新型内侧支撑钢板固定青壮年不稳定型股骨颈骨折的有限元分析

目的 应用有限元分析技术探究3枚空心钉联合Y型内侧支撑钢板治疗青壮年Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折的生物力学特性,为临床应用提供参考。方法 采集股骨三维CT,建立青壮年Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折三维模型;建立3种内固定模型（3枚空心钉、3枚空心钉联合1/3管型内侧支撑钢板及3枚空心钉联合Y型内侧支撑钢板）,通过有限元分析模型,对不同内固定方式所对应的内固定应力分布及峰值,内固定与股骨的位移分布及峰值进行分析。结果 3种内固定方式下内固定应力均分布于股骨颈骨折断端周围,3枚空心钉内固定应力峰值为40.98 MPa,3枚空心钉联合1/3管型内侧支撑钢板固定时空心钉、钢板及配套螺钉应力峰值分别为28.92 MPa、22.58 MPa、51.13 MPa,3枚空心钉联合Y型内侧支撑钢板时空心钉、钢板及配套螺钉应力峰值分别为29.66 MPa、45.50 MPa、63.65 MPa。3种内固定方式中股骨的最大位移均集中在股骨头顶端,3枚空心钉、联合1/3管型支撑钢板、联合Y型支撑钢板固定股骨位移峰值分别为0.93 mm、0.68 mm及0.60 mm,内固定位移峰值分别为0.87 mm、0.65 mm及0.56 mm。结论 对于青壮年Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折,3枚空心钉联合Y型内侧支撑钢板内固定的生物力学性能优于单纯3枚空心钉及3枚空心钉联合1/3管型内侧支撑钢板,是值得推荐的固定方式。     

计算机辅助2枚空心钉置入内固定治疗股骨颈骨折的生物力学分析

文题释义： 股骨颈骨折最佳治疗方案：目前仍然存在争议,治疗方法众多,包括股骨颈加压螺钉经2枚或3枚平行螺钉固定或者关节置换,或者在少数情况下采用非手术治疗。但目前在临床上广泛应用的主流选择仍然是国际内固定学会(AO/ASIF)推荐的纯钛空心螺钉治疗股骨颈骨折,具有手术操作简单、局部解剖分离较少、手术时间较短等优点,已被大多数学者认可。 股骨颈骨折内固定的条件：①抵抗施予骨折线上的剪应力;②抵抗弯应力;③容许轴心上的压应力。 背景：临床上常用的空心钉有单头及双头2类,普通(单头)空心加压螺钉固定容易出现股骨颈短缩,骨质疏松时容易出现退钉现象,因此治疗股骨颈骨折选择普通空心加压螺钉还是双头空心加压螺钉目前存在争议。 目的：通过有限元分析探讨2枚双头空心加压螺钉与2枚普通(单头)空心加压螺钉的不同空间构型在治疗股骨颈骨折中的生物力学作用。 方法：通过采集1名男性30岁健康成人志愿者股骨近端薄层CT扫描来获得原始DICOM数据,在Mimics 10.01软件中建立股骨近端模型,将该模型导入UG 8.0软件中建立股骨颈骨折模型(Pauwels角 60°)。再通过三维扫描建模获得双头空心加压螺钉及普通(单头)空心加压螺钉的三维模型。在UG 8.0软件中按照2枚螺钉水平及垂直分布进行股骨颈骨折装配建模,再将建立的模型导入ANSYS 14.5软件中赋值运算后,测量股骨颈骨折断端开口角、骨折断端相对位移及应力分布情况。 结果与结论：①在生物力学稳定性方面：2枚螺钉水平位固定骨折断端的开口角及位移小于垂直位固定,双头空心加压螺钉的开口角及位移小于普通(单头)空心加压螺钉;②应力分布：2种螺钉固定的应力分布不同,双头空心加压螺钉的螺钉上应力分布较普通(单头)空心加压螺钉更加分散,部分应力传递至螺钉尾部;而在普通(单头)空心加压螺钉中,螺钉上的应力主要集中在骨折断端处;水平和垂直布局的应力分布亦有差别,2枚螺钉水平位固定时前方1枚螺钉上的应力分布更加集中,而垂直位固定时的应力主要集中在上方1枚螺钉;③结果表明,双头空心加压螺钉较普通(单头)空心加压螺钉固定股骨颈骨折更加稳定可靠;2枚螺钉水平位固定比垂直位固定具有更好的生物力学稳定性。因此临床可应用双头加压螺钉治疗股骨颈骨折,当选择2枚螺钉时宜采用水平位固定。 ORCID: 0000-0001-7084-2826(申洪全) 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     

