有限元分析LISS-DF治疗股骨远端骨折近端螺钉单双皮质不同组合固定方式的应力分布

背景：如何确定LISS-DF近端螺钉单双皮质合理搭配的固定方式,以便达到骨折两端螺钉固定强度的相对平衡,降低锁定钢板、螺钉和骨皮质之间的剪切应力,避免螺钉的应力集中,产生更有效的治疗结果是避免内固定失败的关键。目的：对LISS-DF钢板治疗股骨远端骨折近端螺钉单双皮质不同组合的固定方式进行有限元分析及力学评价。方法：在ANSYS9.0软件中建立LISS-DF钢板固定股骨远端骨折（AO/OTA33-A3型）的实体模型和有限元模型。在近端螺钉单、双皮质不同组合固定方式下,通过模拟生理应力做轴向加压、扭转实验,同时评估近端螺钉的应力变化。结果与结论：在16种不同组合方式中,当近端螺钉组合为1,3单2,4双皮质固定时,近端4枚螺钉的应力均值最小为24.21975N,同时剪切应力均值亦为最小,位移变化与其他组合固定方式相当且均较小。提示近端螺钉靠近骨折端处双皮质固定,其余螺钉依次单双皮质交替固定时,LISS-DF系统应力分散,抗拔出和抗扭转效果好,从而减少钢板螺钉早期的松动脱落。     

有限元分析在股骨远端骨折内固定中的应用研究进展

股骨远端骨折多为粉碎性、不稳定骨折,常累及关节面,而内固定是治疗股骨远端骨折的首选方案。采用有限元分析法可对股骨远端进行重建模拟研究,探讨骨折损伤机制,分析不同内固定的生物力学特性,指导内固定方式及材料的改进。本研究从有限元角度出发,对股骨远端有限元建模及临床应用价值进行综述。     

LISS-DF钢板近端螺钉不同固定方式的力学分析

背景:近年来LISS-DF钢板在临床上得到了广泛应用,随访过程出现了近端螺钉松动、退出的现象,这种现象与近端螺钉的单皮质固定是否存在着相关性尚无定论.目的:探讨LISS-DF钢板近端螺钉单双皮质不同组合方式固定的力学特性.方法:用185根新鲜羊股骨,造成股骨远端AO33-A3型骨折模型,均采用5孔LISS-DF钢板通过骨折近端螺钉单双皮质不同组合方式固定,分别作拔出、扭转力学实验,寻找理想的固定方式.结果与结论:骨折远、近端螺钉常规固定4孔,拔出实验显示:骨折近端螺钉第1、3双皮质、2、4双皮质及1、4双皮质固定时,骨折两端的抗拔出力无显著性差异(P＞0.05).扭转实验显示:第1、3孔、2、4孔和1、4孔双皮质固定时的抗扭矩值大比较接近,其中1、3孔、2、4孔比较,无显著性差异(P＞0.05),其余各组之间比较差异显著(P＜0.05).提示,采用相同规格的LISS-DF钢板治疗股骨远端骨折时,骨折近端螺钉第1、3孔或2、4孔双皮质组合方式固定时,骨折两端的钢板螺钉固定强度的平衡性好,同时在对抗扭转和抗拔出方面明显优于其他组合固定方式.     

动力髁螺钉内固定治疗股骨远端骨折

目的探讨动力髁螺钉(DCS)治疗股骨远端骨折的临床疗效和特点。方法对43例动力髁螺钉治疗股骨远端骨折结果进行随访分析。结果43例均获随访,随访9个月至3年,后期功能评定按Kolment标准。本组治疗结果优25例,良13例,可3例,差2例,总优良率为88.37%。结沦应用动力髁螺钉治疗股骨远端骨折具有固定牢固、井发症少、能早期起床活动、功能恢复满意等优点,能早期进行功能锻炼,是一种获得满意疗效的有效方法。     

