带单元,模拟韧带力-位移曲线,建立完成颅底-C3段的三维非线性有限元模型.垂直向下方向施加40 N预载荷,1.5 N？m力矩模拟前屈、后伸、侧屈及旋转运动,对比分析实验结果,判断模型应力分布与临床相符度. 结果与结论：构建的三维非线性有限元模型包括663551个单元,178247个节点.施加预载荷及1.5 N？m力矩后,寰枕关节运动范围为前屈13.3°、后伸11.9°、侧屈4.3°、旋转8.7°;寰枢关节运动范围为前屈15.5°、后伸12.6°,侧屈6.4°、旋转30.8°,与尸体标本实验结果相符.从整个模型的纵向应力分布看,在任何相对位置状态下,枢椎齿状突后方的应力均较高,后伸位时应力增高区域加大.上颈椎的应力主要集中于椎管周围,寰椎侧块两端及枢椎横突的应力则较小.对比研究发现,在不同相对工况下前屈、后伸、侧屈、旋转时C2-C3小关节应力均大于钩椎关节,颈枕部三维非线性有限元模型的应力分布特点符合临床实际情况.结果提示应用多层螺旋CT扫描得到的二维图像及simple ware、Ansys10.0软件,建立的颈枕部三维非线性有限元模型符合人体真实的运动规律,可以很好地模拟颈枕部的生物力学特性.     

螺钉固定与Tight-rope固定治疗下胫腓前联合损伤的初步有限元分析

目的 :建立下胫腓前联合损伤(anterior inferior tibiofibular syndesmosis injuries,AITSI)螺钉固定及Tightrope固定(TR)模型,比较其受力及位移情况,为临床诊治提供依据。方法 :选取1例正常人的踝关节CT图像建立3D模型。然后建立AITSI损伤模型,对损伤模型置入螺钉得到螺钉固定模型,使用Tight-rope固定得到TR模型。分析各模型单脚站立时的中立位、踝关节内旋以及外旋3种受力情况,观察胫腓骨及距骨关节面应力变化,以及胫腓骨远端位移情况。结果:AITSI导致胫腓骨及距骨关节面受力增加,胫腓骨位移增加。使用螺钉固定及TR均能有效减少AITSI导致的胫腓骨远端过度位移,但在螺钉固定模型中,胫腓骨位移明显小于正常模型,且胫腓骨远端及距骨关节面受力增大,螺钉受力集中。螺钉固定模型中的胫骨及腓骨最大受力为TR模型的1.3倍以上,距骨关节面接触力为1.8倍,螺钉固定模型中下胫腓前韧带胫骨附着点位移约为正常模型的0.6倍,而TR模型中该数据约为正常模型的1.1倍,但TR对于腓骨位移控制欠佳。结论:严重的下胫腓前联合损伤将改变踝关节受力及位移情况,应该行内固定治疗。下胫腓联合螺钉及TR都能有效地治疗下胫腓前联合分离,Tight-rope固定相较于螺钉固定在骨骼受力、踝关节微动及内固定物断裂方面具有优势,但存在腓骨旋转控制欠佳的劣势。伴有Weber C型踝关节骨折以及肥胖的患者更适合螺钉固定。