坐位骨盆的三维有限元分析

背景：由于骨盆具有复杂的结构,目前对于坐位骨盆的生物力学研究较少,有限元法日益成为骨盆生物力学研究的重要手段。 目的：以有限元法研究成人正常静态坐位骨盆应力分布。 方法：获取正常成年女性全骨盆CT扫描图像,利用CT数据通过Mimics 10.0对图像数据进行重建,利用Geomagic,Proe5.0进行实体建模,输入ANSYS。再根据解剖部位建立骨盆主要韧带。对S1椎体上终板施加600 N静载荷模拟坐位时骨盆受力环境,计算该加载方式下骨盆的应力、应变及位移的分布情况。 结果与结论：垂直加载600 N载荷于骶骨上表面时重力由骶骨经骶髂关节向下传递,到达坐骨结节。此时的坐骨结节处承受较大压应力。有限元模型在静载荷下的特征部位应力、应变值基本能够反应骨盆特有的力学结构特性,模型的准确性较高。计算结果与文献中报道的结果相近,建立的人体全骨盆三维有限元模型较客观地反映人体骨盆的解剖结构和力学特性,可作为骨盆生物力学研究的工具及满足临床研究的需要。     

骶骨次全切除术后骨盆有限元模型的建立及验证☆

背景：由于位置较深以及复杂的结构，目前对于骶髂关节的生物力学的了解并不全面，而对于该部位重建方式的生物力学研究则更少。 目的：建立高位骶骨切除术后的骨盆有限元模型，并进行有效性验证，为骶髂关节重建方式的有限元评价提供平台。 时间及地点：2008-01/03在解放军第二军医大学长海医院骨科实验室完成了三维有限元模型的建立与验证。 材料：调取非腰椎、骨盆病变的成年男性骨盆CT扫描图像，扫描范围从下腰椎至坐骨结节，共有DICOM格式的CT图像132幅。 方法：分别构建完整骨盆和经S1神经孔上缘水平施行骶骨次全切除术后的缺损骨盆的三维有限元模型。模拟Hugate等的生物力学实验情况，对完整骨盆模型施加3 000 N，对缺损骨盆模型施加1 000 N的垂直载荷进行计算，得到相应的位移和刚度，然后再与文献中的结果进行比较。 主要观察指标：选择L5的最大下沉位移（U3）以及由此计算得到的刚度作为评价骶髂关节的稳定性的指标。 结果：完整和缺损骨盆模型中L5的最大下沉位移分别为7.99 mm和7.68 mm，由此计算得到的刚度分别为375 N/mm和 130 N/mm；文献中相应工况下的骨盆位移分别为（10.73±5.10）mm和（11.71±5.74）mm，刚度分别为（353±231）N/mm和（101±49）N/mm。 结论：成功建立了保留骶髂关节活动的骶骨次全切除术后骨盆的有限元模型，计算结果与文献中报道的结果较好地吻合，可认为有效，能够用于各种骶髂关节重建方式的有限元评价。     

改良Galveston技术单侧固定骶髂关节的三维有限元分析☆

摘要：建立3个有限元模型,即完整的保留骶髂关节活动的模型、采用改良Galveston技术行骶髂关节双侧固定的模型以及单侧固定的有限元模型。对腰椎顶端施加压力载荷,与文献比较验证模型的有效性,并比较模型的位移以及器械上的应力分布。单侧固定后骶髂关节的位移小于骶髂关节完整时的位移,但要明显大于双侧固定,并且后方棒上应力也要显著大于双侧固定。提示单侧固定在短期内可以提供有效的固定,但远期抗疲劳的能力可能不如双侧固定。临床上应当尽量避免行单侧固定,如已行单侧固定应当尽早取出。     

骶髂关节韧带应用解剖学意义

背景：骨盆后部结构中,骶髂后韧带复合体、骶结节韧带和骶棘韧带的完整,对骨盆稳定性有重要作用。 目的：观察骶髂关节周围韧带解剖结构,了解各韧带对关节稳定性的作用。 方法：对20具防腐成年尸体骨盆标本,共40侧依次采用前后方入路,对骶棘韧带,骶结节韧带,耻骨联合及骶髂关节诸韧带结构进行解剖学观察。 结果与结论：骶髂关节周围韧带可分为3组：骶髂前韧带、骶髂骨间韧带和骶髂后韧带。耻骨上下韧带及耻骨前后韧带。骶棘韧带和骶结节韧带。此3组韧带主要有两个功能：连接脊柱和骨盆环;维持骨盆环的稳定。     