动力髁螺钉治疗股骨远端骨折临床分析

目的探讨应用动力髁螺钉（DCS）治疗股骨远端骨折的效果。方法对132例股骨远端骨折患者采用DCS治疗,分析其功能恢复情况。结果平均随访18个月,全部病例达临床骨愈合。采用膝关节Merchan评定疗效：优114例,良8例,可7例,差3例;优良率为92.4%。结论股骨远端骨折采用DCS固定,关节面解剖复位,固定牢靠,术后可早期功能锻炼,避免创伤性关节炎的发生,是治疗股骨远端骨折较理想的方法之一。     

动力髁螺钉治疗股骨远端骨折35例

目的：探讨股骨远端骨折使用动力髁螺钉（DCS）治疗的临床疗效。方法：对采用动力髁螺钉（DCS）治疗35例股骨远端骨折患者的临床资料进行分析。结果：优良率达到85．7％。结论：动力髁螺钉（DCS）具有操作相对简单、复位准确、坚强固定的特点，可使患肢早期活动、早期下地负重，骨折愈合率高。     

多钢板内固定治疗股骨远端骨折

目的:探讨多钢板内固定治疗股骨远端骨折的临床疗效。方法:37例股骨远端骨折,5例(C3型)采用三钢板固定,其余采用双三钢板固定。术后13例使用支具外固定。以术后是否骨愈合及膝关节Kolmert评分判别疗效。结果:随访34例,随访率91.9%。骨折全部愈合,愈合时间0.6~2年,平均0.9年,愈合率100%。根据Kolmert膝关节功能评分标准,优20例,良11例,可3例,优良率为83.8%。结论:采用多钢板内固定治疗AO/OTA分型A3、C型股骨远端骨折可以克服单钢板固定的不足,内固定可靠,可以早期进行功能锻炼,促进骨折愈合,是一种有效的治疗方法。     

双钢板固定治疗股骨远端复杂骨折

股骨远端骨折按A O/A SIF分类法可分为股骨髁上骨折(A型)、髁部骨折(B型)、髁间合并髁上骨折(C型),其中的A3、C2、C3型是较为复杂的骨折,多由高能量损伤造成,并发症多、致残率高,是最难治疗的骨折之一。手术治疗是大家公认的首选方法,但具体的方法有很多,主要根据内固定器械的选...     

股骨远端骨折内固定失败21例分析

我院1995年1月至2002年1月共收治股骨远端骨折内固定失败患者21例,现结合解剖、生物力学相关知识总结分析如下。1临床资料1.1一般资料本组男18例,女3例。年龄16～62岁,平均35.7岁。原骨折类型:17例闭合性骨折,4例开放性骨折。4例横断性骨折,13例粉碎性骨折,4例斜行性骨折。伤后..     

髁支持钢板固定治疗股骨远端骨折

目的：探讨应用髁支持钢板内固定治疗股骨远端骨折的方法和临床疗效。方法：2004年9月至2007年12月对26例股骨远端骨折进行修复重建。结果：随访时间7-36个月，平均13．6个月，1例患者术后3个月下地负重行走钢板断裂，局部畸形，予以取出钢板重新固定加自体骨植骨1年后痊愈，余25例全部骨性愈合。按merchan评分标准：优18例，良7例，可1例，结论：严格遵循手术治疗原则，采用髁支持钢板内固定，分疗股骨远端骨折，固定可靠，操作简单，疗效肯定。     

Selection of fixation devices in proximal femur rotational osteotomy: clinical complications and finite element analysis

OBJECTIVE: To compare the postoperative stability between large cancellous screws fixation and dynamic hip screws fixation in transtrochanteric rotational osteotomy. DESIGN: Finite element analysis was designed to validate the clinical outcomes of fixation failure in transtrochanteric rotational osteotomy. BACKGROUND: From 1997 to 2000, transtrochanteric rotational osteotomy had been done in 20 osteonecrotic hips. Fixation with large cancellous screws as suggested by Sugioka had been used in the first five hips. Unfortunately, fixation failures were encountered in all of the five cases. The fixation mode was then shifted to a combination of plate and screws, no fixation failure had been observed postoperatively. A finite element analysis was designed to investigate the causes of fixation failure. METHODS: Finite element models for four dynamic hip screw instrumented femora and four large screws instrumented femora simulating four different levels of bone cut were created. The von Mises stress distributions of each model were analyzed and compared for a loading condition simulating single-legged stance. RESULTS: Analysis results confirmed our clinical observation that fixation with screws had higher stress concentration on the proximal femur. Improper bone cut, especially those that are too distal from the intertrochanteric line, had higher risks of fixation failure. CONCLUSIONS: Transtrochanteric rotational osteotomy is a technically demanding procedure such that surgical principles should be abided carefully to avoid catastrophic complications. RELEVANCE: Finite element analysis results demonstrated that dynamic hip screw fixation provides better stability and prevents fixation failure that corresponds with the clinical observation.     

