冲击载荷作用下骨盆三维有限元分析及其生物力学意义

目的:探讨骨盆受到冲击载荷作用的力学行为特征,为临床分析及判断骨盆骨折类型、力学分布、冲击载荷影响提供力学基础。方法:采用计算机仿真模拟方法,将所构建骨盆三维实体模型导入三维有限元分析软件AN-SYS7.0,计算单侧髂前上棘和单侧髂骨正后方部位冲击载荷作用下骨盆的力学行为表现,冲击载荷为0～8000N,峰值8000N,时间自0～40ms,分析主应力值、应力分布情况以及主应力方向上骨盆单元的位移。结果:冲击载荷作用于单侧髂前上棘时,0～10ms主要的应力沿髂后上棘到髂前上棘分布,在冲击后期10ms以后,骶髂关节、髋臼和耻骨支都会产生较大的应力分布;作用于单侧髂骨正后方部位时,0～20ms主要的应力沿髂骨纵行传导,应力分布并没有在冲击峰值10ms时达到最大,而是从20ms之后,应力开始向骶髂关节、双侧耻骨支、坐骨支以及髋臼等部位传导并可见到明显的应力分布。结论:分析冲击载荷作用下骨盆各部位应力分布以及骨盆各个单元在应力作用下的位移变化,有助于临床上进行骨盆损伤内固定力点的选择以及进一步明确骨盆内在应力值分布。     

人体胸腰椎体冲击损伤的生物力学研究

目的:探讨人体脊柱胸腰椎在冲击载荷作用下引起的爆裂骨折的生物力学机制及损伤特点。方法:自2008年9月至2009年10月,采集10具新鲜人体脊柱胸腰椎标本,平均分为两组,建立实验模型,分别进行静力学强度试验和动态冲击生物力学实验,观察在不同载荷作用下,胸腰椎体发生静态和动态冲击响应的相关数据。结果:胸腰椎屈服载荷为(5280.00±354.20)N,屈服位移为(13.32±2.07)mm,极限载荷为(6590.00±249.20)N,极限位移为(20.60±2.57)mm,加载速度为0.02g,胸腰椎的动态力学性质其平均极限载荷为(14425.60±1101.52)N,载荷平均作用时间为(17.29±2.04)ms,平均加速度为(36.80±2.81)g,动态位移为(45.11±1.13)mm。结论:胸腰椎爆裂性骨折是由高能量瞬间释放所导致的严重损伤,生物力学受力作用呈脉冲式变化,胸腰椎体具有生物材料的粘弹性性质。     

胫骨型髓内分叉钉治疗胫骨骨折的生物力学研究

目的　对胫骨型髓内分叉钉 (TITN)内固定胫骨骨折的生物力学性能进行实验研究 ,为临床应用提供理论依据。方法　采用 36根湿尸体胫骨标本进行实验 ,比较TITN与矩形钉 ,Ender钉及梅花钉固定之胫骨骨折在抗扭转、抗弯曲和抗轴向拉伸刚度等方面差异性。结果　扭转试验、弯曲试验及轴向拉伸试验结果均表明TITN的抗扭、抗弯、抗轴向拉伸刚度均优于矩形钉、Ender钉、梅花钉 (P <0 0 5 )。结论　TITN有良好的生物力学性能 ,有较强的骨折固定作用和稳定性 ,尤其在抗旋转和抗拉性能方面     

胫骨平台骨折生物力学研究进展

胫骨平台骨折生物力学研究是临床治疗的基础.近年来各方学者围绕生物学固定理念进行了许多基础性研究,使用新鲜冰冻尸体骨、生物合成材料等模型,但各有优缺点,适应了不同需要.实验大多采取动静态结合方法,使实验结果更为可信、直观.实验中进行内固定与外固定、单侧钢板与双侧钢板、普通钢板与锁定钢板等的比较,单侧锁定钢板在固定强度上有时无法与传统双侧钢板相比,但其创伤小、并发症少的特点应得到足够关注,而普通钢板在一些特殊情况下的固定强度、骨折端间的加压作用仍然对骨折端复位起重要作用.外固定在某些需要进行简单固定或软组织损伤严重的患者中有重要价值,但其固定强度较低,因此需要仔细考虑、综合判断.     

