前后路内固定治疗Ⅱ型不稳定Hangman骨折的有限元分析

目的应用有限元方法分析评价前路钛板内固定和后路钉棒系统内固定两种术式治疗Ⅱ型不稳定Hangman骨折的生物力学差异。方法建立完整上颈椎(C0~3)有限元模型并进行有效性验证。在此基础上建立失稳模型,并在失稳模型上分别建立装配前路钛板(titanium plate)和Cage植骨内固定模型(Plate+Cage模型)、后路C2椎弓根螺钉(C2 pedicle screws,C2PS)和C3侧块螺钉(C3 lateral mass screws,C3LMS)组成的钉棒系统内固定模型(C2PS+C3LMS模型)。在枕骨髁上施加40 N轴向压力模拟头颅重力,同时在枕骨上施加1.5 N·m力矩使模型产生前屈、后伸、侧弯、旋转运动,计算分析C2~3活动度(range of motion,ROM)、力的传导路径以及骨折线处的应变。结果 Plate+Cage模型在前屈、后伸、侧屈(单侧)和旋转(单侧)方向上C2~3的ROM比失稳模型分别减少了92.4%、97.1%、96.5%、90.0%,C2PS+C3LMS模型在各方向上比失稳模型分别减少了88.6%、90.2%、95.7%、90.3%。Plate+Cage模型在任何工况下的应力峰值均小于C2PS+C3LMS模型。结论前路Plate+Cage内固定在前屈和后伸工况下比后路C2PS+C3LMS内固定具有更好的稳定性,而在侧屈和旋转工况下两者稳定性相当。前路Plate+Cage内固定在结构和应力分布上更加合理,可以实现复位、减压、固定、融合一步完成,是治疗Ⅱ型Hangman骨折的有效方法。     

基于CT图像的股骨上段有限元建模及单元尺寸分析

目的基于CT图像构建5个不同的股骨上段有限元模型,并分析模型单元尺寸对股骨模型材料属性分布以及生物力学性能的影响。方法利用螺旋CT扫描股骨上段并以DICOM格式输出图像文件,利用Mimics软件提取三维几何文件,分别使用Mimics、3-Matica、ICEM软件生成体素网格模型、四面体网格模型和3个六面体网格模型(单元尺寸分别为2、1和0.5 mm),在Mimics中对网格文件进行材料赋值,将最终的有限元模型导入ABAQUS中进行力学行为分析。结果单元尺寸对5个模型总质量影响较小,5个模型沿相同路径上节点处Von Mises应力和节点位移整体变化趋势一致,但是各个节点处Von Mises应力误差较大,单元尺寸为0.5 mm的六面体网格模型与体素网格模型各节点处Von Mises应力值接近。结论基于CT灰度值进行材料赋值时,单元尺寸对模型的总质量和节点位移影响较小,但是单元尺寸的减小将导致模型中各材料含量和分布的改变,引起应力分布的变化。当模型单元尺寸与体素尺寸接近时,能较好反映股骨的质量分布和力学行为。     

动力化前路方形区钛板螺钉系统固定伴有对侧骨盆前环不稳的髋臼双柱骨折的站位有限元分析

目的 利用有限元技术探讨当对侧骨盆前环不稳时,动力化前路方形区钛板螺钉系统(DAPSQ)内固定治疗髋臼双柱骨折的生物力学稳定性.方法 利用有限元分析技术建立正常人体全骨盆有限元模型并进行有限元验证,建立3种骨折内固定模型:A:DAPSQ固定右侧髋臼双柱骨折模型,左侧耻骨支完整;B:DAPSQ固定右侧髋臼双柱骨折模型,左侧耻骨上下支骨折但不予固定;C:DAPSQ固定右侧双柱骨折模型,左侧耻骨上下支骨折,但耻骨上支采用钛板固定.限制各模型的三维自由度,加载生理载荷后进行有限元计算,分析比较各内固定模型骨折端的位移及应力分布情况.结果 通过对A、B、C3组骨折模型的髋臼横向、纵向位移及应力云图分析与比较后发现,C组在骨盆环稳定时采用DAPSQ固定模型的横向及纵向位移小,符合复位标准,应力分布均匀,无明显高度集中现象.骨折线上的横向及纵向位移呈现B＞C＞A,站位下A、B、C纵向位移分别为(1.315 ±0.171)、(1.490 ±0.247)、(1.334 ±0.160) mm,站位横向位移分别为(1.185±0.700)、(1.337±0.080)、(1.198 ±0.103) mm.结论 在应用DAPSQ固定髋臼双柱骨折时,只有在确保对侧骨盆前环的稳定前提下,DAPSQ才能提供有效可靠的固定.     

髋臼双柱骨折内固定生物力学稳定性的有限元分析

目的：评估双柱钛板（ A）、前路特殊塑形钛板加方形区螺钉（ B）及前路特殊塑形钛板加方形区螺钉联合后柱螺钉（C）3种内固定治疗髋臼双柱骨折的生物力学稳定性。方法利用有限元建模软件建立髋臼双柱骨折分别经3种不同方式内固定术后模型,并进行加载分析。结果分别在坐、站位下,在相同加载方式时3种内固定模型髋臼处的最大应力、最大位移及骨折线上节点位移均数比较,均为A＞B＞C。骨折线上节点位移在坐位时,A与B、C的差异均具有明显统计学意义（ P＜0.05）,但B与C及站位时三者的差异无明显统计学意义（ P＞0.05）。结论前路特殊塑形钛板加方形区螺钉联合后柱螺钉内固定治疗髋臼双柱骨折具有良好的生物力学稳定性。     

椎间盘退变颈椎(C2-C7)在正常承载与推拿下的有限元分析

文题释义： 颈椎三维有限元模型：此文建立了C₂-C₇颈椎模型,其中椎骨包括皮质骨与松质骨,软组织包括椎间盘(纤维环和髓核)、韧带等。 推拿颈部拨伸旋转法：采用拨伸加旋转的推拿方法。 背景：推拿是治疗颈椎病的一种有效方法,对椎间盘退化程度不同的颈椎进行推拿时,推拿力度因退化程度差异性会起到不同的效果,并且手法把控不当还可能对已经退化的颈椎造成损伤,目前相关研究还有所欠缺。 目的：探究椎间盘退变程度不同的颈椎在正常承载与推拿下的力学变化机制,探究推拿旋转角度对不同退化程度椎间盘的影响,从而对不同退化程度颈椎提出操作手法指导。 方法：建立三维人体颈椎(C₂-C₇)有限元模型,通过网格优化,得到几何相似度高、精确度高、网格数为200万级的颈椎模型。通过改变椎间盘参数得到退化程度不同的模型,利用有限元方法探究不同退化程度椎间盘在受到推拿作用下的力学机制。结果与结论：①退化后的椎间盘应力重新分布,髓核承载力减小,纤维环承载力显著增加,关节应力也增大;②在正常承载下,纤维环应力集中区域主要在人体后侧边缘,随着退化程度增加,应力集中区域从边缘向内延伸且面积增大;③推拿旋转时,纤维环应力集中区域主要在后侧和左右两侧,退化程度越高应力集中区域越大,应力值越大;④推拿旋转时,退化程度越高椎间盘的轴向位移小,变形能力越小;⑤C_4-5椎间盘退化会对该节段椎体(C₄,C₅)最大应力和关节接触力产生影响,且应力值随退化程度增加而增大,但退化对其他节段无明显影响;⑥综合应力安全和变形能力,施加推拿手法时旋转角度应根据退化程度适当减小。 ORCID: 0000-0001-6331-2894(王宇) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程     

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。