MIPPO技术下LCP锁定固定减少锁钉个数后应力遮挡效应的有限元研究

目的比较经锁定固定减少锁钉个数后骨痂应力均值的变化,研究LCP锁定固定减少锁钉个数对应力遮挡效应的影响,为MIPPO术中应用不同类型的接骨板和固定方式提供生物力学依据。方法应用有限元法根据LCP的锁定与加压结合孔,建立胫骨上端骨折LCP锁定固定后带骨痂的三维有限元模型。对模型进行力学有限元分析,得出不同工况和内固定方式下骨痂应力情况。结果骨痂在锁定固定减少2个锁钉条件下的应力均值大于减少1个锁钉条件下的应力均值,根据配对t检验结果两者差异具有统计意义。锁定固定减少2个锁钉导致的应力遮挡率小于减少1个锁钉条件下的应力遮挡率。结论 MIPPO技术下LCP锁定固定均采用锁定钉固定时应该减少不必要的锁钉,使在提供稳定固定的同时减少应力遮挡效应,促进骨痂的生成和骨痂改建塑形,有助于骨折愈合。     

MIPPO技术下LCP锁定和加压固定后应力遮挡效应的有限元研究

目的 通过比较经锁定和加压固定后骨痂应力的变化,研究LCP锁定固定和加压固定对应力遮挡效应的影响,为临床MIPPO术式中应用不同类型的接骨板和固定方式提供生物力学依据.方法 应用有限元法根据LCP独特设计的锁定与加压结合孔,建立了胫骨上端骨折LCP锁定和加压固定后带骨痂的三维有限元模型.对模型进行力学有限元分析,得出不同工况和内固定方式下骨痂应力情况.结果 骨痂在锁定固定下的应力均值大于加压固定下的应力均值,根据配对t检验的结果 两者差异具有统计学意义(P<0.05).根据应力遮挡率计算公式,锁定固定导致的应力遮挡率小于加压固定导致的应力遮挡率.结论 MIPPO术式下的加压固定可以提供坚强的固定但产生的应力遮挡效应较大;锁定固定产生更少的应力遮挡效应.但没有加压固定那样能提供坚强的固定.因此在临床上对单纯长骨骨折通常采用两端锁定而中间加压的固定方式,这是一种兼顾固定的稳定性与更少的应力遮挡效应的固定方式,有助于骨折愈合.     

解剖型钢板与锁定钢板固定Sanders Ⅳ型跟骨骨折的有限元分析

[目的]以有限元分析方法探讨钢板固定SandersⅣ型跟骨骨折的力学效果,并比较解剖型钢板与锁定钢板固定关节内跟骨骨折的效果.[方法]建立SandersⅣ型跟骨骨折模型分别以解剖型加压钢板和锁定钢板内固定三维有限元模型,研究不同内固定的von Mises应力分布、跟骨的von Mises应力分布、位移并比较跟骨及内固定模型应力峰值,分析骨折固定后生物力学稳定性.[结果]解剖型加压钢板固定的有限元模型骨端应力分布均匀,各部分最大应力值小于锁定钢板;解剖型钢板应力集中部位为钢板中后部,锁定钢板应力集中于钢板螺钉连接处;骨折端各部分位移差异较大,其中载距突位移最大.[结论]切开复位钢板内固定治疗SandersⅣ型跟骨骨折,关节内碎骨快可随足部负重而产生不同程度移位,存在较高创伤性关节炎的风险,建议采用一期外固定二期关节融合治疗;锁定钢板与解剖型加压钢板治疗关节内跟骨骨折各具优势,需要将二者的优势结合起来提高内固定的疗效.     

天鹅型形状记忆接骨器对骨折愈合时应力遮挡率及骨痂成熟过程的影响

目的：探讨天鹅型形状记忆接骨器固定下骨折愈合时应力遮挡率随时间的变化以及骨折处超微结构和力学性能的特点。方法：新西兰兔行单侧肱骨干横断截骨,实验组以天鹅记忆接骨器内固定,对照组以加压钢板固定。分别于术后第2、4、8、12、16周时取材,测定应力遮挡率和愈合骨的生物力学性能,并观察骨折端的超微结构变化。结果：愈合过程的前12周内实验组的应力遮挡率明显较低而力学性能则高于对照组,电镜观察则显示实验组矿物质沉积领先于对照纽且胶原纤维排列整齐。结论：天鹅记忆接骨器应力遮挡效应较小,加快了成骨细胞的分化成熟,促进了骨痂细胞外基质的生成和钙化,从而提高了愈合骨的力学性能。     