儿童股骨近端解剖钢板生物力学及三维有限元分析

背景:以往的三维有限元研究多集中在成人骨科生物力学方面。目的:以三维有限元方法分析儿童股骨近端解剖钢板固定股骨转子下骨折的生物力学性能。方法:从6具儿童尸体上取股骨12根,X射线排除骨病后分为2组,实验组采用儿童股骨近端解剖钢板固定,对照组采用重建钢板固定。分别进行生物力学实验,测试其轴向压缩、扭转刚度、弯曲刚度。选取1名健康男性儿童进行螺旋CT扫描技术,获得股骨近端图像数据,建立儿童股骨近端三维有限元模型,并进行三维有限元力学分析。结果与结论:在轴向压缩刚度、扭转刚度上儿童股骨近端解剖钢板与重建钢板两者比较差异无显著性意义(P>0.05);在抗弯曲刚度上,两者相比差异有显著性意义(P<0.05)。结果显示儿童股骨近端解剖钢板的抗压能力、抗扭能力上与重建钢板相当,而在抗弯曲能力上强于重建钢板。生物力学三维有限元分析显示儿童股骨近端解剖型钢板的设计符合生物力学原理,具有较好的强度、刚度和稳定性,能够满足对儿童股骨近端骨折固定的需要。儿童股骨近端解剖型钢板对固定股骨转子下骨折具有良好的生物力学性能。     

椎弓根螺钉及融合器应力分布在腰椎滑脱后路骨融合模型的三维有限元分析

背景:目前在脊柱外科的有限元分析多见于正常的腰椎模型,对术后病理状态的模型未见深入研究.目的:建立L4/5滑脱不同融合术式的有限元模型,通过此模型对椎弓根螺钉和融合器上的应力分布及模型稳定性有无显著性差异进行生物力学评价.方法:采集1名腰椎滑脱男性的腰椎螺旋CT数据借助mimics 10.01软件,建立L4/5三维模型.将模型导入abaqus6.51软件,对模型进行网格划分,赋予材料属性.再分别建立椎弓根螺钉和融合器的有限元模型,然后根据临床术式组合成不同后路融合模型.设定边界条件在上述模型上分别施加垂直压缩载荷以及前屈、后伸、左屈、右旋等力矩载荷,并测定各种载荷下椎弓根螺钉、融合器上的应力及模型的位移,结果在SPSS13.0软件上进行统计学分析.结果与结论:①两种模型在各种载荷中应力多集中在椎弓根螺钉与钛棒连接处,轴向压缩载荷下最小,在旋转时最大,融合器应力集中分布在前段及后断.②对比在5种载荷下两种模型位移后路椎体间融合组均小于后外侧融合(P＜0.05).实验建立了L4 椎体滑脱后路不同融合术式的有限元模型,模型加载后的应力分布和位移具有临床意义,椎体间融合的稳定性优于椎弓根螺钉内固定加后外侧植骨融合.     

