过伸内翻型胫骨平台骨折新型钢板的设计及有限元分析

背景:目前尚无适用于前内侧平台的解剖型锁定钢板,因此通常采用胫骨平台内侧锁定钢板偏前放置来固定过伸内翻损伤导致的前内侧压缩骨折。由于锁定螺钉无法实现对骨折线的垂直固定,再加上髌韧带的影响,临床效果仍不尽人意。目的:通过有限元分析比较新型钢板与传统内固定方式治疗胫骨平台前内侧骨折的生物力学性能。方法:收集20例内翻型胫骨平台前内侧骨折的CT数据,并对其形态学特征,如前内侧胫骨平台后倾角、骨折面角度、骨折块表面积、高度和角度等进行测量。选择1位24岁、身高175 cm、体质量65 kg的男性志愿者,将其胫骨CT数据导入Mimics 21.0软件生成三维模型。在SolidWorks 2017软件中导入内固定模型,根据测量的形态学数据建立新型钢板、内侧锁定钢板、后内侧锁定钢板和6.5 mm拉力螺钉固定数据模型。使用Ansys17.0软件对4种固定模型进行应力加载,比较其生物力学性能。结果与结论:①随着轴向载荷的增加,不同内固定模型的应力峰值近似同比增大,500 N时应力峰值:螺钉组(6.9737 MPa)<新型钢板组(14.733 MPa)<内侧钢板组(16.445 MPa)<后内侧钢板组(25.199 MPa);②500 N时骨折块的应力峰值:螺钉组(3.6579 MPa)<新型钢板组(4.5108 MPa)<内侧钢板组(5.2259 MPa)<后内侧钢板组(6.1812 MPa);③随着轴向载荷的增加,骨折块和内固定位移也近似等比增大,位移分布特征无明显变化;500 N时钢板位移:新型钢板组(1.0307 mm)<内侧钢板组(1.503 mm)<螺钉组(2.0965 mm)<后内侧钢板组(2.2582 mm);500 N时骨折块位移:新型钢板组(0.2128 mm)<内侧钢板组(0.31154 mm)<螺钉组(0.42779 mm)<后内侧钢板组(0.45498mm);④提示在治疗过伸内翻型胫骨平台骨折时,新型钢板的稳定性和力学性能优于传统内固定方式。     

不同内固定物治疗胫骨平台后内侧骨折的生物力学分析

背景：胫骨平台后内侧骨折的治疗较困难,容易出现因骨折固定方式选择不当导致骨折再次移位、骨不连、内固定失效及关节功能活动障碍等并发症。 目的：分析3种胫骨平台后内侧骨折不同固定方法的生物力学效果。 方法：27具新鲜骨标本,制成胫骨平台后内侧骨折模型,分别制成正常组,双钢板固定组,T形钢板固定组,拉力螺钉固定组。对以上3组进行压力、载荷-位移、应力强度、刚度和旋转性能测试。 结果与结论：双钢板固定组载荷-位移显著小于T型钢板固定组和拉力螺钉固定组,双钢板固定组轴向刚度、水平剪切刚度及转矩扭角变化,均显著大于T型钢板固定组和拉力螺钉固定组。提示胫骨平台后内侧骨折双钢板固定较其他2种方法更具有生物力学上的稳定性。     

