Three-dimensional finite element analysis on the treatment of adult femoral head necrosis using different graft

INTRODUCTIONPfoestmpoornaelm heeantd i osr a p wriedveelnyti oacnce potfed c oolbljaepcstieve o off tthheemanagement of patients with osteonecrosis who isdiagnosed earlyinthe disease while symptomatic patientsusually meet with collapse of the head eventual[1], ahigh proportion of them is relatively young adult forwhomtotal hip replacement is not a desirable option[2].Because of the success of magnetic resonanceimaginginthe detection of early changes in cancellous bone[3],preservation of th…     

Comparisons in finite element analysis of minimally invasive,locking,and non-locking plates systems used in treating calcaneal fractures of Sanders type Ⅱ and type Ⅲ

Background Calcaneal fractures are relatively common but complex,while the treatment of these fractures is still controversial.The objective of this study was to compare the biomechanical stability of minimally invasive,locking,and non-locking plating systems used for fixing Sanders type Ⅱ and type Ⅲ calcaneal fractures.Finite element analysis was used for comparing the three types of plating systems.This study helped in guiding the clinical management of calcaneal fractures.Methods The CT data acquired from a volunteer was used to construct a finite element model of calcaneus.The fracture lines were made according to Sanders type Ⅱ （A,B,C） and type Ⅲ （AB,AC,BC） and six calcaneal fractures models were constructed accordingly.Three fixation methods used in clinical treatment were simulated by design tools （minimally invasive plating with percutaneous screws,Y-size non-locking plating,and locking plating） and then fixed to these fracture models with the help of clinical principles.The single minimally invasive plating fixation was also tested to compare the function of percutaneous screws.Then,the neutral force was applied on established methods.The displacement and presses distribution condition in various plating models were analyzed and compared.Results The levels of displacement and compressive press on the bone around fixation or strains on plating were within the physiological limit,indicating that the three methods were suitable for application.Compared with the locked and unlocked plates,the minimally invasive plating caused a relatively lower displacement without the high stress in bone or fixation.The minimum stress in fixation was observed in locking plate as the distribution of stress was concentrated in the anterior part of locking plate.Conclusions The minimally invasive plating method could be a better alternative method in treating Sanders type Ⅱ and type Ⅲ calcaneal fractures.The observed stiffness of locking plate was not obviously stronger than unlocked plate.     

自体腓骨头移植重建治疗桡骨远端骨巨细胞瘤5例分析

目的探讨自体腓骨头移植重建在桡骨远端骨巨细胞瘤切除术中的应用方法及效果。方法2004年7月~2005年10月对5例桡骨远端骨巨细胞瘤(Ⅲ级)患者在行桡骨远端瘤段切除的同时,行自体腓骨头移植重建手术。结果所有患者切口均Ⅰ期愈合,各手指活动均正常,无麻木及疼痛感,均能完全生活自理。所有患者均未出现骨巨细胞瘤的复发及肺转移。结论自体腓骨头移植是桡骨远端切除术后有效的腕关节重建方式。     

组配式人工半骨盆假体置换术后骨盆静态生物力学三维有限元分析

目的研究分析正常骨盆及术后重建骨盆健侧与组配式人工半骨盆假体在不同体位下应力分布情况,从静态生物力学角度为组配式人工半骨盆假体置换术的合理性及安全性提供依据。方法采用CT薄层扫描采集原始数据,分别建立正常骨盆和组配式人工半骨盆假体置换术后骨盆及假体的三维有限元模型,并分别在双脚站立、患侧单脚站立及坐位3种静力状态下进行生物力学加载,分析正常骨盆及术后骨盆和假体在不同体位下应力分布情况。结果在正常骨盆和重建后骨盆两种模型中,不同体位相同载荷下健侧骨盆应力值相差不大,在骶骨正中面上部、骶髂关节、坐骨大切迹上缘骨皮质及坐骨结节处达到最大值,其应力最大值远小于健侧骨盆的疲劳强度;患侧组配式半骨盆假体不同体位时应力最大值均出现在髋臼杯上方CS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不同体位时应力的分布规律与正常骨盆基本一致。结论组配式人工半骨盆假体置换术对健侧骨盆影响较小;静态不同体位下健侧半骨盆及组配式人工半骨盆假体的最大应力值均明显小于各自的的疲劳强度,健侧骨盆和组配式人工半骨盆假体安全性好;采用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。     