基于有限元模型的踝关节生物力学分析*

背景：有限元力学分析在生物力学领域广泛应用。 目的：采用大型有限元软件ANSYS对踝关节三维有限元数字模型进行生物力学分析,探讨踝关节各组成骨的应力分布规律及其发生形变、位移情况。 方法：把经MIMICS、Geomagic和ANSYS处理后生成的踝关节三维数字模型导入软件ANSYS中,经过约束条件、施加载荷、求解试算等阶段,对其各组成骨进行有限元分析。 结果与结论：①静止直立位时,踝关节各组成骨最大应力区集中在内踝与距骨相关节处、胫骨远端关节面髁间线前部、胫骨中下段前缘皮质区及距骨滑车外侧部;最小应力区集中在外踝、胫骨远端内侧皮质区、距骨头、距骨颈;最大位移发生在距骨头,位移自下而上逐步减小;最小位移发生在胫骨、腓骨中下段1/3处。②高空坠落时,最大应力区集中在胫骨中下段前缘皮质区、距骨滑车前外侧、内踝内侧皮质区以及胫骨远端关节面髁间线前部。其中胫骨中下段应力集中区随着压力的增加,稍向内侧移位。距骨滑车外侧部最大应力集中区位置无明显变化,范围逐渐加大。最小应力区集中在外踝、胫骨远端关节面外侧部、距骨头、内踝的外侧皮质;随着压力不断加大,内踝外侧皮质的小应力蓝色区域范围逐渐减小;外踝逐渐出现应力稍大的淡蓝色区域,提示所受应力加大。最大位移发生的部位自距骨头向上,经距骨颈、胫距关节面到胫腓骨中下段逐渐减小,到胫腓骨中下段时减到最小。     

髓内钉与锁定钢板治疗肱骨近端骨折的有限元分析

背景：髓内钉及锁定钢板治疗肱骨近端骨折在临床中应用广泛，但其内固定方式选择尚未达成共识。目的：通过有限元分析比较髓内钉与锁定钢板治疗两部分及三部分肱骨近端骨折的生物力学稳定性。方法：收集1名志愿者肱骨CT数据，导入Minics 21.0、Geomagic Wrap、SoildWork 2017及Abaqus 2021中，建立两种内固定方式治疗两部分及三部分骨折的有限元模型，分别为A组(髓内钉固定两部分骨折)、B组(锁定钢板固定两部分骨折)、C组(髓内钉固定三部分骨折)、D组(锁定钢板固定三部分骨折)，对比分析肱骨及内固定物的应力分布、位移程度及其最大值。结果与结论：(1)A组模型中肱骨的最大应力及最大位移值最小，D组模型中肱骨的最大应力及最大位移值最大，锁定钢板组应力主要集中在肱骨头内侧下方及螺钉孔区域，而髓内钉组应力主要集中在骨折线周围及肱骨外科颈外侧下方区域，两者位移分布无明显差异，主要集中在肱骨远端；(2)A组模型中髓内钉的最大应力值最小，D组模型中锁定钢板的最大应力值最大，两种内固定的最大应力均主要集中在肱骨距螺钉及与内固定连接处，锁定钢板的应力云图分布集中，而髓内钉的应力云图...     