两种不同固定方式对累及后内侧柱的胫骨平台复杂骨折的生物力学研究

目的：研究后内侧支撑板加外侧“Raft”锁定板内固定和外侧“T”形接骨板固定的累及后内侧柱的胫骨平台复杂骨折的生物力学。方法：选取28具新鲜的尸体(由我市医学院提供),均为成年男性,于尸体中取胫骨上端及股骨下端作为本研究的骨性标本。参考Kelly法制作符合本研究要求的累及后内侧柱的胫骨骨折模型共28具。将所有模型随机分为A、B两组。A组14具,行内侧支撑板加外侧“Raft”锁定板内固定法;B组14例,行外侧“T”形接骨板固定法。使用传感器检查并比较两组骨性标本模型相应位置的转矩变化、水平剪切刚度、轴向刚度、载荷-位移等指标,讨论两种不同固定方式的生物力学。结果：A组模型的平均载荷–位移为(0.07±0.01) mm,B组为(0.12±0.03) mm,A组的平均载荷–位移明显低于B组,差异具有统计学意义(P<0.05);A组的平均轴向刚度为(3157±346) N/mm,B组为(2683±253) N/mm,A组的平均轴向刚度明显高于B组,差异具有统计学意义(P<0.05);A组的平均水平剪切刚度为(2165±217)(N·m)/Deg,B组为(1593±142)(N·m)/Deg,A组的平均水平剪切刚度明显高于B组,差异具有统计学意义(P<0.05);A组的平均转矩变化为(1.93±0.21) N·m,B组为(1.52±0.14) N·m,A组的平均转矩变化明显高于 B组,差异具有统计学意义(P<0.05)。结论：在累及后内侧柱的胫骨平台复杂骨折的治疗中,采用后内侧支撑板加外侧“Raft”锁定板内固定,较单一的外侧“T”形接骨板固定而言,在生物力学方面的稳定性更高。     

单、双侧接骨板内固定治疗干骺端粉碎股骨远端骨折的生物力学比较

目的 比较单、双侧接骨板治疗干骺端粉碎股骨远端骨折的生物力学稳定性。方法22根人工股骨标本建立干骺端粉碎股骨远端骨折（AO分型：C2.3）模型,随机分成2组,每组11根。单钢板组用外侧远端解剖锁定板固定,双钢板组外侧用远端解剖锁定板、内侧用直型锁定接骨板固定。每组标本中5根进行垂直加压,3根进行循环垂直加压测试,检测干骺端内侧间隙压缩位移,剩余3根进行极限加压测试,记录固定失败时的最大负荷。结果 垂直加压测试中,单钢板组平均内侧压缩位移为(2.61±0.28) mm,双钢板组为(0.46±0.08) mm。循环垂直加压测试中,单钢板组平均内侧压缩位移为(1.56±0.12) mm,双钢板组为(0.43±0.05) mm。极限加压测试中,单钢板组平均最大负荷为(5 567±338) N,双钢板组为(9 147±186) N,每组差异都有统计学意义（P<0.05)。结论 双钢板固定干骺端粉碎股骨远端骨折的内侧抗压缩能力较单钢板固定显著增强,使股骨远端内侧结构更加稳定,有助于病人早期功能康复锻炼。     

胫骨平台后外侧柱骨折新型前外侧钢板设计与有限元分析

背景：胫骨平台后外侧柱骨折由于解剖位置的特殊性,手术入路及内固定的选择尚未达成共识。目的：通过有限元分析,比较新型钢板与临床3种常见内固定物固定胫骨平台后外侧柱骨折的生物力学稳定性,验证新型钢板的可行性。方法：收集1名志愿者胫腓骨CT数据,设计新型钢板,导入SolidWorks软件,建立胫骨平台后外侧柱骨折模型,同时建立4组内固定模型(新型钢板、L型锁定钢板、斜T型钢板、拉力螺钉),施加轴向载荷500,1 000,1 500 N,比较不同内固定模型骨折块最大位移及内固定物应力分布与峰值。结果与结论：不同内固定模型骨折块的位移、内固定物的应力峰值均随轴向力的增加近似等比增大,位移云图、应力云图呈现相似的分布特征。(1)在3种载荷下,斜T型钢板组骨折块位移最小,拉力螺钉组骨折块位移最大,新型钢板组骨折块位移较L型锁定钢板组小;新型钢板组、L型锁定钢板组、拉力螺钉组骨折块位移最大值均位于外侧缘近端,从近端至远端位移逐渐减小,斜T型钢板组骨折块位移最大值位于外侧缘中部,从外侧向内侧位移逐渐减小;(2)在3种载荷下,斜T型钢板组内固定物应力峰值最大,L型钢板组内固定物应力峰值最小,新型钢板组内固...     

