天鹅记忆加压接骨器对肱骨骨折加载应力的选择

背景：肱骨骨折治疗中经常遇到的主要问题在于应力加载的方向与应力加载的力值。目的：分析天鹅记忆加压接骨器同定肱骨时不同应力加载的选择，为今后肱骨骨折治疗时内固定器械的放置部位、载荷的施加方向及大小等提供力学依据设计：进行不同应力加载的条件下，构建肱骨骨折的三维有限元模型。单位：解放军第二军医大学附属长海医院骨科和同济大学生命科学与生物工程学院。材料：实验于2001-01／2003—05在解放军第二军医大学长海医院骨科实验室和同济大学生命科学与生物工程学院实验室完成。选取湿成年尸体肱骨标本和与之相对应型号的天鹅型记忆接骨器。方法：选择湿肱骨标本行CT成像得到肱骨每层横截面图像，采用大型有限元分析软件ANSYS5．6建立肱骨、天鹅型记忆接骨器以及天鹅型记忆接骨器固定肱骨的三维模型。主要观察指标：对比不同加载方式下肱骨的受力情况，寻求临床治疗的参考数值。结果：所构建天鹅型记忆接骨器固定肱骨三维模型，逼真反映真实解剖形态及生物力学行为，同时获得不同加载方式下肱骨的受力情况。结论：天鹅型记忆接骨器固定肱骨三维有限元模型的构建，可以为肱骨正常力学行为以及骨折后内固定的力学基础研究提供精确模型。     

天鹅型记忆加压接骨器记忆生物力学特性检测

背景:通过记忆生物力学计算和实验测定,分析肱骨骨折和近关节部位天鹅型记忆接骨器的记忆生物力学特性。目的:通过对天鹅型记忆加压接骨器进行力学测定,分析相关记忆生物力学意义。设计:理论计算和实验测定,互为补充,互为验证。单位:解放军第二军医大学附属长海医院骨科和同济大学生命科学与生物工程学院。材料:实验于2001-01/2003-05在解放军第二军医大学长海医院骨科实验室和同济大学生命科学与生物工程学院实验室完成。选择死于颅脑损伤的成年男性肱骨20根。方法:分别选取成人尸体湿肱骨,制作骨折模型,包绕压敏胶片后以天鹅型记忆接骨器固定,测定加压支和环抱支固定骨折时的应力值。主要观察指标:①环抱支的压力测量结果。②加压支的测量结果。结果:天鹅型记忆接骨器环抱支与肱骨接触部位的应力范围是2.42～22.68N,而加压支在骨折断面产生的应力较大,应力为13.6MPa左右。结论:天鹅型记忆接骨器的环抱支应力有利于固定骨折两断端,加压支在骨折断面形成的应力场有利于骨折的愈合。     

天鹅型记忆加压接骨器记忆生物力学特性检测

背景：通过记忆生物力学计算和实验测定，分析肱骨骨折和近关节部位天鹅型记忆接骨器的记忆生物力学特性。目的：通过对天鹅型记忆加压接骨器进行力学测定，分析相关记忆生物力学意义。设计：理论计算和实验测定，互为补充，互为验证。单位：解放军第二军医大学附属长海医院骨科和同济大学生命科学与生物工程学院。材料：实验于2001-01／2003—05在解放军第二军医大学长海医院骨科实验室和同济大学生命科学与生物工程学院实验室完成。选择死于颅脑损伤的成年男性肱骨20根。方法：分别选取成人尸体湿肱骨，制作骨折模型，包绕压敏胶片后以天鹅型记忆接骨器固定，测定加压支和环抱支固定骨折时的应力值。主要观察指标：①环抱支的压力测量结果。②加压支的测量结果。结果：天鹅型记忆接骨器环抱支与肱骨接触部位的应力范围是2．42～22．68N，而加压支在骨折断面产生的应力较大，应力为13．6MPa左右。结论：天鹅型记忆接骨器的环抱支应力有利于固定骨折两断端，加压支在骨折断面形成的应力场有利于骨折的愈合。     