腰椎间融合后路非对称与对称固定螺钉应力的有限元比较

背景：经椎间孔腰椎间融合非对称固定的生物力学稳定性研究,发现固定效果与双侧椎弓根螺钉接近,可满足临床应用所需生物力学要求。经关节突椎弓根螺钉参与经椎间孔腰椎间融合非对称固定的螺钉力学安全性又会怎样呢？ 目的：建立L₄-₅功能节段左侧经椎间孔腰椎间融合后,分别予以同侧椎弓根螺钉+对侧经关节突椎弓根螺钉、同侧椎弓根螺钉+对侧经椎板关节突螺钉及双侧椎弓根螺钉固定的三维有限元模型,施加相同的载荷,分析不同运动状态下螺钉应力分布特点,比较3种螺钉应力状况。 方法：对一成人正常L₄-₅椎节段标本、椎间融合器、椎弓根螺钉和皮质骨螺钉进行64排螺旋CT 扫描,通过Mimics11.1建立左侧经椎间孔腰椎间融合后3种内固定组合(同侧椎弓根螺钉+ 对侧经椎板关节突螺钉、同侧椎弓根螺钉+对侧经关节突椎弓根螺钉及双侧椎弓根螺钉固定)的几何模型,利用Simpleware3.1软件分别建立三维有限元模型,模拟500 N\6 Nm载荷下前屈、后伸、左\右侧弯、左\右侧旋等6种运动状态,用Abaqus6.8软件进行螺钉应力变化和分布特点分析。 结果与结论：由于经椎间孔腰椎间融合入路切除了左侧关节突,造成内植物应力分布不对称,对弹性模量大的内固定器械—椎弓根螺钉应力影响最大,尤其是在左旋运动时。在不对称组合内固定中,由于关节突关节螺钉的使用,使对侧椎弓根螺钉应力相应增加,以左旋运动时尤为明显,但关节突关节螺钉断裂的危险性增高不明显。提示为降低螺钉断裂的风险,经椎间孔腰椎间融合后路3种组合内固定均应严格限制旋转运动,尤其是关节突切除侧的旋转运动。     

腓骨重建及小钛板固定下颌骨体部缺损的三维有限元分析

背景：临床研究中进行腓骨重建修复下颌骨缺损的力学研究是不现实的,而有限元分析法为下颌骨缺损修复重建的生物力学研究提供了新的方法。目的：建立腓骨重建小钛板固定下颌骨体部缺损的三维有限元模型,对其进行生物力学分析。方法：建立下颌骨体部缺损腓骨重建三维模型及内固定模型,在前牙、健侧第一磨牙、健侧第二磨牙加载    100 N咬合力,观察下颌骨模型重建前后的最大应力值和最大位移值情况,前牙加载和后牙加载下重建模型钛板、钛钉孔周围骨质的应力情况,前牙加载和后牙加载下腓骨前后端的最大位移值情况。结果与结论：正常下颌骨的最大应力集中在髁突颈部。在重建模型中,最大应力集中在健侧髁突颈部,加载相同咬合力的情况下重建下颌骨的最大应力值均大于正常下颌骨的最大应力值,前牙加载最大应力值大于后牙加载。在每块钛板内侧的两钉孔之间应力值最大,下颌角部位的应力比较集中,加载侧近下颌骨缺损处前上方的第一颗钛钉为下颌骨残端钛钉的最大应力集中部位,近腓骨中段后下方钛钉为腓骨端钛钉的最大应力集中部位。下颌骨残端近缺损处以及腓骨中段上板处的钉孔周围皮质骨为最大应力集中部位,前牙加载时的最大应力大于后牙加载时的最大应力。腓骨在X轴上从上缘到下缘的位移值不断减少,在Y轴上从前下方及后端至中份的位移值逐渐减少,在Z轴上从前端到后端的位移值逐渐减少。腓骨前端的最大位移值在Z轴方向,后端的最大位移值在Y轴方向上,前牙加载时的最大位移值均较后牙加载时的最大位移值大。说明下颌角后上方钛板最易折断,应对其进行加固处理;钛钉尖端和颈部应力比较大,应选择双皮质钛钉;腓骨端和下颌骨残端钛钉和钛板的应力比较大,应重视其稳定性和固位性;前牙咬合时的应力大于后牙咬合时的应力,修复后应避免前牙咬合。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料;骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性;组织工程     