三种内固定方式固定胫骨平台后外侧骨折的生物力学研究

目的探讨胫骨平台后外侧骨折合理有效的内固定方式。方法制作成年男性尸体胫骨平台后外侧骨折模型12个,随机平均分为3组,分别使用前侧6.5 mm拉力螺钉、胫骨平台外侧L型4.5 mm解剖锁定钢板、后侧T型3.5 mm锁定钢板固定。对标本模型进行轴向加压250、500、750、1000 N,检测其轴向位移及应力。结果在相同应力下,前侧螺钉组轴向Y轴位移最小,分别与外侧钢板组和后侧钢板组存在显著差异,而外侧钢板组与后侧钢板组之间Y轴位移没有显著差异;前侧螺钉组在标识点的应力分布最为均衡。结论在胫骨平台后外侧骨折的固定中,前侧螺钉能够有效增加轴向稳定,骨折块周围应力分布均衡,是一种有效的力学固定方式,外侧钢板在横向的稳定性控制上具有一定优势,后侧钢板对于后方需要复位的平台骨折具有一定价值。     

水平带状钢板治疗胫骨平台后外侧象限骨折的生物力学研究

目的　比较胫骨平台后外侧象限骨折不同内固定方式的力学稳定性效果。 方法　采用Synbone人工合成胫骨18个,切割构建孤立的胫骨平台后外侧象限骨折模型,随机分为3组,分别采用外侧水平带状钢板固定、外侧低切迹解剖锁定钢板固定、后侧直形重建钢板固定。将固定好的骨折模型置于万能水压材料测试机进行测试,分别进行静态加载、疲劳测试和极限加载,检测骨块的相对空间位移。 结果　以10 mm/min加载至总载荷1050 N,重复加载10000次后,带状钢板组骨折块的纵向位移(2.77±1.79) mm,外侧锁定钢板组的纵向位移为(2.69±1.14) mm;后方重建钢板组骨折块的纵向位移为(1.62±0.60) mm,组间差异无统计学意义（P>0.05）。施加载荷到骨或内固定的结构破坏后,带状钢板组的极限支撑力为(2055±263) N,外侧锁定钢板组的为（1968±209）N,后方重建钢板组的极限支撑力为(2272±130) N,组间差异具有显著的统计学意义（P<0.05）。 结论　治疗孤立的胫骨平台后外侧象限骨折,侧方带状钢板水平固定能取得满意的效果。     

三种固定方式修复胫骨平台后外侧骨折的生物力学比较

背景：胫骨平台后外侧骨折修复方案包括后侧钢板螺钉、外侧钢板螺钉和前后拉力螺钉内固定;选择何种内固定方法主要是靠医师的临床经验,研究结果也大多是临床报道,缺乏力学实验的依据。 目的：从生物力学角度比较外侧钢板螺钉组、后侧钢板螺钉组、前后拉力螺钉组3种固定方式修复胫骨平台后外侧骨折的生物力学变化。 方法：采用6具成年男性防腐尸体胫骨标本共12个进行干骺端骨密度测定。电动摆锯建立胫骨平台后外侧1/2骨折模型,模型随机分3组进行前后拉力螺钉固定、外侧钢板螺钉固定、后侧钢板螺钉固定。利用有限元法和生物力学方法在250,500,1 000 N的轴向载荷下测试骨折块的轴向位移值及最大位移值分布区。 结果与结论：3组标本干骺端平均骨密度差异无显著性意义(P > 0.05)。在轴向载荷为250 N时,有限元实验中骨折块的位移值,前后拉力螺钉组最小,为0.013 521 mm;后侧钢板螺钉组居中,为0.016 991 mm;外侧钢板螺钉组最大,为0.138 200 mm,在500,1 000 N时情况类似。实验生物力学结果显示,前后拉力螺钉组的位移值明显小于外侧钢板螺钉组和后侧拉力螺钉组(P < 0.05);后侧钢板螺钉组与外侧钢板螺钉组比较差异无显著性意义(P > 0.05),两种测试方法最大位移值分布区域都在近侧胫腓关节交界区。提示在生物力学稳定性方面,前后拉力螺钉组最具优势,外侧钢板螺钉组较差。临床可以考虑将前后拉力螺钉固定作为修复胫骨平台后外侧骨折的首选方案。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;组织工程全文链接：     