天鹅记忆加压接骨器治疗肱骨骨折加载应力的选择

目的:分析天鹅记忆加压接骨器(swan-likememoryconnector,SMC)固定肱骨时不同应力加载的选择,为今后肱骨骨折治疗时内固定器械的放置部位、载荷的施加方向及大小等提供力学依据。方法:选择湿肱骨标本行CT成像得到肱骨每层横截面图像,采用大型有限元分析软件ANSYS5.6建立肱骨、SMC以及SMC固定肱骨的三维模型。结果:所构建SMC固定肱骨三维模型,逼真反映真实解剖形态及生物力学行为,同时获得不同加载方式下肱骨的受力情况。结论:SMC固定肱骨三维有限元模型的构建,可以为肱骨正常力学行为以及骨折后内固定的力学基础研究提供精确模型。     

天鹅记忆加压接骨器治疗肱骨骨折加载应力的选择

目的：分析天鹅记忆加压接骨器(swan-likememory connector，SMC)固定肱骨时不同应力加载的选择，为今后肱骨骨折治疗时内固定器械的放置部位、载荷的施加方向及大小等提供力学依据。方法：选择湿肱骨标本行CT成像得到肱骨每层横截面图像，采用大型有限元分析软件ANSYS5．6建立肱骨、SMC以及SMC固定肱骨的三维模型。结果：所构建SMC固定肱骨三维模型，逼真反映真实解剖形态及生物力学行为，同时获得不同加载方式下肱骨的受力情况。结论：SMC固定肱骨三维有限元模型的构建，可以为肱骨正常力学行为以及骨折后内固定的力学基础研究提供精确模型。     

肱骨三维有限元分析及其记忆生物力学意义

目的:分析肱骨不同载荷加载下应力分布,探讨其相关的记忆生物力学意义。方法:选择湿肱骨标本行CT成像,大型有限元分析软件ANSYS5.6建立肱骨三维模型以及天鹅记忆加压接骨器(shapememoryconector,SMC)固定模型,同时进行相应力学分析。结果:当纵向加压的压力P=300N时,Z方向的正应力为-4.0～-4.5MPa,断面区域的压应力为0～0.2MPa。结论:SMC固定肱骨后三维有限元的分析,可以为肱骨骨折后内固定的力学研究提供新思路。     

肱骨三维有限元分析及其记忆生物力学意义

目的：分析肱骨不同载荷加载下应力分布，探讨其相关的记忆生物力学意义。方法：选择湿肱骨标本行CT成像，大型有限元分析软件ANSYS5．6建立肱骨三维模型以及天鹅记忆加压接骨器(shape memory conector,SMC)固定模型。同时进行相应力学分析。结果：当纵向加压的压力P=300N时，Z方向的正应力为-4．0～-4．5MPa，断面区域的压应力为0～0．2MPa。结论：SMC固定肱骨后三维有限元的分析，可以为肱骨骨折后内固定的力学研究提供新思路。     

应用三维有限元分析肱骨骨折后应力加载方向与加载力值

背景肱骨骨折治疗中经常遇到的主要问题在于应力加载的方向与应力加载的力值.目的探讨三维建模及有限元分析肱骨骨折治疗中轴向加载的力学理论依据.设计构建肱骨骨折的三维有限元模型,进行不同方位的加载.单位一所军医大学附属医院骨科和一所大学生命科学与生物工程学院.材料实验于2002-04/2004-04在上海长海医院和上海同济大学生命科学实验室完成,选择肱骨标本行CT成像.方法以肱骨横截面CT图像为基础,建立肱骨模型,利用ANSYS5.6软件进行计算,选取三维十结点四面体单元,共划分2 729个结点、49 041个单元,分析骨折断面与轴线成30.,45.,90.及X,Y,Z三方向固定时肱骨轴向受压的应力分布及大小.主要观察指标对比不同方向肱骨骨折加载后的数值,寻求临床治疗的参考.结果肱骨断面与非断面处应力差异较大,断面处应力较集中,且以断面为中心呈非严格对称分布,应力较大区域分布在距骨折部位10 mm左右,是其他应力区的两三倍.结论肱骨骨折治疗中应视不同情况估算所需载荷大小,选择合适内固定植入物以适应其功能活动的应力要求.     