伤椎椎弓根置钉治疗胸腰椎压缩性骨折的三维有限元分析

背景：有文献报道伤椎置钉技术较传统4钉跨阶段固定具有更强的牢固性,可有效避免内固定的松动断裂,但其生物力学机制研究尚显不足。 目的：构建脊柱胸腰椎单纯压缩性骨折的三维有限元模型,探讨伤椎附加椎弓根螺钉置入治疗胸腰椎压缩性骨折的生物力学效应。 方法：将一T12椎体压缩性骨折患者脊柱胸腰段超薄CT扫描数据输入Mimics软件中,构建T12椎体压缩性骨折的有限元模型,在此模型基础上模拟伤椎置6钉和跨节段4钉内固定,对两个模型分别施加垂直压缩、前屈、后伸、左屈及右旋载荷。 结果与结论：两组固定模式各种载荷下的应力均集中在螺钉根部,在垂直载荷下,螺钉的应力最小,右旋和左屈载荷下的应力最大;在垂直压缩、前屈、后伸、左侧弯及右旋运动下,上位螺钉较下位螺钉应力大(P < 0.05)。伤椎置6钉固定组螺钉应力较跨节段4钉固定组小(P < 0.05)。两组T11椎体最大位移无差别。表明伤椎附加椎弓根螺钉置入可以优化内固定的载荷,减少断钉率。     

改良中空加压螺钉内固定治疗股骨颈骨折的有限元分析

目的建立中空加压螺钉固定股骨颈骨折的三维有限元模型,研究3枚中空加压螺钉的受力情况及改良螺钉内固定治疗股骨颈骨折时能否提供所需的力学强度。方法三维有限元模型采取三钉倒三角并与股骨干成127°的内固定方式,并模拟单腿站立时的受载情况;在Pauwels角分别为50°、60°、70°、80°时,计算3枚螺钉在不同位置(下面螺钉为1号,前上螺钉为2号,后上螺钉为3号)所受应力;选择受力最大的螺钉开侧孔,研究孔径大小、开孔方向对螺钉固定股骨颈骨折模型的影响。结果随着Pauwels角度的增加,每个中空加压螺钉上的应力增大;Pauwels角为80°时各个中空加压螺钉的应力达到最大值,1、2、3号螺钉所受应力分别为304、515、和154 MPa;当受力最大的2号螺钉开孔直径为1 mm,开孔方向避开150°～195°时,3枚螺钉所受应力均在安全范围内。结论从力学角度看,3枚螺钉受到不同应力,开侧孔设计的中空加压螺钉具有良好的生物力学性能,治疗股骨颈骨折手术安全可靠,而且可以通过中空和侧孔管道向骨折端注入药物,为促进股骨颈骨折愈合创造有利条件。     

胫骨远端关节面缺损有限元模型的生物力学分析

背景：采用有限元分析法进行骨与关节的生物力学研究得到了广泛应用,但是关于胫骨远端关节面缺损有限元分析,国内外少见关于此类的报道。 目的：建立踝关节的三维有限元模型,制作胫骨远端关节面不同面积的缺损,并模拟在不同位相下胫骨远端关节面发生形变、位移情况,预测胫骨远端关节面缺损的最大允许程度和探讨踝关节创伤性关节炎的力学发病机制。 方法：通过对1名正常成年男性踝关节的多排螺旋 CT扫描,获得连续断层图片,导入Mimics 医学建模软件生成实体模型后,应用大型通用有限元分析软件ANSYS13.0进行网格划分、材料属性赋值生成有限元模型。约束边界条件,模拟踝关节远端轴向受力,得出在不同位相下胫骨远端关节面有限元模型上的应力分布与位移结果。 结果与结论：建立人体踝关节有限元模型总单元数为157 990,总节点数为193 801。3个位相,都是随着胫骨远端缺损面积的增大,接触面积逐渐减小,尤其是跖屈位在缺损直径13 mm的面积时,变化最为明显;3个位相的接触面积,在中立位接触面积最大;在中立位和背屈位都是随着胫骨远端关节面缺损面积的增大,应力峰值逐渐增大,都是在11-13 mm以后应力峰值明显增大;在中立位和背屈10°位,主要集中在后内和后外象限;在跖屈10°位,变化比较复杂,在11-13 mm,随着缺损面积的增大应力峰值变化明显增大,到13 mm应力峰值达到最大值。所以,胫骨远端关节面的最大缺损直径可认为是11-13 mm。胫骨远端关节软骨及骨床缺损直径超过11-13 mm的圆面积,关节功能将受到影响。     