髋臼后柱骨折模型建立及内固定稳定性研究

目的：建立髋臼后柱骨折模型,比较髋臼后柱骨折钢板内固定和拉力螺钉内固定的稳定性。 方法：取成年防腐半骨盆标本20个,建立髋臼后柱骨折模型。将骨折模型标本随机分为钢板内固定组和拉力螺钉内固定组,进行轴向压缩实验,比较两种固定方式骨折断端的水平位移和剪切刚度。 结果：钢板内固定组和拉力螺钉内固定组骨折断端的水平位移分别为（1.64±0.17）mm 和（1.70±0.20）mm;剪切刚度分别为（392.40±41.22）N/mm 和（386.33±50.07）N/mm。两组间水平位移以及剪切刚度的差异均无统计学意义(P > 0.05)。 结论：髋臼后柱骨折模型较为理想,可用于评价髋臼后柱骨折不同内固定的稳定性。髋臼后柱骨折拉力螺钉内固定与钢板内固定的稳定性无显著性差别。     

不稳定型骨盆骨折的金属植入物治疗

背景：骶髂关节骨折的治疗存在较大分歧,部分学者主张保守治疗,而有些学者则倾向积极的手术治疗,而方案的决定因素是骨盆稳定性。由于骶髂关节骨折、脱位破坏了骨盆的稳定性,易出现晚期不稳定和骨不连,引起骶髂关节疼痛,双下肢不等长,坐时疼痛和功能障碍,因此对不稳定型骨盆骨折金属植入物固定治疗预后明显优于保守治疗。 目的：总结各种金属内外固定植入物置入治疗不稳定型骨盆骨折的特点及其临床应用情况。 方法：由第一作者检索1991-01/2009-12 PubMed数据库(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/PubMed)及万方数据库(http://www.wanfangdata.com.cn)。英文检索词为“Pelvic fractures, instability, surgical treatment”,中文检索词为“骨盆骨折,不稳定,手术治疗”。检索文献量总计115篇,选择植入物置入治疗不稳定型骨盆骨折的特点及其临床应用方面的文献,排除陈旧及重复实验文章,同一领域文献则选择近期发表或发表在权威杂志的文章,最终纳入30篇符合标准的文献。 结果与结论：骶髂关节骨折脱位是一种严重的高能量创伤,在治疗上越来越重视,尤其是不稳定的骶髂关节骨折脱位。稳定型的骶髂关节骨折脱位采取保守治疗,不稳定骶髂关节骨折脱位宜行外固定、内固定重建骨盆的稳定性,内固定的治疗方法多种多样,但内固定的治疗效果有待于提高,各种内固定方法的生物力学特点如何,以及各种内固定后何时下地负重活动,有待于基础和临的床进一步研究。不稳定的骶髂关节骨折脱位内固定方法很多,包括前路固定及后路固定。后路经CT引导下的经骶髂关节拉力螺钉等微创治是发展的趋势。     

正常髋部与佩戴保护支具髋部的有限元对比分析

背景：有限元法因其具有不受样本量限制，实验误差小，重复性好等优点而成为防滑倒生物力学研究的重要手段。 目的：建立正常骨盆以及佩戴护具骨盆的三维有限元模型，分析滑倒过程中骨盆各部位的应力、应变和位移分布，验证护具的有效性。 方法：以中国数字人原始资料应用Abaqus 6.51软件构建正常骨盆以及佩戴护具骨盆的三维有限元模型，固定约束地面刚体，对整个骨盆模型加载2 m/s的速度载荷，程序运算后观测骨盆模型佩戴护具前后的应力、应变及位移随时间的变化规律和分布云图。 结果与结论：与未佩戴护具比较，佩戴护具时滑倒过程中骨盆与地面的接触力、骨盆与地面产生最大接触力时松质骨最大压缩应变、大转子以及股骨颈周围应变最大值、大转子和股骨颈附近的最大von-Mises应力值、大转子和股骨颈处的平均应力值等均明显减小。提示髋部保护支具对大转子具有保护作用，能有效降低人体滑倒时转子间骨折的发生率。     

