PrestigeTM-LP颈椎人工椎间盘置换后椎体应力及关节突关节间压力有限元分析

目的:分析PrestigeTM-LP颈椎人工椎间盘对椎体的应力和关节间压力作用,了解节段间运动载荷传递方式及作用机制。方法:通过实体CT扫描方式建立颈4~5节段PrestigeTM-LP人工椎间盘置换有限元模型。生理载荷下前屈、后伸、左侧弯、左轴向旋转时测量颈5椎体应力和颈4-5关节突间压力变化。结果:运动加载后C5椎体应力均有不同程度增大,表现出与运动加载方向一致的应力偏移改变。相比于前屈,后伸时双侧关节突间压力明显增大。左侧弯时左侧关节突间压力增大,左轴向旋转时右侧关节突间压力明显增大。结论:采用有限元模型进行骨性结构的应力及压力分析具有形象及精确的优点。PrestigeTM-LP颈椎人工椎间盘置换有效地起到椎体间应力传递和保留关节突关节间压力作用,具有接近正常颈椎的生物力学特性。     

胫骨中段骨折钢板螺钉固定的有限元分析

目的 通过有限元分析探讨有限接触型动力加压钢板(LC-DCP)不同螺钉固定数目及位置对胫骨中段骨折的生物力学影响.方法获取正常胫骨CT薄层扫描图像,利用三维重建软件Mimics10.01及有限元分析软件Ansys 10.0建立正常胫骨有限元模型,并在此基础上制成胫骨中段斜形无缺损骨折模型,以14孔LC-DCP固定,根据螺钉固定数目及位置不同分为5组:A组固定第1、2、3、12、13、14孔,B组固定第1、4、7、8、11、14孔,C组固定第1、3、6、9、12、14孔,D组固定第1、2、7、8、13、14孔,E组第1～14孔全部固定.各模型压缩载荷为1000 N,扭转力矩为5 N·m.结果 A组螺钉受力以第3、12孔为大.B组螺钉压缩时受力均以第1孔为最大,第4孔次之;扭转时以第7、8孔为大.C组螺钉压缩时受力均以第1孔为最大,第3孔次之;扭转时受力以第6、9孔为大.D、E组螺钉压缩时受力均以第1孔为最大,第2孔次之;扭转时受力以第7、8孔为大.结论应用LC-DCP固定治疗胫骨中段骨折时以6枚螺钉固定14孔长钢板为妥,且以固定第1、2、7、8、13、14孔为最佳.

Abstract：

Objectives To determine biomechanical performances of limited contact-dynamic compression plate (LC-DCP) fixation with screws in different number and position for treatment of fractures of tibial shaft. Methods CT scan was performed for a fresh sample of adult tibia to construct a 3D finite element model of normal tibia using Mimics 10. 01 and Ansys 10. 0. Finite element models of oblique fractures of middle tibia were made on the basis of the normal model to be all fixed with LC-DCP of 14 holes but with screws in 5 different patterns. Model A was fixed with screws in the 1st, 2nd, 3rd, 12th, 13th and 14th holes; model B with screws in the 1st, 4th, 7th, 8th, 11th and 14th holes; model C with screws in the 1st,3rd, 6th, 9th, 12th and 14th holes; model D with screws in the 1st, 2nd, 7th, 8th, 13th and 14th holes;and model E with screws in all 14 holes. Finite element software Ansys 10. 0 was used to establish 3-D finite element models of 5 fixation models for tibial shaft fracture. Five kinds of digital loadings were simulated in computer, with 1000 N compressive load and 5 N · m torque moment for all models. Results In model A, the highest stresses were on the 3rd and 12th holes. In model B, the highest compressive stress was on the 1st hole, next by the 4th hole; the highest torsion stresses were on the 7th and 8th holes. In model C, the highest compressive stress was on the 1st hole, next by the 3rd hole; the highest torsion stresses were on the 6th and 9th holes. In models D and E, the highest compressive stress was on the 1st hole, next by the 2nd hole; the highest torsion stresses were on the 7th and 8th holes. Conclusions In treatment of tibia shaft fractures with minimally invasive percutaneous plate osteosynthesis, fixation with a 14-hole LC-DCP and 6 screws is appropriate. The appropriate fixation holes are the 1st, 2nd, 7th, 8th, 13 th and 14th holes.     

