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。     

新型棘突间撑开融合装置BacFuse修复腰椎退行性病的生物力学特征

背景：近年来，棘突间撑开融合装置BacFuse应用于腰椎退行性疾病的治疗并取得了良好的临床疗效，但目前其相关的生物力学特征暂无相关报道。目的：探索棘突间撑开融合装置BacFuse在腰椎退行性疾病中应用的生物力学特征。方法：构建山羊离体脊柱模型(L₁-L₆)，模拟手术分为4组，分别为对照组、BacFuse固定组(L_3/4)、钉棒固定组(L_3/4)及Topping-off组(L_3/4钉棒固定+L_2/3 BacFuse固定)。搭建山羊腰椎手术模型力学测试系统，采用生物力学机器进行力学加载，模拟腰椎在前屈、后伸、侧屈及旋转时的运动模式(4 Nm的力矩)，采用视觉追踪系统进行定位捕捉，并完成力学及光学校准，通过计算得出L_2/3、L_3/4、L_4/5节段的活动度。结果与结论：(1)相对于对照组，BacFuse组L_3/4固定节段在前屈、后伸、侧屈与旋转方向上活动度分别减少27.27%,...     

后路单钉棒治疗骶髂关节脱位的生物力学特性及其有效性

背景：目前骶髂螺钉广泛应用于治疗骶髂关节脱位,但是生物力学性能较差,不能达到坚强内固定。 目的：探讨应用单钉棒治疗骶髂关节脱位的力学强度及临床疗效。 方法：①取成年防腐标本12具,男女各半,分别切断骶髂关节韧带及耻骨联合结构,制作骶髂关节脱位、耻骨联合分离模型,将标本随机等分为骶髂螺钉固定组和骨盆后路单钉棒固定组,分别采用骶髂螺钉固定和骨盆后路单钉棒固定方法固定。②设定单钉棒系统临床适应证,收集16例骶髂关节脱位患者的临床资料,采用Mears的影像评定标准和骨盆骨折Majeed疗效评分评定固定效果。 结果与结论：在相同载荷下,骶髂关节标本后路单钉棒固定组的位移、轴向刚度、极限载荷和屈服载荷均大于骶髂螺钉组(P < 0.05)。16例患者随访时间平均为23.2个月(3~45个月)。根据Mears的影像评定标准,固定后解剖复位13例,满意3例。骨盆骨折Majeed疗效评分为60~100分,平均82分;其中C1型骨折的疗效优良率为82%,C2型为80%。提示与骶髂螺钉比较,应用后路单钉棒治疗骶髂关节脱位,其内固定强度更为可靠,临床疗效也更满意。     

胸椎钉棒系统置入方式的生物力学特征

背景：有研究表明胸椎骨折椎弓根螺钉的置入方式、进针点、角度、长度已经有统一定论,单个螺钉的轴向拔出力及生物力学行为报道也很多,但关于3种螺钉置入并连接钉棒后的生物力学行为研究较少。 目的：通过生物力学测试来进一步观察并比较3种胸椎螺钉置入并连接钉棒后的生物力学行为,从而了解胸椎置钉并连接钉棒后的强度,及其拔出后对胸椎置钉周围骨质的应力影响。 方法：实验将新鲜冰冻胸椎标本随机分3组,经椎弓根固定组,经横突-椎体固定组,经改良肋横突法固定组,每组照标准胸椎置钉法分别置入胸椎钉棒系统,在力学仪器上测试,动态曲线描述拔出过程中钉棒系统及胸椎置钉周围骨质所承受力量,并进行统计学分析,比较3种置钉方法在胸椎上把持力的差异性。 结果与结论：3种伤椎置钉方式中,经椎弓根固定组拔持力明显大于经横突-椎体法及经改良肋横突法组的把持力(P < 0.01),经横突-椎体法及经改良肋横突法组的把持力差异无显著性意义。结果证实,经椎弓根固定法固定节段的胸椎置钉周围骨质所承受力稳定性明显优于经横突-椎体法及经改良肋横突法组。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      

不稳定Hangman骨折颈椎前后路融合金属植入物内固定方式的对比

背景：对于Hangman骨折,采用颈前路融合钢板置入内固定和后路C2椎弓根、C3侧块钉棒置入内固定,目前存在争议。 目的：比较颈前路融合钢板置入内固定和后路C2椎弓根、C3侧块钉棒置入内固定治疗Hangman骨折的临床效果。 方法：将26例Hangman骨折患者按随机数字表法分为2组,分别行颈前路减压植骨钛合金钢板置入内固定与后路C2椎弓根、C3侧块钉棒置入内固定治疗。 结果与结论：与后路C2椎弓根、C3侧块钉棒置入内固定治疗比较,颈前路减压植骨钛合金钢板置入内固定治疗手术时间更短,术中出血与术后引流量更少(P < 0.05)。两组术中、术后并发症差异无显著性意义。提示与颈椎后路手术内固定相比,颈椎前路融合植入物内固定手术治疗Hangman骨折手术时间短,术中出血量少,术后颈椎功能恢复良好。     