应用三维有限元分析肱骨骨折后应力加载方向与加载力值

背景:肱骨骨折治疗中经常遇到的主要问题在于应力加载的方向与应力加载的力值.目的:探讨三维建模及有限元分析肱骨骨折治疗中轴向加载的力学理论依据.设计:构建肱骨骨折的三维有限元模型,进行不同方位的加载.单位:一所军医大学附属医院骨科和一所大学生命科学与生物工程学院.材料:实验于2002-04/2004-04在上海长海医院和上海同济大学生命科学实验室完成,选择肱骨标本行CT成像.方法:以肱骨横截面CT图像为基础,建立肱骨模型,利用ANSYS5.6软件进行计算,选取三维十结点四面体单元,共划分2 729个结点、49 041个单元,分析骨折断面与轴线成30.,45.,90.及X,Y,Z三方向固定时肱骨轴向受压的应力分布及大小.主要观察指标:对比不同方向肱骨骨折加载后的数值,寻求临床治疗的参考.结果:肱骨断面与非断面处应力差异较大,断面处应力较集中,且以断面为中心呈非严格对称分布,应力较大区域分布在距骨折部位10 mm左右,是其他应力区的两三倍.结论:肱骨骨折治疗中应视不同情况估算所需载荷大小,选择合适内固定植入物以适应其功能活动的应力要求.     

肱骨三维模型的构建及其生物力学意义

背景肱骨骨折治疗方法多样,但是也常常遗留严重的并发症如骨不连等,尝试采用新的生物力学分析手段,以期为肱骨骨折、骨不连的功能预后提供新思路.目的构建肱骨三维模型,并探讨其相关的生物力学意义.设计构建肱骨三维有限元模型.单位一所军医大学的附属医院骨科和一所大学生命科学与生物工程学院共同开展.材料实验于2002-04/2004-04在上海长海医院和上海同济大学生命科学实验室完成,选择典型的成年男性湿肱骨标本一根.方法选择湿肱骨标本行CT成像得到肱骨每层横截面图像,采用大型有限元分析软件ANSYS5.6建立肱骨三维模型.主要观察指标①构建的肱骨三维有限元模型的生物力学特性.②与实际临床的区别以及主要的相同点.结果所构建肱骨三维模型,逼真反映肱骨真实解剖形态及生物力学行为,同时与CT切片图相对比以判断其精确性.结论肱骨三维有限元模型的构建,可以为肱骨正常力学行为以及骨折后内固定的力学基础研究提供精确模型.     

桡骨三维模型的建立及其生物力学意义

背景桡骨骨折常遗留严重的并发症如骨不连等,采用新的生物力学分析手段为肱骨骨折、骨不连的功能预后提供新思路.目的建立桡骨三维有限元模型,并探讨其相关的生物力学意义.设计以三维有限元模型分析桡骨生物力学特征.单位解放军第二军医大学附属长海医院骨科和同济大学生命科学与生物工程学院. 材料实验于2001-01/2003-05在解放军第二军医大学长海医院骨科实验室和同济大学生命科学与生物工程学院实验室完成.选择典型的成年男性湿桡骨标本1根,行CT成像得到桡骨每层横截面图像.方法采用大型有限元分析软件ANSYS 5.6建立桡骨三维模型,建模步骤为①对齐切片.②确定坐标原点.③提取轮廓.采用三维十结点四面体实体单元进行网格划分及计算.主要观察指标①构建的桡骨三维有限元模型的生物力学特性.②三维有限元分析及计算.结果所构建桡骨三维模型,共划分为76 089个结点、49111个单元,客观反映桡骨真实解剖形态及生物力学行为,同时与CT切片图相对比以判断其精确性.结论桡骨三维有限元模型的构建,可以为桡骨正常力学行为以及骨折后内固定的力学基础研究提供精确模型.     