吻合血管腓骨移植重建肢体肿瘤切除术后骨缺损

目的：总结和评价血管腓骨移植术重建肢体肿瘤切除术后骨缺损的疗效,探讨其适应范围。方法：回顾性研究了４３例吻合血管腓骨移植重建肢体肿瘤切除术后骨制损的病例。其中１２例恶性骨肿瘤,３１例良性肿瘤或瘤样病变。应用手入式微在线卫列诱导高温原位灭活术２８例,侵袭性良性肿瘤应用瘤段切除术７例,良笥肿瘤应用乔除术清除病灶８例,移植腓骨长度８ｃｍ～２５ｃｍ,平均１５．１ｃｍ。所有４３例,随访时间超过２４ｍｏ。分析     

倾斜种植应用于不同质量颌骨的三维有限元分析

通过运用三维有限元方法建立Ⅰ~Ⅳ类骨质中种植体不同角度倾斜种植模型24个,垂直集中加载300 N。分析研究显示,在同一骨质中,随着种植体倾斜角度的增加,密质骨和松质骨中的最大应力及应变量均逐渐增大;而相同角度的种植体于不同质量的颌骨中时,最大应力发展趋势为：密质骨：Ⅳ类骨质>Ⅲ类骨质>Ⅱ类骨质>Ⅰ类骨质;松质骨：Ⅲ类骨质>Ⅳ类骨质>Ⅱ类骨质。     

不同植入方向微型种植体支抗的三维有限元分析

目的:建立简化的微型种植体-骨三维有限元模型,研究不同植入方向下微型种植体-骨界面的生物力学变化,为微型种植体的临床应用提供理论依据.方法:应用I-DEAS有限元分析软件,将微型种植体以30°角倾斜植入骨块,在保持加载力方向、微型种植体与植入处骨表面夹角不变的情况下,以植入点为圆心,微型种植体在骨平面上的投影线为半径水平旋转180°,设定0°、45°、90°、135°、180°共5个植入方向.在与植入处骨表面平行的200 g力作用下,分析微型种植体-骨界面的应力分布及位移变化.结果:各组应力值及位移值的变化均符合临床生理要求,微型种植体的植入区、骨皮质区应力相对集中,Von-mises应力、拉应力、压应力分布变化总体一致,应力曲线整体呈递减趋势.在脱位力作用下,0°、45°组应力值小于其他组,0°组应力值最小,0°、45°组位移值明显高于90°、135°、180°组,90°组的位移值最小.结论:不同植入方向的微型种植体可以安全承载与植入处骨表面平行的200 g正畸力.临床上选择微型种植体植入方向时,尽量减小加载力对其的脱位作用,才更有利于微型种植体的稳定.     

髋臼周围恶性骨肿瘤切除后组配式假体重建的疗效分析

目的：探讨肿瘤切除后组配式假体重建治疗髋臼周围恶性骨肿瘤的疗效。方法：回顾性分析2006年8月至2012年12月接受肿瘤切除组配式半骨盆假体重建术治疗的髋臼周围恶性肿瘤患者22例,男性11例,女性11例,患者年龄44(16~65)岁。22例患者中软骨肉瘤13例,骨肉瘤5例,尤文氏肉瘤2例,恶性纤维组织细胞瘤1例,骨巨细胞瘤1例。按照Enneking骨盆肿瘤分区,II+III区为11例,I+II+III区为5例,I+II区为3例,II区为3例。结果：患者均获随访,随访时间为49(11~103)个月。至最后1次随访,无瘤存活13例(59%),死亡9例(41%)。8例(36%)患者发生远处转移,5例(23%)患者发生局部复发。根据美国骨与软组织肿瘤协会评分标准,13例存活患者的评分为(18.5±5.7)分,其中11例患者保肢成功,其评分为(20.7±2.0)分。结论：髋臼周围恶性骨肿瘤扩大切除后组配式假体重建可获得较好的 疗效。     

下颌固定义齿三维有限元模型的建立

目的：建立后牙三单位固定桥的三维有限元模型。方法：薄层CT扫描技术与Ansys软件相结合对38层层厚为1mm的CT断层影像进行分析处理。结果：所构建的三维有限元模型具有良好的几何相似性，共有单元605140个，节点106265个，可以按照不同的研究要求进行删除、旋转、切割和添加。结论：薄层CT扫描技术与Ansys软件相结合建立的三维有限元模型能较精确地模拟实际情况，为进一步的生物力学研究提供基础。     