不同载荷下3种固定方式治疗胫骨平台后外侧骨折的有限元分析

目的探索不同轴向载荷下3种固定方式(外侧钢板螺钉组、后侧钢板螺钉组、前后拉力螺钉组)治疗胫骨平台后外侧骨折的生物力学特性差异。方法利用胫骨平台CT图片的相关数据建立胫骨平台后外侧1/2和1/4骨折3种固定方式的实体模型,进行网格划分。分析不同轴向载荷作用下,3种固定方式治疗胫骨平台后外侧1/2和1/4骨折模型的受力状况。结果 1 k N轴向载荷下,对于1/2骨折固定模型,外侧钢板螺钉组、后侧钢板螺钉组、前后拉力螺钉组骨折块的位移分别为552.082、67.964、54.085μm,内固定物的应力分别为306.745、231.844、73.047 MPa;对于1/4骨折固定模型,外侧钢板螺钉组、后侧钢板螺钉组、前后拉力螺钉组骨折块的位移分别为416.072、302.107、150.639μm,内固定的应力分别为306.673、208.467、73.607 MPa。1.5 k N轴向载荷下,各种固定方式下骨折块的位移和内固定物的应力都相应增加,数据的变化趋势同1 k N载荷情况相似。结论两种载荷下,不同骨折模型均显示前后拉力螺钉组的生物力学稳定性最具优势,后侧钢板螺钉亦可以获得相近的力学特性。在临床工作中,对于移位不明显的胫骨平台后外侧骨折,前后拉力螺钉固定方式可以作为首选。     

自制组合式可变应力接骨板固定股骨干骨折生物力学研究

目的探讨自制组合式可变应力接骨板固定股骨干骨折生物力学研究。方法将选取的15个股骨标本随机分为对照组、普通加压组、组合式可变应力组3组,每组5个。比较3组股骨前屈、后屈、压缩实验不同载荷下的最大位移。结果 3组股骨前屈、后屈实验20N、60N载荷下及压缩试验100N、300N载荷下的最大位移比较差异均无统计学意义(P0.05);组合式可变应力组和普通加压组前屈、后屈实验100N载荷下及压缩试验500N载荷下的最大位移均高于对照组(P0.05);组合式可变应力组前屈、后屈实验100N载荷下及压缩试验500N载荷下的最大位移均低于普通加压组(P0.05)。结论体外模拟股骨干骨折应用自制组合式可变应力接骨板固定有较好的生物力学特点,在不同作用力下均能保持较小的位移,变形抵抗能力好。     

Biomechanical analysis of posteromedial tibial plateau split fracture fixation

The purpose of this study was to compare the biomechanical strength of four different fixation methods for a posteromedial tibial plateau split fracture. Twenty-eight tibial plateau fractures were simulated using right-sided synthetic tibiae models. Each fracture model was randomly instrumented with one of the four following constructs, anteroposterior lag-screws, an anteromedial limited contact dynamic compression plate (LC-DCP), a lateral locking plate, or a posterior T-shaped buttress plate. Vertical subsidence of the posteromedial fragment was measured from 500 N to 1500 N during biomechanical testing, the maximum load to failure was also determined.It was found that the posterior T-shaped buttress plate allowed the least subsidence of the posteromedial fragment and produced the highest mean failure load than each of the other three constructs (P = 0.00). There was no statistical significant difference between using lag screws or an anteromedial LC-DCP construct for the vertical subsidence at a 1500 N load and the load to failure (P > 0.05).This study showed that a posterior-based buttress technique is biomechanically the most stable in-vitro fixation method for posteromedial split tibial plateau fractures, with AP screws and anteromedial-based LC-DCP are not as stable for this type of fracture.     