组配式人工半骨盆假体置换后骨盆站立位生物力学有限元分析

背景：目前关于骨盆生物力学有限元分析主要是针对正常和外伤后的骨盆,缺乏对Enneking Ⅱ区的恶性肿瘤切除、组配式人工半骨盆假体重建骨盆环缺损后骨盆生物力学模型进行三维有限元分析。 目的：观察正常骨盆及半骨盆切除、组配式人工半骨盆假体置换后患者站立体位下应力分布。 方法：采用CT薄层扫描采集1例半骨盆切除、组配式人工半骨盆假体置换后17个月患者的骨盆原始数字影像和通信标准数据,将数据导入Mimics 8.1软件建立三维实体模型,再将实体模型导入Abaqus 6.7-1分析软件,分别以正常骨盆及组配式人工半骨盆假体置换后的骨盆,建立三维有限元模型,并分别对双脚站立、患侧单脚站立两种静力状态下进行生物力学加载并对结果进行分析。 结果与结论：在正常骨盆及组配式人工半骨盆假体置换后骨盆2种有限元模型中,不同站立体位相同载荷下健侧骨盆应力值接近;患侧组配式半骨盆假体不同站立体位时应力最大值均出现在髋臼杯上方CS脊柱内固定器与髋臼杯连接部内侧,所受最大应力均远低于其疲劳强度;组配式半骨盆假体重建后骨盆站立位时应力的分布规律与正常骨盆基本一致。说明：①组配式人工半骨盆假体置换对健侧骨盆影响较小。②站立体位下组配式人工半骨盆假体安全性好。③组配式人工半骨盆假体重建后的骨盆符合人体正常生物力学规律,具有良好的生物力学相容性基础。     

双侧钉棒及同侧单钉棒置入内固定的生物力学比较

背景：腰椎失稳、腰椎滑脱等腰椎退行性疾病常常需要实施腰椎融合,其目标是稳定脊柱,但究竟采取何种内固定方式仍存在争论。 目的：比较单侧与双侧经椎间孔减压椎体间融合治疗腰椎退行性病变的生物力学差异。 方法：人新鲜尸体腰椎标本6具,L4~5模拟微创经椎间孔减压椎体间融合,根据不同的内固定组合方式分为2组,即双侧钉棒组及同侧单钉棒组。在生物力学试验机上测量各种固定方式不同工况下的运动范围(ROM值),并进行比较。 结果与结论：以完整的腰椎运动单元为参照,两固定组的ROM值均低于对照组(P < 0.05)。其中双侧钉棒组在各工况下ROM值均显著低于同侧单钉棒组(P < 0.05)。提示在生物力学实验中,单侧椎弓根螺钉固定椎间融合生物力学性能优良,刚度适中,腰椎可获得可靠的稳定性。但与双侧钉棒固定比较,单钉棒方式仍然存在差距。     

垂直不稳定骨盆骨折各种内固定生物力学对比研究

本文根据生物力学原理,通过选用１８具新鲜湿润固定骨盆标本,建立不同内固定骨盆实验力学模型,运用应变,位移电测技术测定与比较了五种不同内固定方法在力学指标上的优劣。结果表明,垂直不稳定骨盆骨折采用π棒和Ｔ形钢板内固定,在强度,刚度与稳定性方面比其余内固定方法更具有优势,两者呈显著性差异。     

后路钉棒系统置入内固定并侧前方减压植骨融合治疗胸腰椎严重爆裂骨折12例

背景：胸腰椎爆裂性骨折侧前方减压植骨融合、钉棒系统内固定术可通过同一切口实现。 目的：观察后路钉棒系统置入内固定并侧前方减压植骨融合治疗胸腰椎严重爆裂骨折合并脊髓及神经根损伤的临床疗效。 方法：回顾采用后路钉棒系统置入内固定,侧前方减压植骨融合治疗12 例胸腰椎爆裂骨折合并神经损伤的病例。 结果与结论：12例患者椎管均获得有效减压,均随访9个月以上。影像学显示植骨块融合良好, 伤椎高度基本恢复,Cobb’s 角由术前平均22°恢复到6°,F rankel 分级恢复1级者6 例,恢复2级者3 例,无变化者3例。结果表明,采用后路钉棒系统内固定加侧前方减压椎体次全切除植骨融合是集减压、复位、内固定、植骨融合、矫正畸形、重建脊柱稳定一次完成的有效方法,但应严格掌握适应证。     