数字化设计游离腓骨瓣重建下颌骨缺损的三维有限元分析

目的 通过三维有限元法评价术前数字化设计辅助游离腓骨瓣重建不同类型下颌骨组织缺损的临床应用价值。 方法 回顾性分析48例下颌骨缺损行游离腓骨瓣重建的病例,所有患者均为术后1年且无肿瘤复发。按术前是否行数字化设计分为实验组和对照组,根据HCL分类法将下颌骨缺损分为H、L、LCL型缺损,其中实验组H型缺损8例,L型缺损9例,LCL型缺损7例;对照组 H 型缺损 5 例,L 型缺损 10 例,LCL 型缺损 9 例。追踪随访两组患者,获得腓骨重建后的下颌骨 CT,采用 Mimics、Geomagic、Solidworks、Ansys等软件构建出三维有限元模型,对模型设置约束及载荷条件,得出应力分布结果,采用SPSS23.0软件对两组的应力分布相关指标进行数据分析。 结果 游离腓骨瓣重建下颌骨缺损后应力主要集中在双侧髁突颈部、下颌升支前后缘及腓骨后端与下颌骨连接处,下颌骨缺损越多,健侧髁突的应力越大。L型缺损中实验组健、患侧髁突颈、移植腓骨最大应力值均小于对照组,而健侧下颌角应力值较对照组有所上升,差异均具有统计学意义（P<0.05）;LCL型缺损中实验组健侧髁突颈较对照组最大应力值小,在患侧髁状突区、双侧下颌角区及腓骨区均较对照组大,差异均具有统计学意义（P<0.05）。 结论 数字化设计辅助游离腓骨瓣重建下颌骨缺损,提高了下颌骨重建精确性,达到了均匀下颌骨应力分布的效果,为下颌骨修复重建提供临床指导。     

种植体不同植入角度及不同骨皮质厚度对其稳定性影响的三维有限元分析

目的:以三维有限元法分析种植体支抗在不同植入角度及不同骨皮质厚度变化下其应力、位移变化的规律。方法:建立骨松质、种植体支抗及不同厚度骨皮质(1~8mm)的三维有限元模型,在种植体颈部加载200g正畸力,加力方向与颌骨骨面平行。采集应力、应变数据并进行分析。结果:①在40组工况中,各组Von Mises等效应力最大值在35.9~12.6MPa之间;角度对应力的影响是30°>45°>90°>60°或75°。②以30°植入1mm骨皮质时位移最大,并且应力、位移都随骨皮质厚度的增加而呈下降趋势。结论:①种植体支抗选择60°至75°左右的角度进行植入更好。②骨皮质厚度增加会提高种植体支抗植入的稳定性。③在骨皮质厚度大于1mm的情况下,不同的植入角度下加载200g的正畸牵引力所引起的Von Mises等效应力都在安全的范围内,不会引起骨吸收等问题。     

前交叉韧带生物力学止点重建的解剖学与有限元分析

目的 解剖研究大体观察膝关节前交叉韧带(anterior cruciate ligament, ACL)胫骨止点的形态,并利用有限元分析软件分析ACL的力学止点分布,为临床ACL重建提供新理念。方法 选取10例新鲜成人膝关节标本,男6例,女4例,采取标准髌旁内侧入路打开关节腔,暴露并解剖剔除ACL,观察并记录ACL胫骨止点形态,测量胫骨止点前后径和左右径。利用三维重建软件MIMICS及有限元分析软件ANSYS建立膝关节模型,模拟临床体格检查Lachman试验和pivot-shift试验,观察ACL在胫骨和股骨端止点的受力分布情况。结果 ACL胫骨致密止点大体观呈扁长的弧形,其前后径为(13.8±2.0) mm,体部左右径为(5.3±0.6) mm,前缘左右径为(11.5±1.2) mm。有限元分析显示,股骨端应力较高区域为住院医师嵴(residents’ ridge)附近一类椭圆形区域,胫骨端应力较高部分延内侧髁间嵴(medial intercondylar ridge)狭长分布,与解剖观察相符,从理论上验证了ACL止点的生物力学分布特点。结论 解剖研究及有限元分析均证实ACL胫骨止点为一扁长的弧形,理想的ACL重建技术应依据其生物力学特点进行重建, 基于解剖学研究和生物力学分析本课题组提出前交叉韧带生物力学止点重建理念,并建立手术模型。