弓齿形状记忆接骨器记忆生物力学计算和实验力学测定

背景通过记忆生物力学计算和实验测定,分析骨盆骨折和近关节部位弓齿形状记忆合金接骨器的记忆生物力学特性.目的探讨弓齿形状记忆接骨器应用中受力与位移之间的力学关系.设计理论计算和实验测定,互为补充,互为验证.单位解放军第二军医大学附属长海医院骨科和同济大学生命科学与生物工程学院.材料实验于2002-04/2004-04在上海长海医院和上海同济大学生命科学实验室完成,所选用的材料为弓齿形状记忆接骨器.方法采用莫尔原理计算弓齿形状记忆接骨器在骨折断面及周围所产生的应力并构建应力场;同时应用实验力学方法对弓齿形状记忆接骨器载荷形变进行测定.主要观察指标观察理论计算与实验研究结果之间是否存在一致性.结果生物力学计算求得弓齿形状记忆接骨器受力P和位移?之间的关系为P=13.69?,实验测定发现弓齿形状记忆接骨器的受力与位移之间呈线性关系.结论在弓齿形状记忆接骨器材料的弹性范围内,弓齿形状记忆接骨器的受力与位移之间呈线性关系,计算结果与测定结果一致.     

天鹅记忆接骨器对实验性骨折愈合过程中局部胰岛素样生长因子Ⅰ含量的影响

背景:天鹅记忆接骨器能对长骨干形成三维立体固定,保证骨折端稳定,并在骨折端间产生持续动态的压应力.胰岛素样生长因子Ⅰ对于骨生长代谢、细胞分化和有丝分裂都有调节作用,在骨折愈合过程中能促进细胞增生,刺激骨和软骨形成.目的:定量检测大鹅记忆接骨器与传统固定方式动力加压接骨板内固定下骨折局部胰岛素样生长因子Ⅰ的表达变化.设计、时间及地点:对照观察动物实验,于2007-01/05在解放军第二军医大学长海医院骨科实验室完成.材料:天鹅记忆接骨器为含镍50%-53%的镍钛合金板材,形状恢复温度为(33±2)℃,由兰州西脉生物医疗器械公司定制.方法:选用成年新西兰白兔30只,随机选择兔一侧肱骨,截骨后用天鹅记忆接骨器固定;对侧肱骨同法截骨后,在相应位置用动力加压接骨板固定.内固定后第2,3,4,6,8,12周分别处死5只动物,以骨折线两侧0.5 cm范围内为取材区,标本按内固定物分为天鹅记忆接骨器组和动力加压接骨板组.主要观察指标:天鹅记忆接骨器、动力加压接骨板内固定后2,3,4,6,8,12周兔骨折局部胰岛素样生长因子Ⅰ含量.结果:天鹅记忆接骨器组骨折局部胰岛素样生长因子I含量在内固定后2周逐渐增高,6周时达到顶峰,8-12周逐渐下降.动力加压接骨板组骨折局部胰岛素样生长因子Ⅰ含量在内固定后2周逐渐增高,8周时达到顶峰,12周下降.内固定后2,8,12周,两组骨折局部胰岛素样生长因子Ⅰ含量差异无显著性意义(P＞0.05):内固定后3,4,6周,天鹅记忆接骨器组骨折局部胰岛素样生长因子Ⅰ含量明显高于动力加压接骨板组(P＜0.05),4周时差异最大.结论:与传统固定方式动力加压接骨板相比,天鹅记忆接骨器独特的持续动态加压应力和三维立体固定能明显促进骨折局部胰岛素样生长因子Ⅰ的分泌,促进骨折愈合.     

肱骨远端三维有限元模型的建立及生物力学分析

背景:采用有限元分析法进行骨与关节的生物力学分析得到了广泛应用,但是关于肱骨远端的有限元分析较少,且所建模型粗糙,方法繁琐.目的:建立肱骨远端的三维有限元模型,并模拟不同受力状态下的应力分布及应变特征. 方法:通过对正常成年男性肘关节的多排螺旋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ANSYS 10.0,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,模拟肱骨远端轴向受力,得出肱骨远端有限元模型上的应力分布与应变结果.结果与结论:建立的肱骨远端有限元模型总单元数为6 292,总节点数为10 232.肱骨远端在轴向载荷状态下的应力集中主要位于内、外侧柱区域.提示建立的有限元模型精确度高,符合肱骨远端的临床特点,较好地模拟了肱骨远端的生物力学特性.     