轴向应力促进胫骨骨折愈合的三维有限元力学参数优化研究

目的通过有限元方法建立胫骨骨折愈合仿真模型,利用有限元分析不同频率与大小组合的轴向应力促进骨折愈合过程,以期获得最佳理论参数。方法对一名健康志愿者胫骨进行CT扫描,通过Mimics、Geomagic、Abaqus等有限元软件建立胫骨骨折钢板内固定实体模型;观察胫骨骨折愈合过程中骨痂内部应力、应变及骨折端位移,比较骨折愈合仿真所获得的愈合模式图及骨痂单元数变化。结果通过有限元分析计算了胫骨骨折间隙内骨痂组织的应力、应变及位移,观察分析200 N、1 Hz组合参数分化的成熟骨组织细胞单元数是最多的。结论建立胫骨骨折愈合的三维有限元模型,通过三维有限元分析所获得的200 N、1 Hz为最佳理论参数组合,为临床个体化促进胫骨骨折愈合提供理论依据。     

锁定加压钢板固定骶骨不稳定骨折的应用及三维有限元分析

目的探讨锁定加压钢板治疗骶骨不稳定骨折的效果。方法应用三维有限元方法模拟骶骨Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ区伴同侧耻骨上下支骨折的不稳定骨折,分别用骶髂螺丝钉和锁定加压钢板固定骨盆后环,用螺丝钉固定耻骨上支骨折,于L5椎体施以500N的轴向应力,计算骶骨及耻骨上支处的位移,并将加载下的骨应力分布同正常骨盆加载下骨的应力分布进行比较。对11例骶骨不稳定骨折采用锁定加压钢板固定,并用Majeed评分标准评定术后功能。结果生物力学研究发现骶髂螺丝钉的固定效果很好,锁定加压钢板的固定效果接近骶髂螺丝钉。两种方法固定后加载下,应力分布均同正常骨盆相似。11例患者术后功能评定为:4例优,5例良,2例可。结论用锁定加压钢板治疗骶骨不稳定骨折是一种可行的方法,尤其是对伴有髂骨翼骨折的骶骨不稳定骨折,或骶骨Ⅱ或Ⅲ区粉碎性骨折。     

髁状突颈部复合型骨折坚强内固定后应力遮挡效应分析

目的:从生物力学角度分析髁突颈复合型骨折采用不同材料内固定后不同时期骨折局部应力分布状况及应力遮挡作用,试图为新型固定材料的临床应用提供生物力学依据。方法:用三维有限元法分析髁状突颈部复合型骨折采用小型钛板和可吸收板固定后,不同时期骨折局部的von Mi ses应力值分布,并且计算比较各时期的应力遮挡率。结果:骨折固定初期,两种材料在各部位的应力遮挡率都在95%以上。骨折愈合后,骨缝各分区的应力遮挡率大小依次为:钛板固定后期>可吸收板固定1年>可吸收板固定3年。结论:下颌骨骨折采用小型钛板内固定时,在各骨折愈合时期均存在应力遮挡效应;可吸收板在固定早期具备与钛板相近的应力遮挡效应,后期较钛板小;就骨折局部的应力遮挡效应而言,可吸收材料是一种理想的内固定材料。     

MIPPO技术下胫骨近端骨折LCP固定的三维有限元研究

目的 比较胫骨近端内侧LCP接骨板通过锁定孔和加压孔固定在不同载荷下的应力分布特点,探讨锁定固定和加压固定的优缺点.方法 建立胫骨近端骨折LCP接骨板锁定固定和加压固定的三维有限元模型,采用有限元分析法,分析模型在轴向加压、三点侧弯、扭转状态下的应力分布.结果 ①LCP接骨板在锁定固定和加压固定下,都在骨折处和骨折近端第一个锁定(加压)孔处有应力集中现象;②LCP接骨板锁定固定应力均值大于加压固定.结论 锁定固定和加压固定都使钢板在骨折处和接骨板第一个锁定(加压)孔处容易发生断裂,加压固定比锁定固定更稳固,但锁定固定更符合BO理论要求.     