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。     

骨盆骨折S_1螺钉结合棒板内固定系统的生物力学评价

目的探讨采用自行研制的S1螺钉结合棒-板内固定系统治疗骨盆骨折的生物力学性能,为临床应用提供科学依据.方法采集新鲜的冷冻尸体骨盆标本10具,造成C1～3骨盆骨折模型,分别应用S1螺钉结合棒-板内固定系统、S1螺钉结合Galveston技术内固定、骶骨棒、骶髂关节螺钉、前路重建钢板等内固定方法固定,采用实验应力分析方法对其力学性能进行比较研究.结果骨盆骨折采用S1螺钉结合棒-板内固定系统,其强度、刚度、稳定性均接近正常骨盆,统计学无显著性差异(P＞O.05),与其它内固定方法比较均有显著差异(P＜0.05).结论采用S1螺钉结合棒-板内固定系统治疗骨盆骨折,其强度、刚度最佳,优于其它内固定方法,是一种理想的新型内固定器械.     

基于非线性材料股骨颈骨折固定方式

目的对股骨颈骨折内固定治疗方法中的螺钉固定角度、螺钉数量和螺钉组合方式进行合理选择,以达到最佳的复位稳定性。方法以DICOM数据为基础,建立基于Lindon分型方式的包含不同角度、数量和组合方式的股骨颈骨折内固定三维有限元模型,并依据材料属性参数与CT图片灰度值之间的关系为模型赋予非线性的材料性质,模拟生理载荷条件对模型进行加载。结果临床常见骨折面角度所对应的最佳单钉固定角度为65°和70°;在手术条件允许的情况下,螺钉数量越多,固定效果越好;3钉呈倒三角放置略优于3钉呈正三角放置,3钉呈正三角放置优于2钉,而2钉平放与2钉斜放的优劣取决于骨折面角度。结论骨折面角度对固定的效果有重要影响,股骨颈骨折内固定三维模型的加载仿真过程能够为股骨颈骨折内固定方式的研究提供一种可行途径。     

骨盆骨折生物力学研究进展

近年来,随着交通事故增多和老龄化进一步发展,骨盆骨折发病率呈现逐渐增多的趋势。基于骨盆骨折固定物生物力学的深入研究,其手术治疗得以广泛开展,手术治疗目的是有效复位固定骨折,矫正畸形,恢复骨盆完整性和稳定性,并尽量减少内外固定物引起的并发症。如何在保证治疗效果的情况下提高骨盆稳定性是每个临床医生都会面对的问题。本文从骨盆及其韧带解剖、正常生物力学、分型和骨盆骨折固定生物力学几个方面,总结近年来骨盆骨折的生物力学研究进展,为临床骨盆骨折的合理治疗提供一定参考。     

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。     

Biomechanical comparison of newly designed stemless prosthesis and conventional hip prosthesis--an experimental study

Local bone loss after implantation of traditional stem-type prostheses remains an unsolved problem during the long-term application of total hip replacement. The stress shielding effect and osteolysis were thought to be the two main factors that result in local bone loss after prosthesis implantation. A newly designed stemless cervico-trochanteric (C-T) prosthesis was thus developed to reduce stress shielding and osteolysis caused by the implantation of conventional stem-type prosthesis. Eight synthetic femora were implanted with C-T and porous coated anatomic (PCA) prostheses. Under 2,000-Newton load, the surface strains of proximal femora were compared between the intact, PCA press-fit femora and the C-T implanted femora with three different fixation modes: two-screw fixation, three-screw fixation, and three-screw combined with cement fixation. The results revealed that stress shielding in the C-T implanted femora was significantly eliminated compared to that of the PCA implanted femora (p<0.01). No statistical difference in strain magnitude was found for the C-T implanted femora among the three different fixation modes (p>0.1). The C-T implanted femur has more physiological strain distribution. Moreover, from the C-T prosthetic characteristic design, the localized osteolysis would be also reduced due to the overall coverage of neck-trochanteric area. The newly designed C-T prosthesis may be a useful alternative to the traditional stem-type prosthesis in the future.     

骶髂关节解剖型钢板的全骨盆三维有限元模拟

目的在高度仿真的完整骨盆三维有限元模型基础上,模拟使用新设计的解剖型钢板对骶髂关节骨折脱位进行固定,并与普通钢板的模拟固定进行对比,验证和分析新型钢板的性能.方法从CT精确重建髋骨和骶骨模型,采用专门的半自动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.然后去掉一侧的骶髂关节韧带群模拟骨折脱位,使用新型的骶髂关节解剖型棒-板内固定系统进行固定模拟,同时使用普通钢板替代解剖型钢板建立对比模型,分别进行加载分析受力情况.结果通过使用新的解剖型钢板改进棒一板内固定系统,骶髂关节的最大相对位移值减小了约23%,骨盆主要传承负载区域的最大的应力值降低了约25%.结论新型的解剖型钢板有效地提高了骶髂关节棒-板内固定系统的力学性能,为骨盆骨折的治疗增加了一种更有效的新方法.     

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。