以有限元法比较前路腰椎间融合后路关节突关节螺钉/椎弓根螺钉的固定应力

背景:对腰椎前路腰椎间融合后辅助固定的各种关节突关节螺钉的生物力学安全性存在普遍担忧,限制其临床应用,未见文献报道与椎弓根螺钉固定的比较研究.目的:建立L4～5椎前路椎间融合后路分别用双侧椎弓根螺钉、经椎板关节突螺钉及经关节突椎弓根螺钉固定的三维有限元模型,施加相同的负荷和转矩,比较分析3种螺钉和椎间融合器的应力状况.设计、时间及地点:对比观察,于2008-02/2009-01在南方医科大学珠江医院骨科实验室完成.材料:PHILIPS Brilliance64排螺旋CT扫描仪,数据输出DICOM 3.0 格式;Mimics 11.1软件;Simpleware3.1软件;Abaqus6.8软件;Photoshop 7.0软件;DEPUY AcroMed皮质骨螺钉和Zimmer椎间融合器;GSS椎弓根螺钉系统.方法:建立L4～5椎前路椎间融合后路分别用双侧椎弓根螺钉、经椎板关节突螺钉及经关节突椎弓根螺钉固定的三维有限元模型.对3种螺钉固定的有限元模型施加500 N/6 N·m载荷模拟前曲、后伸、左侧弯、左旋运动,用Abaqus 6.8软件比较分析3种螺钉和椎间融合器的应力变化和分布特点.主要观察指标:应力峰值,应力集中区云图.结果:在500 N/6 N·m载荷下,椎弓根螺钉在屈、伸时的应力较两种关节突关节螺钉固定应力小,在侧弯和轴向旋转时较大;两种关节突关节螺钉应力特点相似.在椎弓根螺钉坚强固定时,椎间融合器有应力遮挡现象.结论:在较小的转矩下,前路腰椎间融合后两种关节突关节螺钉固定的安全性和椎弓根螺钉固定相近.使用关节突关节螺钉固定,除减少创伤、节约成本等优点外,还可减少对椎间融合器的应力遮挡效应.     

Comparison of optimal screw configurations in two locking plate systems for proximal humerus fixation - a finite element analysis study

BackgroundManagement of proximal humerus fractures is challenging, especially in elderly. Locking plating is a common surgical treatment option. The Proximal Humerus Internal Locking System (plate-A) has shown to lower complication rates compared to conventional plates, but is associated with impingement risk, which could be avoided using Peri-articular Proximal Humerus Plate (plate-B). Nevertheless, biomechanical performance and optimal screw configuration of plate-B is unknown. The aim of this study was to evaluate different screw configurations of plate-B and compare with plate-A using finite element analyses.MethodsTwenty-six proximal humerus models were osteotomised to create unstable three-part fractures, fixed with either of the two plates, and tested under three anatomical loading conditions using a previous established and validated finite element simulation framework. Various clinically relevant screw configurations were investigated for both plates and compared based on the predicted peri-implant bone strain, being a validated surrogate of cyclic cut-out failure.FindingsBesides increasing the number of screws, the placement of the posterior screws in combination with the calcar screw in the plate-B significantly decreased the predicted failure risk. Generally, plate-A had a lower predicted failure risk than plate-B.InterpretationThe posterior and calcar screws may be prioritized in plate-B. Compared to plate-A, the more distal positioning, less purchase in the posterior aspect and a smaller screw spread due to not fitting of the most distal calcar screw in most investigated subjects led to a significantly higher predicted failure risk for most plate-B configurations. The findings of the simulations study require clinical corroboration.     

股骨近端溶骨性转移瘤三维有限元模型的力学分析

背景：如何评估股骨近端转移瘤的骨折风险在临床上争议较多. 目的：建立股骨近端不同大小溶骨性转移瘤的三维有限元模型,分析在慢步行走过程中病变局部的应力变化,评估骨折风险. 方法：对志愿者双下肢进行薄层 CT 扫描获得股骨数据,图像处理软件 Mimics11.1进行图像处理后数据导入建模软件 UG4.0建立股骨近端3个部位溶骨性病变模型,给予加载缓慢行走时单足落地状态下股骨的载荷,利用有限元软件分析股骨颈区,转子间区及转子下区应力的变化. 结果与结论：①股骨颈水平：皮质完整的髓内缺损破坏直径至相应冠状面直径的90%局部应力突然增长至135.98 MPa,破坏一半内侧皮质的髓内病变至70%局部应力突然增长至92.34 MPa,完全破坏皮质的半球形病变至60%时,局部应力大于屈服应力,增长至101.19 MPa.②转子间水平：内侧皮质完整的髓内球形病变破坏直径至80%局部应力突然增长至131.21 MPa,破坏一半内侧皮质的髓内病变破坏至80%局部应力突然增长至105.19 MPa,完全破坏皮质的半球形病变至70%时,局部应力大于屈服应力,增长至92.21 MPa.③转子下水平：破坏一半内侧皮质的髓内病变破坏至80%局部应力突然增长至92.42 MPa,完全破坏皮质的半球形病变至70%-80%之间,局部应力增长至89.97-105.19 MPa,大于屈服应力.结果表明股骨近端未穿透骨皮质的髓内病变对股骨近端应力变化影响不大.对于破坏单侧骨皮质的病变,在股骨颈水平破坏直径大于60%时存在骨折风险,转子间水平破坏直径大于70%时存在骨折风险,转子下水平破坏直径大于70%时存在骨折风险.     