胫骨型髓内分叉钉治疗胫骨骨折的生物力学研究

目的：对胫骨型髓内分叉钉（TITN）内固定胫骨骨折的生物力学性能进行实验研究,为临床应用提供理论依据。方法：采用36根湿尸体胫骨标本进行实验,比较TITN与矩形钉,Ender钉及梅花钉固定之胫骨骨折在抗扭转、抗弯曲和抗轴向拉伸刚度等方面差异性。结果：扭转试验、弯曲试验及轴向拉伸试验结果均表明TITN的抗扭、抗弯、抗轴向拉伸刚度均优于矩形钉、Ender钉、梅花钉（P＜0.05）。结论：TITN有良好的生物力学性能,有较强的骨折固定作用和稳定性,尤其在抗旋转和抗拉性能方面。     

胫骨骨折不同手术固定器材的生物力学研究及其临床意义

目的：确定不同固定器材在胫骨骨折固定中的优缺点。方法：将30具胫骨标本制成中段横行无缺损骨折模型,行单侧外固定支架（UADF）、Crosse-Kempf钉、TCP三种器材固定后,测试各项生物力学性能。结果：抗压刚度GK钉最强,弯曲刚度TCP最强,UADF此二项刚度差,抗扭刚度三者无差异。结论：UADF生物力学性能差,TCP易产生应力遮挡,GK钉固定坚强,术后能早期下地,弹笥模量适中,应力遮挡小,较符合生物力学固定原则。     

复杂胫骨平台骨折生物力学研究进展

复杂胫骨平台骨折的治疗仍然是骨科医生极富挑战性的课题,其复杂的病理变化使得治疗方法的选择非常困难.手术治疗虽已成为多数骨折的首选,但是固定方法目前仍有争议.随着治疗理念及相关学科的发展,新的固定方法及固定器材不断应用于临床,为这类骨折提供了一些新的解决方法.基于生物力学实验基础上的力学性能评价为这些固定方法的选择提供了客观依据.该文回顾了复杂胫骨平台骨折相关的生物力学研究文献,对文献中常用的实验方法、评价指标及不同固定方法的生物力学性能比较进行了分析.     

胫骨中段骨折内固定钢板长度的生物力学研究

目的 研究胫骨中段骨折采用有限接触型动力加压接骨板(limited contact-dynamic compression plate,LC-DCP)内同定时钢板长度对骨折生物力学的影响. 方法取自愿捐赠新鲜成人(20～40岁)尸体胫骨标本45根,长30～38 cm,平均34 cm.随机分成3组,每组15根.测定完整胫骨在扭转、三点弯曲及压缩状态下的应力一应变指标,确定垂直压缩应力为0～1000 N,扭转角度为0～3°三点弯应力为0～400 N.然后制备中段斜行无缺损骨折模型,分别以6、10、14孔不锈钢AOLC-DCP同定,测定扭转、三点弯曲及压缩状态下应力-应变指标,行统计学分析. 结果 6、10、14孔钢板乖直压缩时竖直方向应变值分别为0.449 4±0.241、0.093 ±0.003、0.139±0.005,10、14孔钢板与6孔钢板比较差异有统计学意义(P＜0.01),10孔钢板与14孔钢板间差异无统计学意义(P＞0.05).6、10、14孔钢板侧方应变值分别为0.1200±0.0004、0.1275±0.0100、0.2370±0.0006,6孔钢板和10孔钢板与14孔钢板比较差异有统计学意义(P＜0.01),6孔钢板与10孔钢板间比较差异无统计学意义(P＞0.05).6、10、14孔钢板扭矩分别为(5.066士2.715)×10-3、(5.671±2.527)× 10-3、(4.570 ±2.228)×10-3 Nm,三点弯曲竖直方向应变值分别为0.049±0.009、0.124±0.017、0.062±0.009,各孔钢板问两两比较差异均有统计学意义(P＜0.01). 结论 当材质、厚度、宽度及螺钉使用数量相同时,采用长度不同的钢板固定胫骨中段斜形骨折,14孔钢板抗垂直压缩、抗扭转、抗弯曲的稳定性较好,6孔钢板较差.     