金属材料骶髂螺钉置入治疗骶髂关节病

目的：对国内采用金属材料骶髂螺钉置入治疗骶髂关节病中的应用效果进行系统分析,以期在较大样本量的前提下评价并比较骶髂螺钉置入治疗骶髂关节病的有效性和安全性。 方法：采用电子和手工检索进行文献初检,计算机检索中国期刊全文数据库(CNKI)、中国生物医学数据库(CBM)和维普中文科技期刊数据库(VIP)所有关于骶髂螺钉应用于治疗骶髂关节疾病的临床观察文献,从观察对象、干预措施方面进行整理、并完成文献的风险评估。并结合随访和功能评估等方面,进行骶髂螺钉在骶髂关节疾病中应用的系统评价和全面总结。 结果：从31篇有关骶髂螺钉治疗骶髂关节疾病的临床研究文献中选出13篇,限于临床观察病例的实际限制,文献多采用平行对照而未实施盲法和分配隐藏,纳入人数6~36例不等,共计209例,文献应用病例致伤因素多以交通伤、坠落伤和挤压伤等为主,损伤部位以骶髂关节复合体及合并前后骨盆环的损伤为主,内固定以骶髂螺钉在腰骶骨盆固定中应用最广泛。文献结果数据完整,无失访,从术后功能的恢复来看,骶髂螺钉在治疗骶髂关节疾病中的疗效均较满意。骶髂螺钉与腰骶椎弓根钉连接技术稳定性最佳,是维持腰骶骨盆间稳定的理想术式。经皮和计算机三维导航系统植入虽精确但需严格限制适应证。 结论：骶髂螺钉置入治疗骶髂关节疾病的作用显著确切,如针对性地结合其他固定系统综合应用并引入现代科技精确导航,临床应用前景将更好。纳入的研究中多数文献未采用盲法,从而对主观指标的测量产生影响,可能与外科盲法较难实施有关。随机方法、隐藏分组均不清楚,可能存在高度选择性偏倚、实施偏倚、测量性偏倚及其他偏倚,从而在不同程度上影响本次系统评价论证强度。     

三重固定纽扣钢板肩锁关节复位的生物力学

背景：研究表明喙锁韧带在维持肩锁关节的稳定性中起重要作用,因而重建喙锁韧带至关重要。 目的：对比观察三重固定纽扣钢板重建肩锁关节复位的生物力学性能。 方法：采集新鲜肩关节标本15具,造成肩锁关节脱位,分别行三重固定纽扣钢板重建和双Endobutton钢板重建,进行生物力学应力分析,对照比较两者重建肩锁关节的性能和效果。 结果与结论：三重固定纽扣钢板技术在应力-应变关系中,强度比正常喙锁韧带和双Endobutton钢板分别高25%和15%,弹性模量分别高17%和14%,轴向刚度分别高24%和14%,差异均有显著性意义(P < 0.05)。 结果提示,三重固定纽扣钢板重建肩锁关节的生物力学性能,在强度、刚度均远超过初始的喙锁韧带的生物力学性能,而三重固定纽扣钢板重建肩锁关节复位的性能和效果比双Endobutton钢板重建更具有力学上的优势。     

微创喙锁韧带重建与锁骨钩钢板置入内固定治疗TossyⅢ型肩锁关节脱位：功能恢复的对照比较

背景：以往采用交叉克氏针固定、克氏针张力带固定、喙锁螺钉、桥接技术等治疗TossyⅢ型肩锁关节脱位的效果都不是很满意。 目的：分析微创喙锁韧带重建与锁骨钩钢板置入内固定治疗TossyⅢ型肩锁关节脱位的疗效差异。 方法：将63例TossyⅢ型肩锁关节脱位患者随机分为两组,分别采用微创喙锁韧带重建与锁骨钩钢板置入内固定治疗。 结果与结论：微创喙锁韧带重建组治疗后第1个月Karlesson疗效评价肩锁关节功能优质率为92%,第3个月为88%;锁骨钩钢板置入内固定组治疗后1个月Karlesson疗效评价肩锁关节功能优质率为79%,第3个月为76%。微创喙锁韧带重建组治疗后第1,3个月肩锁关节功能恢复优质率高于锁骨钩钢板置入内固定组(P < 0.05)。说明运用微创喙锁韧带重建治疗TossyⅢ型肩锁关节脱位较锁骨钩钢板置入内固定操作方便,创伤较小,疗效更加安全可靠。     

正常下尺桡关节三维有限元模型的建立及验证

背景：国内外学者已应用有限元分析在前臂的桡骨骨折及其固定、尺骨骨折及其固定等方面进行了生物力学评价,但还未见应用该方法对下尺桡关节进行生物力学评价相关的文献报道。 目的：建立并验证下尺桡关节三维有限元模型,用于临床的生物力学研究。 方法：将1名健康男性志愿者右肱骨远端到腕关节中段的CT和MRI图像,导入Mimics10.01和ANSYS10.0中,建立下尺桡关节三维有限元模型,模拟体外生物力学试验,在横向拉伸、轴向压缩、旋前和旋后扭转4种工况下观测下尺桡关节各结构的应力分布,所得结果与文献报道的生物力学实测数据比较验证。 结果与结论：所构建的下尺桡关节有限元模型共有333 805个单元,508 384个节点,客观反映下尺桡关节真实解剖形态。所建模型在横向拉伸、轴向压缩、旋前和旋后扭转4种工况下,理论分析结果与生物力学实测数据一致。证实所建的下尺桡关节有限元模型真实性较高,可用于生物力学分析实验。     