绳梯样固定器治疗长管状骨粉碎骨折的有限元分析

目的探讨绳梯样固定器治疗长管状骨粉碎骨折的力学特性。方法采用有限元的分析方法,根据人体股骨几何形状、尺寸及材料参数建立股骨模型,模仿骨折后用钢板和绳梯样固定器固定,在不同载荷及边界条件分析工况(工况指实验的力学状态),比较两种内固定方式抗折弯、抗扭转应力及应力遮挡率。结果在轴向载荷或弯曲载荷作用下,对比钢板连接,绳梯样固定器在股骨断面上应力分布均匀,且均为压应力,应力遮挡率低。对于连接器和股骨组成的整个系统来说,绳梯样固定器抗折弯能力和抗扭转力强于钢板固定。结论股骨粉碎骨折后用绳梯样固定器固定比钢板更符合生物力学要求,有利于骨折愈合。     

利用有限元探究内固定治疗股骨颈骨折的生物力学研究

目的:利用有限元分析研究不同内固定治疗Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折的生物力学特点。方法:选取1名健康受试者的股骨CT数据进行三维重建,骨折造模,装配动力髋螺钉、锁定加压钢板、三枚空心钉、四枚空心钉和髓内钉,建立有限元模型,在股骨头顶端轴向加载1400 N应力。研究不同内固定的应力分布和位移分布、股骨的应力分布和位移分布,并比较内固定和股骨模型的应力峰值和位移峰值。结果:股骨和内固定应力较大区域均分布于股骨颈及股骨干部位,且在骨折线附近均出现应力增大的现象;内固定位移分布主要集中于股骨头内螺钉尖端位置,股骨位移集中于股骨头顶端,应力加载位置。四枚空心钉的应力最小,峰值为135.3 MPa;锁定加压钢板的应力最大,峰值为405.9 MPa,但锁定加压钢板的位移12.3 mm为最小峰值;三枚空心钉的位移18.8 mm为最大峰值;三枚空心钉固定时,股骨受力最小,应力峰值为36.8 MPa,但股骨位移最大,峰值为19.3 mm;锁定加压钢板固定时,股骨受力104.6 MPa为最大应力峰值而位移12.6mm为最小位移峰值。结论:锁定加压钢板在固定股骨颈骨折时稳定性最高,但股骨和内固定承受更大的压力和剪切力;动力髋螺钉固定短期内促进骨折愈合较有优势,但长期固定时髓内钉固定更佳。     

3种方式固定锁骨中段斜行骨折的有限元分析

目的通过有限元法分析锁定钢板双层皮质、单层皮质固定和普通钢板双皮质固定3种方式固定锁骨中段斜行骨折的生物力学特性,为临床应用提供理论参考。方法建立锁骨中段斜行骨折,分别予以锁定钢板双皮质和单皮质固定以及普通钢板固定的三维有限元模型,相同的加载和约束条件下模拟轴向压缩、顺时针扭转、逆时针扭转和三点弯曲4种工况,评价不同内固定方式的最大等效应力、骨折块的最大综合位移。结果1 3种固定方式都可出现一定的内固定应力集中,但4种工况下单层皮质固定的最大应力均明显高于其他两种方式。2位移情况:压缩工况三者无差别;扭转工况下,单层皮质固定的位移大于双皮质固定;弯曲试验中双层皮质固定大于单皮质固定。结论对于锁定钢板固定锁骨中段斜行骨折,单层皮质固定比双层皮质固定和普通钢板双皮质固定更容易出现应力集中,提示临床治疗应采用双层皮质固定。     

不同角度螺钉固定股骨颈骨折并发转子下骨折风险的生物力学分析

目的通过有限元方法对内收型股骨颈骨折的不同角度空心加压螺钉固定技术进行对比评价,判断何种技术更易发生转子下骨折,为临床应用提供理论依据。方法以内收型股骨颈骨折为研究对象建立有限元模型,模拟单腿站立时的受载和垂直力加载2种情况,对倒三角构型不同角度置钉技术分别进行有限元计算。结果第3模型在股骨干张力侧的最大Von-Mis-es应力明显高于其他模型,其他模型张力侧应力的差别都较小。结论倒三角构型时,单枚远钉低角度固定与传统高角度固定时发生转子下骨折的风险差别不大,只有三钉同时低角度固定时发生转子下骨折的可能性最大,建议临床避免低角度多钉固定。     

Sanders Ⅱ型跟骨骨折螺钉微创治疗的有限元优化分析

目的:探讨Sanders Ⅱ型跟骨骨折微创治疗时螺钉不同固定方式后的生物力学特点.方法:将CT 扫描后的跟骨Dicom 数据输入Mimics 21.0 软件及Ansys 15.0 软件中构建跟骨三维有限元数字模型;将此模型导入UG NX 10.0 软件中,根据Sanders 分型切割跟骨,建立后关节面塌陷的Sander...     