克氏针加小夹板治疗胫骨骨折的生物力学研究

目的 探讨克氏针加小夹板治疗胫骨骨折的优势和可行性及其生物力学。方法 用克氏针加小夹板治疗胫骨骨折２９例（共３１侧）。结果 随访５至２４个月,所有病例均在２．５至４．５个月内达骨性愈合。结论 克氏针加小夹板治疗胫骨骨折,手术创伤小,能最大限度保留骨折端血运,固定牢靠,有良好的力学优势。     

三种不同器械固定胫骨骨折的生物力学评价及临床意义

目的分析三种胫骨骨折不同固定器械的生物力学效果,以指导临床应用。方法14具新鲜胫骨标本,制成斜形骨折模型,先分成单侧外固定支架(UADF)组和有限接触加压接骨板(LC-DCP)组,每组7具标本。UADF组测试完毕后,标本斜行骨折处加用1枚螺钉固定,制成UADF加有限内固定组。各组标本进行压缩、弯曲及旋转性能测试。结果在抗压缩性能和抗弯曲性能方面,UADF固定较UADF加有限内固定和LC-DCP固定弱,差异有极显著性意义(P＜0．01)。在抗旋转性能方面,UADF固定也较UADF加有限内固定和LC-DCP固定差,差异有显著性意义(P＜0．05)；而UADF加有限内固定和LC-DCP固定之间差异无显著性意义(P＞0．05)。结论UADF固定后抗压缩和抗弯曲能力较LC-DCP固定差,但应力遮挡较小,加用有限内固定后抗变形能力接近LC-DCP固定,值得推荐。     

钢板螺钉内固定治疗胫骨骨折的生物力学研究

目的 通过钢板螺钉固定人尸体胫骨标本的生物力学测试分析,为微刨经皮钢板内固定治疗胫骨骨折提供理论依据.方法 选取成人尸体胫骨湿标本40根,随机分成8组,测试载荷-应变指标并进行统计学分析.结果 垂直压缩时垂直方向压力-应变第4组(14孔钢板,固定1、4、7、8、11、14孔)差异有统计学意义;垂直压缩时侧方压力-应变第6组(14孔钢板,固定1、2、7、8、13、14 孔)差异有统计学意义;三点弯曲压缩时垂直方向应变多组差异有统计学意义.结论 ①长钢板垂直方向稳定性及抗扭转稳定性较好;②过多增加螺钉数量并不能增加垂直方向稳定性;③14孔钢板螺钉分布在1、2、7、8、13、14孔时抗扭转稳定性较好;④14孔钢板当螺钉分布为1、3、6、9、12、14孔时三点弯曲压缩稳定性较好.     

两种入钉方式固定兔胫骨平台骨折的早期生物力学研究

目的 观察平行关节面和垂直骨折线两种入钉方式固定对兔斜行劈裂的胫骨平台骨折术后的早期牛物力学特性. 方法 30只13个月龄的新西兰大白兔,制作内侧胫骨平台斜行劈裂的骨折模型,用3枚2.0 mm螺钉分平行关节面(平行组)和垂直骨折线(垂直组)两组进行固定,在术后即刻、1周、2周、4周、8周取材,检测两组内侧平台抗压缩的最大载荷、达到最人载倚时的功耗、关节面下陷2 mm时的载荷与功耗. 结果不同固定方式在相同时间点的生物力学比较显示:在固定即刻、术后1周和8周时两组间无统计学差异,在术后2周和4周时存在显著差异.同种固定方式不同时间点的生物力学比较显示:各检测指标术后早期下降,后逐渐恢复,在术后4周或8周时达到稳定状态. 结论兔胫骨平台骨折术后稳定性先下降后逐渐恢复,平行组恢复较快;对于兔胫骨平台单纯斜形劈裂骨折,平行关面固定能提供更稳定的生物力学特性.     

胫骨交锁髓内钉远端不同锁钉方式的生物力学测试

目的对胫骨交锁髓内钉远端不同锁钉方式进行生物力学测试，为临床交锁髓内钉治疗胫骨骨折提供理论指导。方法以成人新鲜胫骨标本为试验对象，每具标本先后模拟骨折愈合、稳定骨折及不稳定骨折3种状态，远端采用1枚或2枚锁钉固定，MTS轴向加载0～1000N，测试锁钉应力应变变化。结果随着骨骼稳定性的变化，各锁钉应力应变均发生显著性变化，在远端2枚锁钉中，靠近侧的锁钉应力应变更大。远端改用1枚锁钉固定后，远端锁钉承受的应力应变进一步显著增加，且以离骨折线较近的1枚锁钉固定应力应变更大。结论骨折线远端的锁钉应力应变大，易发生断裂及退钉，尤其是靠近骨折线者；应尽量以2枚锁钉固定远端并尽量远离骨折线。     