基于尺桡骨三维有限元模型分析桡骨远端骨折的生物力学特征

文题释义： 三维有限元模型：有限元模型主要是利用有限元分析方法建立的模型,而三维有限元模型主要是根据空间有限离散原则,将三维空间结构体分割不同区域,各区域为一单元且以节点相连接,因此节点间的变形运动是连续的,会引起周围节点及单元的相关变化。三维有限元模型精确逼真,且符合桡骨远端骨折的生物力学特性,模拟测试结果可为临床研究提供理论依据。 桡骨远端骨折：特指距桡骨远端关节面3 cm以内的骨折,常见于患者跌倒时损伤,是中老年人好发骨折之一,约占全部骨折患者的1/6。 背景：近年来关于桡骨远端骨折机制偏向定性的研究多数仅限于二维分析,易受多种因素影响,导致结果不甚满意,而利用CT数据建立三维有限元模型可更好评估人体骨骼变异情况。 目的：通过建立尺桡骨三维有限元模型,检测桡骨远端骨折生物力学,并进行桡骨远端骨折发生机制研究。 方法：获取1名50岁健康女性左侧上肢肱骨远端到腕关节中段CT扫描影像学资料,志愿者对试验方案知情同意,且经CT扫描显示正常,排除患有骨科相关疾病。利用三维有限元分析软件Ansys 16.0建立尺桡骨三维有限元模型,模拟手腕背伸、掌屈、尺偏、桡偏时力的加载,观察记录不同载荷下模型各部分应力;分析不同模型角度时桡骨远端骨折形成及裂纹走向。 结果与结论：①腕关节处于背伸位时,前臂旋前和前臂旋后桡骨背侧缘中点受压应力,随背伸角度增大而增大;前臂旋前和前臂旋后桡骨掌侧受张应力,随背伸角度增大而增大;②腕关节处于掌屈位时,前臂旋前和前臂旋后桡骨背侧缘中点受张应力,随掌屈角度增大而增大;前臂旋前和前臂旋后桡骨掌侧受压应力,随掌屈角度增大而增大;③前臂旋前背伸位及前臂旋后掌屈位时,桡骨裂纹首先出现于松质骨与密质骨交界处桡骨远端表面受最大张力一侧,骨折裂纹沿掌远端向近背端,与骨轴线45°角方向发展;④前臂旋前掌屈位及前臂旋后背伸位时,桡骨裂纹首先出现于松质骨与密质骨交界处桡骨远端表面受最大张力一侧,骨折裂纹沿远背端向近掌侧,与骨轴线45°角方向发展;⑤结果表明,手腕背伸、掌屈、尺偏、桡偏进行力的加载,骨折首先出现于松质骨与密质骨交界处桡骨远端表面受最大张力一侧,裂纹走向与所受应切力和张应力方向有关。 ORCID: 0000-0002-4577-2165(夏长江) 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     