新型弧形带终板环颈椎钛网生物力学测试

目的 建立山羊颈椎不稳定模型,测试新型弧形带终板环颈椎钛网的生物力学稳定性.方法 测量成年山羊颈椎的解剖学数据,选择适合山羊颈椎的新型弧形带终板环颈椎钛网.将保留关节囊、韧带及椎间盘的24只山羊颈椎骨性标本随机分成4组.A组(正常组,n=6)无特殊处理,B组切除C4部分椎体及上下椎间盘(模型组,n=6);在B组基础上,...     

外旋载荷对骨盆作用机制的三维有限元分析

目的利用骨盆的三维有限元模型研究外旋应力对骨盆的作用机制。方法 1例健康成年男性志愿者进行PET-CT扫描,结果以DICOM格式输出,在PC机上进行三维重建,建立正常骨盆的有限元模型。对模型施加外旋载荷,经计算得到应力、应变及位移云图。结果水平向后加载500N于左侧髂前上棘,应力沿两条途径传导:一条是向内后方经同侧骶髂关节前部至骶骨上部,另一条是向前方经耻骨支、耻骨联合至对侧耻骨;且骨盆前环受力较大。应变以同侧骶髂关节前下方最大,前方的耻骨联合处应变也较大。位移以受力点同侧髂前上棘处最大,同侧髂骨、坐骨及耻骨支位移均较大。结论外旋载荷易造成耻骨支骨折、骶髂关节损伤,或骶骨压缩骨折。     

双种植体支持磨牙单冠修复进展

近年来双种植体在单牙缺失修复中得到越来越多应用,它具有抗旋转、抗折、分散应力、减少骨吸收、提高修复成功率等优点。双种植体生物力学研究能解决种植体周围应力集中、骨质吸收程度等临床应用问题,并且有助于制定一个模拟天然牙根分叉的双种植体修复标准,规范双种植体修复技术,于临床推广应用有重要意义。本文从双种植体的临床应用、生物力学与生物学特性以及优点等方面对双种植体相关研究进行综述。     

颈椎椎体次全切除，钛网植骨钢板固定三维有限元模型的建立

目的 探讨利用螺旋 CT建立颈椎椎体次全切除减压植骨固定的三维有限元模型的高度数字化方法,为研究颈椎减压手术的生物力学实验提供标准模型。方法 对健康成年男性志愿者进行CT 扫描,获得C4～C7节段的断层图片,将数据保存为Dicom格式,导入Mimics 9.1 软件进行三维几何模型重建,形成三维图像,利用Freeform 软件进行模型修改和表面划分,以IGES格式转入有限元软件Ansys 9.0完成颈椎骨性模型的建立。利用有限元软件Ansys 9.0,在颈椎骨性模型的基础上,补建终板、补充建立终板、 椎间盘、 髓核、 前纵韧带、 后纵韧带、 黄韧带、 棘间韧带、 棘上韧带等结构。然后模拟颈椎椎体次全切除,将C5椎体、前纵韧带、上下椎间盘切除,将建立的钛网、钢板实体模型添加到减压区。采用合适的材料性质和实体单元类型对模型进行有限元网格划分。结果 颈椎脊柱三维模型有限元网格划分结果：利用三维重建软件Mimics 和有限元软件Ansys 9.0 , 成功进行椎体次全切除减压钛网植骨钢板固定三维模型有限元网格划分。整个模型共有138995个节点和94039个单元,建成后的三维有限元模型与实体组织具有良好的几何相似性。结论 建立的椎体次全切除植骨固定手术三维有限元模型接近真实的生物力学标本,可以进行临床和实验研究。     