胫骨平台后内侧劈裂骨折内固定的生物力学研究

目的 比较胫骨平台后内侧劈裂骨折3种不同内固定方式的生物力学性能.方法 将24具人工合成右侧胫骨根据胫骨平台后内侧劈裂骨折形态学特征建立胫骨平台后内侧劈裂骨折模型,随机分成3组,每组8具,分别采用前内侧有限接触动力加压钢板固定(A组)、外侧锁定钢板固定(B组)、后侧T型支撑钢板固定(C组),测量不同内固定组在轴向载荷500、1000及1500 N下的垂直位移和最大失效载荷. 结果 A、B、C组500 N载荷下骨折块的相对位移分别为(0.376±0.022)、(0.268±0.024)、(0.131±0.019)mm,1000 N载倚下相对位移分别为(0.871±0.031)、(0.593±0.039)、(0.437±0.064)mm,1500 N时相对位移分别为(1.460±0.083)、(1.293±0.075)、(0.842±0.117)mm,3组间两两比较差异均有统计学意义(P<0.05).A、B、C组失效载荷分别为(2360±217)、(3083±190)、(3545±250)N,3组间两两比较差异均有统计学意义(P<0.05). 结论 后侧T型钢板固定组抗载荷力学性能稳定性最强,对固定胫骨平台后内侧劈裂骨折有临床意义.     

胫骨后倾角的测量及与后交叉韧带生物力学关系的研究进展

胫骨后倾角(tibial posterior slope,TPS)最可靠最便捷的测量方式及与后交叉韧带(posterior cruciate ligament,PCL)的生物力学关系存在较大争议。使用X线测量时,推荐使用下肢全长侧位X线片4等份法,其具有高度的可重复性及在日常诊疗过程的普遍性,但仅仅适用于胫骨旋转在15°以内的患者,当旋转超过30°时,平台内侧轮廓不好辨认,不再适用;若仅仅用于日常诊疗评估,当胫骨旋转角在15°以内时,膝关节侧位X线片也具有一定的参考意义,但精准度不能满足要求较高的临床研究。CT测量方法虽能纠正胫骨旋转,但利用在三维CT重建上放置拟合点来测量的方法只适用于无关节退变的膝关节,较多的骨赘会影响利用拟合点的方式来确定的胫骨平面与真实胫骨平台的符合度,具有一定的局限性。MRI不仅可以纠正胫骨旋转,而且使用胫骨解剖轴作为参考轴可以最大程度减少骨赘的影响从而测量出TPS,是一种较好的测量方式。TPS与PCL的生物力学关系,在胫骨截骨术中增大的TPS通过胫骨前移位间接减轻PCL的张力或直接减轻对PCL的负荷都提示可对其产生保护机制;在保留交叉韧带的全膝关节置换术中,...     

胫骨骨折三种固定器械的生物力学比较和临床研究

目的 明确不同固定器械在胫骨不同骨折类型固定中的优缺点。以指导临床应用。方法 ３６具胫骨标本制成中段无缺损及有缺损骨折模型。行ＧＤ型单侧外固定支架、Ｇｒｏｓｓｅ－＝ｋｅｍｐｆ钉、ＴＣＰ三种不同器械固定后,进行各项生物力学性能测试;选择上述三种器械固定的胫骨中段稳定及不稳定骨折临床病人各６０例,行临床疗铲对比。结果 抗压刚度ＧＫ钉最强,弯曲刚度ＴＣＰ最强,ＧＤ支架此二项刚度差,抗扭刚度三者差异不明显,临床ＧＫ钉组弃拐行走时间最早,但三者骨折愈合时间差异不明显。结论 胫骨骨折髓内固定较其它二种方法更能达到坚强固定且应力庶挡最小,髓内固定无论是生物力学还是临床应用均优越,髓外固定易产生应力遮挡,外固定支架生物力学性能较差,需延迟术后下地负重时间。     

兔胫骨应力性骨折过程中的生物力学研究

目的 探讨兔应力性骨折发生过程中胫骨生物力学指标的变化与应力性骨折发生的关系.方法 将36只雄性大耳白兔随机分为6组,进行跑跳训练,根据制定的分组训练时间,于训练任务完成后的第7、14、21、28、35天分别处死动物.光镜下观察胫骨病理变化;生物力学机上行胫骨三点弯曲生物力学测试,描记载荷-变形曲线,并根据该曲线及相应参数分析胫骨生物力学性能.结果 实验组动物训练第2、3、4、5周后最大载荷与对照组动物相比之差异均有统计学意义(P＜0.05).实验组动物第1、2、3、4、5周后载荷与变形量之比与对照组动物相比之差异均有统计学意义(P＜0.05),最大应力和弹性模量与对照组动物相比之差异则均无统计学意义(P＞0.05).结论 应力性骨折的发生是一个由骨细胞直接参与的破骨细胞性重吸收大于成骨细胞性骨形成的生理过程;胫骨结构力学性能的改变是由胶原纤维紊乱、骨皮质厚度降低等所造成,从而导致应力性骨折的发生.     