可吸收螺钉置入固定简单外踝骨折的有限元分析

BACKGROUND: Compared with the metal screws, absorbable screws have more obvious advantages, such as does not have to conduct internal fixation removal, non-metallic components, no influence on the magnetic resonance imaging of patients after implantation, relatively simple operations, namely drilling-tapping-screws fixation, more in line with the principles of minimally invasive in orthopedics. OBJECTIVE: To investigate the biomechanical characteristics of absorbable screw fixation in repair of simple lateral malleolus fractures by means of finite element technology. METHODS: The three-dimensional model of simple lateral malleolus fractures and absorbable screw model were established, and then fixed according to standard orthopedic surgical techniques. The reference load when the load bearing of fibulotalar joint reaching the peak value in a normal adult gait cycle was loaded. The stress distribution and displacement of fibula and absorbable screws were analyzed. RESULTS AND CONCLUSION: There were totally 38 542 units, 8 790 nodes in the single screw fixation model. When the articular facet of lateral malleolus loading 300 N, the maximum stress of screws was 89.35 MPa, the maximum displacement was 0.5 mm, the maximum displacement of the distal fracture was 0.5 mm. When the articular facet of lateral malleolus loading 450 N, the maximum stress of screws was 152.58 MPa, the maximum displacement was 0.59 mm, the maximum displacement of the distal fracture was 0.77 mm. There were totally 43 115 units, 9 496 nodes in the double screws fixation model. When the articular facet of lateral malleolus loading 300 N, the maximum stress of screws was 38 MPa, the maximum displacement was 0.44 mm, the maximum displacement of the distal fracture was 0.44 mm. When the articular facet of lateral malleolus loading 450 N, the maximum stress of screws was 66.68 MPa, the maximum displacement was 0.48 mm, the maximum displacement of the distal fracture was 0.49 mm. The experiment verified the biomechanical feasibility of absorbable screw fixation in repair of simple lateral malleolus fractures. For simple involving only the lower lateral fibular fracture, absorbable screw fixation is entirely feasible, and usually requires at least two screws to maintain the stability of the articular surface of the reset.       

腓骨瓣支撑空心钉固定与腓骨截骨锁定钢板固定行胫距跟关节融合术的疗效比较

目的　比较腓骨瓣支撑联合空心螺钉固定行胫距跟关节融合术与腓骨截骨联合锁定钢板行胫距跟关节融合术的临床疗效。 方法　回顾性分析2016年6月~ 2019年6月我院行胫距跟关节融合术的患者87例,41例患者采用腓骨瓣支撑联合空心螺钉固定胫距跟关节融合术（腓骨瓣组）,46例采用腓骨截骨联合锁定钢板行胫距跟关节融合术（锁定钢板组）,比较两组手术时间、引流量、融合率、美国足踝外科协会（AOFAS）踝-后足评分、视觉模拟评分（VAS）及并发症情况。 结果　所有患者顺利完成手术,两组患者手术时间无统计学差异（P>0.05）;术后引流量腓骨瓣组（253.6±34.7）ml,锁定钢板组（212.8± 20.1）ml,差异有统计学意义（P<0.05）;术后10周融合率腓骨瓣组95.1%（39/41）,明显高于锁定钢板组73.9%（34/46）,差异有统计学意义（P<0.05）;术后6个月融合率,术后12个月AOFAS、VAS评分,差异均无统计学意义（P>0.05）。所有切口Ⅰ期愈合,锁定钢板组3例患者出现腓骨截骨端激惹表现。 结论　应用腓骨瓣支撑或锁定钢板均可实现胫距跟关节融合,腓骨瓣支撑联合空心螺钉固定保留了腓骨的部分血运,可以更快地实现融合,不易引起腓骨截骨端激惹症状,融合后踝关节的外形较优。     