胫骨中段骨折螺钉数量的生物力学实验☆

背景：接骨板固定常用于胫腓骨骨折的治疗,主张使用长钢板低密度螺钉固定,但目前对于胫骨中段骨折应用螺钉多少问题看法不一,且缺少生物力学依据。 目的：观察胫骨中段骨折用有限接触型动力加压接骨板内固定时螺钉数量对骨折生物力学的影响。 设计、时间及地点：随机分组设计,对比观察,于2008-07/09在南方医科大学人体解剖学生物力学实验室完成。 材料：选取新鲜20~40岁成人尸体胫骨标本45根,长度30~38 cm,平均34 cm。 方法：45根尸体胫骨标本随机抽签法分为3组,每组15根,分别作以下3种状态下的实验。测定完整的新鲜人胫骨在扭转、三点弯曲、压缩等状态下的应力-应变指标,确定垂直压缩应力为0~1 000 N,扭转角度为0°~3°,三点弯曲应力为0~400 N。然后制成中段斜行无缺损骨折模型,以14孔不锈钢AO有限接触型动力加压接骨板固定,分别使用6,10,14枚螺丝钉,测定扭转、三点弯曲、压缩等应力-应变指标,进行统计学分析。 主要观察指标：6枚,10枚和14枚螺丝钉固定不同压缩力垂直压缩时竖直方向应变及侧方应变值,不同扭转角度扭转时平均扭矩及不同加载应力三点弯曲压缩竖直方向应变。 结果：6,10,14枚螺丝钉固定垂直压缩时竖直方向应变值两两比较差异无显著性意义(P > 0.05)。6,10,14枚螺丝钉固定侧方应变值两两比较差异无显著性意义(P > 0.05)。6,10,14枚螺丝钉固定扭矩两两比较差异无显著性意义(P > 0.05)。6,10,14枚螺丝钉固定三点弯曲竖直方向应变值分别为0.149±0.098,0.139±0.003,0.258±0.001,6枚螺丝钉和10枚螺丝钉相比,差异无显著性意义(P > 0.05),14枚螺丝钉和其他两种情况相比,差异有显著性意义(P < 0.01)。 结论：材质相同、厚度相同、宽度相同、长度相同的钢板,使用不同数量螺钉(6,10,14枚),抗垂直压缩稳定性、抗扭转稳定性无明显差异,抗弯曲稳定性14枚螺丝钉反而较差。     

利用Mimics和Freeform建立下颈椎三维非线性有限元模型

目的建立具有详细解剖结构的下颈椎三维非线性有限元模型并验证其有效性。方法对健康成年男性志愿者进行CT扫描,获得C4-7,节段的断层图片,将数据保存为Dicom格式,导入Mimics9．1软件进行三维几何模型重建,形成三维图像,利用Freeform软件进行模型修改和表面划分,以IGES格式转入有限元软件Ansys9．0完成有限元模型建模。下颈椎韧带以非线性的弹性元素建模,韧带的起止点及横截面积根据文献确定,关节突关节定义为有摩擦系数、表面滑动接触关系。在C4施加40N的预载荷,在1．8N·m的力矩作用下使模型产生前屈、后伸、侧屈、旋转运动,将实验结果与Moroney等实验结果对比进行验证。结果建立了具有详细解剖结构的下颈椎三维非线性有限元模型。整个模型共有145570个节点,96645个单元,模型在各种工况下的平均刚度与Moroney等的结果基本吻合。结论利用Mimics和Freeform建立的下颈椎模型在一定条件下是有效的,可以进行临床和实验研究。     

双钢板夹持内固定治疗Rüedi-Allg(o)werⅢ型Pilon骨折的三维有限元分析

目的 探讨双钢板夹持内固定治疗Rüedi-Allg(o)werⅢ型Pilon骨折的生物力学性能,为临床应用提供科学依据.方法 应用三维有限元方法模拟Rüedi-Allg(o)werⅢ型Pilon骨折,分别应用双钢板、胫骨远端内侧解剖板、胫骨远端外侧解剖板固定骨折,对模型施以500 N的垂直轴向载荷,计算固定后骨折块间及钢板的最大位移,并将加载下的骨应力分布同正常胫骨加载下的应力分布进行比较.结果 3种固定中,双钢板固定最牢固,双钢板在加载下的应力分布与正常胫骨相似.结论 采用双钢板夹持内固定治疗Rüedi-Allg(o)werⅢ型Pilon骨折,固定牢固,在力学性能上,能保证骨折以最佳方式愈合.