胫骨内侧平台骨折两种入钉方式的生物力学研究

目的 研究采用平行胫骨平台和垂直骨折线两种方法固定胫骨内侧平台骨折的生物力学稳定性.方法 取6对新鲜成年猪胫骨标本,制作内侧胫骨平台斜行劈裂的骨折模型,用3枚6.5mm松质骨螺钉分为平行关节而和垂直骨折线两组进行固定,即刻检测内侧平台抗压缩的最大载荷、达到最大载荷时的功耗、关节面下陷2 mm时的载荷与功耗.结果 两组标本内侧平台抗压缩的最大载荷、达到最大载荷时的功耗、关节面下陷2 mm时的载荷与功耗之间差异均无统计学意义.结论 对于斜行劈裂的胫骨内侧平台骨折,垂直骨折线固定的生物力学稳定性并不优于平行关节面固定组.     

胫骨骨折三种固定器械的生物力学比较和临床研究

目的　明确不同固定器械在胫骨不同骨折类型固定中的优缺点 ,以指导临床应用。方法　 36具胫骨标本制成中段无缺损及有缺损骨折模型 ,行GD型单侧外固定支架、Grosse -kempf钉、TCP三种不同器械固定后 ,进行各项生物力学性能测试 ;选择上述三种器械固定的胫骨中段稳定及不稳定骨折临床病人各 6 0例 ,行临床疗效对比。结果　抗压刚度GK钉最强 ,弯曲刚度TCP最强 ,GD支架此二项刚度差 ,抗扭刚度三者差异不明显。临床GK钉组弃拐行走时间最早 ,但三者骨折愈合时间差异不明显。结论　胫骨骨折髓内固定较其它二种方法更能达到坚强固定且应力遮挡最小 ,髓内固定无论是生物力学还是临床应用均优越 ,髓外固定易产生应力遮挡 ,外固定支架生物力学性能较差 ,需延迟术后下地负重时间。     

不同方法固定胫骨不稳定 pilon 骨折的生物力学研究

目的 探讨不同方法 固定胫骨不稳定pilon骨折的生物力学性能. 方法 用7具新鲜国人踝关节标本制备Ruedi-Allgower Ⅲ型pilon骨折,根据不同固定方法 分5组,A组:内侧支撑钢板固定,B组:胫骨远端前外侧解剖型钢板加内侧空心钉固定,C组:外侧外固定支架加内侧空心钉固定,D组:外侧外固定支架加内侧支撑钢板固定,E组:内侧外固定支架加胫骨远端前外侧解剖型钢板固定.比较各组的强度、刚度、失效载荷等生物力学性能. 结果 A、B、C、D、E组胫骨远端的抗压应力值分别为(1.31±0.10)、(1.61±0.14)、(1.17±0.13)、(0.90±0.08)、(0.98±0.08)MPa,轴向刚度分别为(1224.49±115.40)、(1016.95±102.32)、(1395.34±140.12)、(1935.48±180.42)、(1764.71±174.76)N/mm,水平剪切刚度分别为(3076.92±304.20)、(2553.19±250.73)、(3529.41±344.42)、(4800.00±490.61)、(4444.45±451.52)N/mm,失效载荷分别为(2448±208)、(2034±184)、(2791±265)、(3871±382)、(3529±342)N,等效刚度值分别为(703±56)、(583±62)、(805±74)、(1100±108)、(1035±110)N·m/Deg. 结论 对于胫骨不稳定性pilon骨折,采用胫骨内侧支撑钢板或胫骨远端前外侧解剖型钢板附加外固定支架固定,不但具有优越的生物力学性能,等效刚度高,而且固定坚强、可靠,操作方便,踝关节稳定性好,为Ruedi-Allgower Ⅲ型pilon骨折切开复位手术固定选择提供了理论参考.