动力髋螺钉与股骨近端抗旋髓内钉治疗转子间骨折的比较

背景：转子间骨折主要有两种固定方式,一是髓外固定的钉板系统,以动力髋螺钉为代表;另一种是髓内固定的髓内钉系统,以股骨近端抗旋髓内钉为代表。目的：比较动力髋螺钉与股骨近端抗旋髓内钉治疗老年股骨转子间骨折的疗效。方法：回顾性分析2008-01/2010-12山西省人民医院骨科收治的老年股骨转子间骨折患者58例。分别采用动力髋螺钉及股骨近端抗旋髓内钉两种内固定方式置入治疗。结果与结论：动力髋螺钉组平均随访13个月,股骨近端抗旋髓内钉组平均随访11个月。随访期内两组均达骨性愈合。置入内固定治疗后动力髋螺钉组完全负重时间、骨折愈合时间较股骨近端抗旋髓内钉组延长（P〈0.05）;末次随访时Parker-Palmer评分两组相比,差异无显著性意义（P〉0.05）。动力髋螺钉组主钉松动退出1例,钢板断裂1例;所有患者无伤口感染、内固定物切割、髋内翻等并发症出现,最终骨折愈合。提示两种内固定治疗转子间骨折均可达到良好的治疗效果。股骨近端抗旋髓内钉比动力髋螺钉内固定可更早负重,骨折愈合时间短。     

采用体绘制方法建立人股骨三维有限元模型及其应力分析

背景：目前股骨三维有限元研究建模方法有多种,而采用体绘制分体建模方法还未曾报道过。目的：采用体绘制方法建立股骨三维有限元实体模型,对所建实体模型模拟力学载荷得出股骨应力分布,并与既往股骨力学实验比较,评估体绘制方法的可行性。方法：将CT扫描图像去噪等预处理后,采用体绘制技术,利用Mimics和Ansys软件建立人股骨有限元模型,并在Mimics软件中赋予股骨材质,并模拟人体正常站立位时股骨载荷情况。结果与结论：采用体绘制方法建立的人股骨三维有限元模型,包括皮质骨、松质骨及髓腔解剖结构,网格化后共生成63900个节点,43552个实体单元;模拟载荷显示股骨压应力区域主要集中在股骨内侧、尤其是股骨距部位,张应力主要集中于股骨颈外侧、股骨干外侧。表明体绘制方法可以建立高仿真、接近股骨解剖结构股骨三维有限元模型实体模型,可以探索股骨的内部结构,展现其内部细节,模拟股骨生物力学分布。     

颧骨复合体骨折固定三维有限元模型的力学分析

目的 分析颧骨复合体骨折不同固定方式下功能负载时颧骨体上的应力分布情况,结合临床对各种固定方式进行评价.方法 在颧骨复合体骨折固定三维有限元模型上,加载模拟咀嚼肌及表情肌牵拉力,应用ANSYS软件分析7种不同固定方式下颧骨体上的应力分布情况.结果 单点固定时颧骨复合体上的应力主要集中在固定钛板周围,两点、三点固定时颧骨复合体上的应力进一步分散.结论 采用单点、两点或三点固定颧骨复合体都有获得稳定固定效果的可能.采用何种固定方式常结合颧骨体复位的手术入路决定,以最小手术创伤获得稳定固位效果为原则.