膝关节后交叉韧带前外侧束和后内侧束止点的解剖学研究

目的 探讨国人后交叉韧带的分束情况,对前外侧束和后内侧束的止点进行观测,掌握更为详细的解剖学资料,为临床双束重建后交叉韧带提供解剖学基础。 方法 30例膝关节标本,将后交叉韧带分为前外侧束和后内侧束,对双束股骨及胫骨端止点进行标记和解剖学观测。 结果 后交叉韧带的双束股骨止点中点至股骨内髁关节软骨前缘的距离分别为(8.52±1.81)mm和(11.63±1.81)mm,至股骨髁间窝顶的垂直距离分别为(4.67±0.55)mm和(10.32±1.23)mm;胫骨止点中点至胫骨关节面的垂直距离分别为(8.43±1.21)mm和(14.52±2.31)mm,至胫骨内侧软骨边缘的距离分别为(47.44±6.23)mm和(45.95±6.32)mm。双束股骨附丽区面积分别为(107.12±15.25)mm²和(65.35±10.27)mm²;胫骨附丽区面积分别为(50.07±11.33)mm²和(51.08±10.22)mm²。 结论 揭示了后交叉韧带双束止点的解剖学特点,为临床应用提供解剖学基础。     

锁定钢板和普通钢板置入老年复杂肱骨髁间骨折的生物力学比较

背景：伴有骨质疏松的肱骨髁间骨折采用普通钢板螺钉固定容易松动,而锁定钢板有良好的把持力及角稳定功能。 目的：从生物力学角度比较锁定钢板和普通钢板治疗老年复杂肱骨髁间骨折的生物力学变化。 方法：采用5具防腐老年尸体肱骨标本分为两组对干骺端进行骨密度测定。用电动摆锯从肱骨内外髁向鹰嘴窝成直角截割,制作C3型复杂肱骨髁间骨折模型,复位后分别用锁定钢板和普通钢板固定。两组在万能生物力学测力器上以600,800,1 000 N负荷进行轴向压力测试,2 N•m力矩进行扭转测试。 结果与结论：两组标本干骺端平均骨密度差异无显著性意义(P > 0.05)。锁定钢板组在600,800,1 000 N的负荷下出现的纵向压缩位移明显小于普通钢板组(P < 0.05)。以3 mm为垂直位移系统失效标准,锁定钢板组的平均载荷显著大于普通钢板组(P < 0.05),锁定钢板组组旋转角度明显小于普通钢板组(P < 0.05)。提示对于老年人复杂肱骨髁间骨折,锁定钢板比普通钢板有更强的抗折弯和抗扭转的生物力学性能。 关键词：锁定钢板;普通钢板;复杂肱骨髁间骨折;骨质疏松;内固定;生物力学 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2012.04.011     

Fixation response of two cementless tibial implants under static and fatigue compression loading.

The short- and long-term success of tibial cementless implants depend on the initial fixation stability often provided by posts and screws. Excessive relative interface motions are known to inhibit bone ingrowth and, hence, biologic fixation. In the present study, the stability of two cementless tibial implants under static and cyclic loading was studied. An apparatus was developed to perform compression tests on tibial components fixed by screws or posts onto resurfaced tibiae. Motion transducers were placed to record liftoff and subsidence displacements. A load of 1000 N was eccentrically applied on the medial plateau via the femoral component. The response was measured under static and repetitive loading up to 4000 cycles at 1 Hz. Experimental results showed that the screw fixation yielded the stiffer response and, hence, provided greater initial stability. The tibial component fixed with posts demonstrated larger lift off displacements. Comparison of measured results of static tests before and after fatigue indicated that the load-displacement behavior was not significantly affected by the cyclic fatigue loading under 1000 N up to 4000 cycles at 1 Hz. Nevertheless, much larger permanent displacements were recorded for the post fixation systems. In contrast to screw fixation, posts fixation systems demonstrated marked deterioration under larger compression loads of approximately 2000 N.