三维CT测量在骶髂关节个体化置钉中的应用

背景：骶髂螺钉直接固定复位后的骶髂关节，可提供足够的骨盆稳定性，其生物力学稳定性优于其他常用的内固定。 目的：探讨三维CT测量在骶髂关节个体化置钉中的应用，为临床个体化置钉提供影像解剖学的依据。 设计、时间及地点：测量实验，于2008-01/07在河北工程大学CT中心及解剖实验室完成。 材料：成人骶髂关节标本8例，男女年龄不限，无脊柱疾病，由河北工程大学医学院解剖教研室提供，体积分数为0.1的甲醛处理。 方法：每例标本的S1均经螺旋CT断层扫描后，图像输入到计算机软件，对图像进行处理，测量S1椎弓根骶髂关节的钉道直径，骶髂关节于髂骨后外侧面的进针点，骶髂关节螺钉的长度及进针方向，并根据数据模拟出各椎弓根的形态特点，依测量的数据和角度在标本上置钉，再行CT扫描观察螺钉在椎弓根内的位置。 主要观察指标：骶髂关节螺钉参数的数值，置钉后椎弓根钉的在位率。 结果：S1椎弓根宽为(24.6±2.7) mm，高为(19.1±2.9) mm，进针点至对侧前皮质的距离为(87.1±3.2) mm，进针方向与冠状面的夹角为(24.9±1.5)°，与矢状面夹角为(21.2±1.6)°，进针点与骼后上棘的距离为(37.5±2.6) mm，与骼后下棘的距离为(38.5±2.7) mm；与坐骨大切迹的距离为(43.2±4.6) mm，双侧16次穿钉，15枚骶髂关节螺钉完全在位。 结论：利用三维CT测量的数据辅助，严格按照个体化椎弓根的轴线方向置钉，置钉的成功率较高。     

骨折髋支撑关节治疗股骨颈骨折的有限元力学分析*

背景：股骨颈骨折除关节置换以外,其他治疗方法均存在股骨颈骨折愈合缓慢,预后差,并发症多,长时间不能负重的问题。课题组研制的骨折髋支撑关节是一种新型、非限制型髋关节支撑器,集骨折固定与关节支撑于一体,攻关年轻人股骨颈骨折并发症防治难题。 目的：分析骨折髋支撑关节治疗股骨颈骨折的力学效应。 方法：采用AutoCAD导入方式建立3组2D有限元模型,即正常髋关节、股骨颈骨折2钉固定、2钉固定+骨折髋支撑关节模型。选用ANSYS(PLANE82)划分网格二维4节点单元,等同条件下分别完成计算。 结果与结论：正常髋关节组、股骨颈骨折2钉固定组的股骨头承重区应力峰值为1.029,1.63 MPa,2钉固定+骨折髋支撑关节组仅为0.1~0.4 MPa。股骨颈骨折2钉固定组的骨折固定螺丝钉应力峰值为37.186 MPa,2钉固定+骨折髋支撑关节组仅为7.474 MPa。结果提示,在多钉固定基础上安装骨折髋支撑关节,可保护股骨颈和股骨头修复愈合,为年轻人股骨颈骨折治疗展现了良好的前景。 关键词：骨折髋支撑关节;骨股颈骨折;有限元分析;压力;数字化医学     

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。     

骨盆环三维有限元模型的建立

利用螺旋CT数据通过Mimics 12.0建立具有高度几何相似性的左、右骨盆、骶骨、股骨近端复合体的面模型,利用Abaqus 6.5进行实体建模。根据各单元CT值对有限元模型进行材料属性赋值,再根据解剖部位建立骨盆主要韧带。利用有限元分析软件Abaqus 6.5对S1椎体上终板施加600 N静载荷模拟站立位骨盆受力环境,计算特征部位位移、最大应变及von Mises应力。有限元模型在静载荷下的特征部位应力、应变值基本能够反应骨盆特有的力学结构特性,模型的准确性较高。在几何外形近似的情况下,特征材料赋值建模能够提高有限元模型的计算准确性;在有限元计算时应通过更为接近生理状况下的边界及载荷条件进行模拟以提高结果的准确性。