下腰椎融合术后路单、双侧椎弓根固定的有限元比较研究

目的　建立正常人L4~5节段椎间盘切除后单/双侧椎弓根螺钉固定椎间融合的有限元模型,对两者在不同运动载荷下的稳定性和应力分布进行比较研究。 方法　通过正常人L4~5节段CT扫描获取断层图像,然后利用mimics软件重建人体L4~5三维模型,再通过Ansys软件前处理功能建立有限元模型,并在此基础上分别建立椎间盘切除后单侧（A）、双侧（B）椎弓根螺钉固定+椎间Cage融合模型,对两组模型分别施加5 N?m的前屈、后伸、左/右屈曲和左/右旋转载荷,比较分析椎体及植入物在不同工况下的位移及应力峰值。 结果　各种工况下,A组在固定侧侧屈时椎体间位移及椎弓根螺钉应力峰值最大,在后伸时椎体应力峰值最大。B组在后伸时椎体间位移峰值最大,在旋转时螺钉及椎体应力峰值最大。在后伸和固定侧侧屈工况下A组椎体间位移峰值、螺钉及椎体应力峰值较B组相差最大。 结论　与双侧固定相比,单侧固定融合术后在固定侧侧屈及后伸工况下发生不稳及螺钉松动、断钉的潜在风险最大。单侧固定融合术后的病人在椎间骨融合前应特别减少后伸及固定侧侧屈动作,以降低风险。     

前韧带加强修复结合螺钉固定用于下胫腓不稳的生物力学特性分析

目的 建立踝关节骨折固定后遗留下胫腓前韧带损伤,用锚钉加强修复结合螺钉固定的有限元模型,比较其受力及变形情况.方法 选取1例正常男性青年志愿者踝关节CT图像,建立踝关节骨折固定后遗留下胫腓前联合损伤有限元模型,对损伤模型置入锚钉固定为实验组,使用螺钉固定为对照组.通过有限元分析计算,观察两组模型在各种载荷工况下的最大应...     

空心螺钉不同固定方式治疗后踝骨折的生物力学研究

目的 基于有限元方法研究空心螺钉不同角度固定对后踝骨折的生物力学影响,确定空心螺钉的最佳固定方式。方法 采用CT图像重建包含胫骨、腓骨、距骨以及相应软骨和韧带的踝关节有限元模型,在验证其有效性基础上建立1/2后踝骨折模型,分析空心螺钉不同固定方式对后踝骨折固定模型的生物力学影响。结果 与螺钉0°、5°、10°、20°固定相比,螺钉15°固定时模型位移最小。螺钉15°固定时,螺钉应力比螺钉5°、10°、20°固定模型小,比螺钉0°固定模型大。但螺钉0°固定时,踝关节接触应力峰值比正常踝关节接触应力峰值大得多,易造成创伤性骨关节炎。结论 空心螺钉治疗累及关节面不超过1/2的后踝骨折安全有效;螺钉以不同角度固定时,模型的位移和应力不同。螺钉固定角度为15°时生物力学稳定性最好,可用于指导临床手术。     

两种改良Goel技术治疗颅底凹陷症稳定性的有限元分析

目的　应用有限元分析评价C2双皮质椎板螺钉和C2椎弓根螺钉联合关节内Cage在寰枢固定中的生物力学差异。 方法　采集1名35岁正常男性上颈椎（C0~2）CT数据,通过Mimics10.01和Abaqus6.11软件建立C0~2节段三维有限元完整模型并进行有效性验证。在失稳模型上分别建立后路C1侧块螺钉+Cage+C2双皮质椎板螺钉组成的钉棒系统模型（C1 lateral mass screw+Cage+bicortical C2 laminar screw, C1L+Cage+BC2L）、后路C1侧块螺钉+Cage+C2椎弓根螺钉组成的钉棒系统模型（C1 lateral mass screw+Cage+C2 pedicle screw, C1L+Cage+C2P）。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 Nm力矩使模型产生前屈、后伸、侧弯、旋转运动,记录C1L+Cage+BC2L组及C1L+Cage+C2P组的应力云图及应力峰值,计算C1~2节段活动度（range of motion,ROM）。 结果　在任何工况下C1L+Cage+BC2L组和C1L+Cage+C2P组的C1~2节段ROM差异均小于0.1°,且两组内固定所有螺钉的应力分布和应力峰值无明显差异。在后伸工况下两组内固定Cage内植骨应力最小,存在明显应力遮挡, 尤其是C1L+Cage+C2P组。 结论　对于BI的治疗, C1L+Cage+BC2L内固定系统的稳定性与C1L+Cage+C2P相当,与C2P技术相比,BC2L技术简单、易行,同时能有效避免椎动脉和脊髓的损伤。为了避免内固定失效和应力遮挡,术后患者应避免颈部后伸运动。     