股骨柄假体的二维生物力学评价与优化选择

背景:人工髋关节置换术前选择假体时,不仅要考虑在几何学上达到与患者股骨髓腔的匹配,而且还要在生物力学性能上达到最优,这对提高全髋关节置换术后疗效,具有较现实的意义.目的:对4组与股骨匹配的股骨柄假体进行生物力学的评价,寻找与正常股骨力学分布最为接近的股骨柄假体.设计:对比观察.单位:同济大学附属东方医院骨科、解放军第二军医大学长海医院骨科、上海交通大学机械与动力工程学院.材料:实验于2004-12/2005-10 在上海交通大学机械与动力工程学院生命质量与机械工程实验室完成.选用无髋部疾患、股骨近端形态正常志愿者(男性,40岁,身高175 cm,体质量78 kg)的股骨拍摄标准正位X射线片,并以DICOM格式存入存贮器中.志愿者签署知情同意书,同时报医学伦理委员会审批.模板:Ⅰ号假体:Zimmer versys Fiber Metal Taper11#;Ⅱ号假体:Plus APL 2#;Ⅲ号假体:Welink Ribbed system cementless11#:Ⅳ号假体:Lima F2L 1#.方法:在Matlab中导入股骨近端X射线正位片及4组股骨-股骨柄假体模板的bmp格式的图像文件,分别提取股骨、带假体模板的股骨二维轮廓数据,利用ANSYS软件建立股骨、股骨-股骨柄几何模型及二维非线性有限元模型,负荷加载后对股骨近端的应力分布进行分析、比较.主要观察指标:股骨近端的应力分布.结果:Ⅰ,Ⅳ号假体对所研究的股骨而言其应力大小及分布与正常股骨相近,但两者相比Ⅰ号更为接近,应为最佳选择.结论:通过基于X射线片与模板的股骨柄假体二维生物力学的分析比较,可对股骨柄假体的生物力学性能作出评价,为假体的优化选择提供依据.     

肱骨远端三维有限元模型的建立及生物力学分析

背景：采用有限元分析法进行骨与关节的生物力学分析得到了广泛应用,但是关于肱骨远端的有限元分析较少,且所建模型粗糙,方法繁琐。目的：建立肱骨远端的三维有限元模型,并模拟不同受力状态下的应力分布及应变特征。方法：通过对正常成年男性肘关节的多排螺旋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ANSYS10.0,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,模拟肱骨远端轴向受力,得出肱骨远端有限元模型上的应力分布与应变结果。结果与结论：建立的肱骨远端有限元模型总单元数为6292,总节点数为10232。肱骨远端在轴向载荷状态下的应力集中主要位于内、外侧柱区域。提示建立的有限元模型精确度高,符合肱骨远端的临床特点,较好地模拟了肱骨远端的生物力学特性。     

三维有限元分析钢板内固定治疗跟骨骨折

背景：有多种钢板治疗跟骨骨折,但究竟哪种效果更好,目前尚无定论. 目的：在跟骨骨折三维有限元模型上模拟加载3种类型的钢板,观察比较应力、应变及移位等生物力学性能. 方法：在踝关节中立位和背伸20°位建立跟骨骨折三维有限元模型,分别模拟使用跟骨Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型3种形状钢板对骨折进行固定,加载后计算内固定物自身的应力分布、骨骼的应力分布及骨折块间的移位程度. 结果与结论：①两种体位骨折模型3种固定方式下的钢板应力分布都不均匀,钢板前部应力水平均高于后部,Ⅰ型钢板的应力分布相对比较均匀.②两种体位骨折模型3种固定方式下跟骨的应力最大值均在跟骨前部,而正常跟骨最大应力值在跟结节处,Ⅰ型钢板固定跟骨骨折后骨骼的最大应力值均小于Ⅱ型、Ⅲ型钢板.③两种体位骨折模型3种固定方式下均发生了骨折块间的位移,其位移趋势是一致的.结果显示,与Ⅱ型、Ⅲ型钢板固定相比较,跟骨Ⅰ型钢板固定后所承受应力更小,且应力分布更均匀,较符合生物力学原理.