枢椎齿突II型骨折中空螺钉固定的三维有限元分析

目的　建立枢椎齿突Ⅱ型骨折螺钉固定的三维有限元模型,分析不同材料螺钉内固定对齿突Ⅱ型骨折术后稳定性的影响。 方法　通过CT扫描获取枢椎的空间结构信息,建立其三维有限元模型。模拟齿突骨折螺钉固定术后的受力情况,比较镁合金、钛合金两种材料螺钉固定下骨折端前后位移和骨折面及螺钉所承受的应力大小。 结果　（1）所建枢椎有限元模型外形逼真,几何相似性好,共包含为　32929个四面体单元、59265 个结点;（2）头部后伸、前屈活动时,钛合金螺钉最大应力分别为42.3MPa、　62.8 MPa,上骨折端最大位移分别为0.028mm、0.040 mm,;镁合金螺钉最大应力分别为33.6 MPa 、52.1 　MPa,上骨折端最大位移分别为0.036mm、0.056mm。 结论　应用CT 扫描获取枢椎空间结构信息建立的枢椎模型可用于生物力学实验,两种材料的螺钉固定枢椎齿突II型骨折时其最大应力均小于其材料的屈服强度,骨折端应力镁合金组大于钛合金组。     

掌侧逆行固定治疗腕舟骨腰部骨折三维有限元分析

目的 建立腕舟骨腰部骨折掌侧入路螺钉逆行固定与顺行固定的三维有限元模型,分析对比逆行固定与顺行固定术后的生物力学稳定性,为逆行固定提供生物力学依据.方法 通过CT扫描获取尺桡骨远端、各腕骨与掌骨近端的空间结构信息,利用三维有限元软件建立腕舟骨腰部骨折模型.接着以临床手术操作为参照,建立不同角度螺钉逆行固定模型以及将螺钉置于腕舟骨轴线的顺行固定术后的三维有限元模型.模拟腕舟骨腰部骨折螺钉内固定术后的受力情况,比较分析逆行固定不同螺钉内固定位置骨折端水平位移和螺钉所受最大应力大小,并与顺行固定模型对比.结果 在所有逆行固定模型中,螺钉在腕舟骨轴线上时螺钉所受应力最小、骨折端水平移位最小.在所有模型之中,顺行固定模型螺钉所受最大应力最小、骨折端水平移位最小,且与逆行固定螺钉在腕舟骨轴线时的模型非常接近.结论 逆行固定时将螺钉置于舟骨轴线时模型最稳定,而当螺钉置于舟骨轴线上时,逆行固定与顺行固定生物力学稳定性未见明细差异.     

Biomechanical evaluation of bending strength of spinal pedicle screws,including cylindrical,conical, dual core and double dual core designs using numerical simulations and mechanical tests

Pedicle screws are used for treating several types of spinal injuries. Although several commercial versions are presently available, they are mostly either fully cylindrical or fully conical. In this study, the bending strengths of seven types of commercial pedicle screws and a newly designed double dual core screw were evaluated by finite element analyses and biomechanical tests. All the screws had an outer diameter of 7 mm, and the biomechanical test consisted of a cantilever bending test in which a vertical point load was applied using a level arm of 45 mm. The boundary and loading conditions of the biomechanical tests were applied to the model used for the finite element analyses. The results showed that only the conical screws with fixed outer diameter and the new double dual core screw could withstand 1,000,000 cycles of a 50–500 N cyclic load. The new screw, however, exhibited lower stiffness than the conical screw, indicating that it could afford patients more flexible movements. Moreover, the new screw produced a level of stability comparable to that of the conical screw, and it was also significantly stronger than the other screws. The finite element analysis further revealed that the point of maximum tensile stress in the screw model was comparable to the point at which fracture occurred during the fatigue test.