跟骨骨折内固定方法的有限元模拟比较

目的：对应用不同钢板固定跟骨关节内骨折手术治疗方法进行比较检验。方法：应用三维有限元模拟跟骨关节内冠状面骨折。跟骨的形状与材料属性取自CT扫描图像。模型正确性已经尸体检验。对模型的距下关节面施加600N垂直载荷。检验H型、T型和Y型3种钢板对跟骨骨折的固定效果。结果：H型钢板对骨折固定最为牢固，但T型钢板固定的骨的应力分布最接近正常跟骨且其钢板与螺钉的应力集中程度最小。结论：应用有限元法对不同钢板固定跟骨骨折进行比较检验是切实可行的并能获取有益的信息。     

股骨远端肿瘤性缺损两种不同内固定方法的有限元分析

目的比较股骨远端骨肿瘤手术中两种不同内固定重建方法的生物力学差别,为临床选择更理想的内固定方法提供理论依据。方法模拟股骨远端骨肿瘤瘤段切除病例,分别采用锁定钢板和交锁髓内钉内固定方法进行重建,建立该模型三维有限元模型,导入ABAQUS软件系统进行有限元分析,当给予平行于股骨长轴轴向压缩700N情况下,比较锁定钢板和交锁髓内钉的位移和应力分布情况。结果两组模型应力均未达到屈服应力,锁定钢板的应力分布比较均匀,接近正常值,最大应力为50 Mpa,股骨头最大位移为2.9 mm。髓内钉的最大应力为85 Mpa,股骨头最大位移为3.8 mm。结论锁定钢板和交锁髓内钉都能用于股骨远端骨肿瘤切除后的重建手术,锁定钢板比交锁髓内钉更稳定,刚度更大。     

动力髋螺钉与经皮加压钢板固定股骨转子间骨折的三维有限元分析

[目的]通过三维有限元法对DHS及PCCP固定股骨转子间骨折的生物力学稳定性进行对比,为临床应用提供理论依据.[方法]建立Evans-JensenⅡ型骨折内固定三维有限元模型,研究不同内固定的yon Mises应力分布、股骨近端的von Mises应力分布及骨折面接触压力,分析骨折固定后生物力学稳定性.[结果]PCCP固定模型内固定的von Mises的总体应力较均匀,最大应力较小;股骨近端的von Mises的总体应力较均匀,未见明显应力集中现象;骨折面接触压力的总体应力较高,分布均匀.[结论] PCCP固定Evans-JensenⅡ型转子间骨折的生物力学稳定性较DHS更具优势.     

Finite element analysis of locking plate and two types of intramedullary nails for treating mid-shaft clavicle fractures

BackgroundBoth plate and intramedullary nail fixations, including straight and anatomic nails, have been clinically adopted for the treatment of displaced mid-shaft clavicle fractures. However, the biomechanical performances of these fixations and implants have not been well evaluated. This study aims to compare the construct stability, stress distribution and fracture micro-motion of three fixations based on finite element (FE) method.MethodsThe FE model of clavicle was reconstructed from CT images of a male volunteer. A mid-shaft fracture gap was created in the intact clavicle. Three fixation styles were simulated including locking plate (LP), anatomic intramedullary nail (CRx), and straight intramedullary nail (RCP). Two loading scenarios (axial compression and inferior bending) were applied at the distal end of the clavicle to simulate arm abduction, while the sternal end was fixed.ResultsUnder both conditions, the LP was the stiffest, followed by the CRx, and the RCP was the weakest. LP also displayed a more evenly stress distribution for both implant and bone. RCP had a higher stress compared with CRx in both conditions. Moreover, all implants sustained higher stress level under the loading condition of bending than compression.ConclusionsThe plate fixation significantly stabilizes the fracture gap, reduces the implant stress, and serves as the recommended fixation for the mid-shaft clavicle fracture. The CRx is an alternative device to treat clavicle shaft fracture, but the shoulder excessive activities should be avoided after operation.     

两种常用内固定治疗股骨转子间骨折的有限元分析

目的比较动力髋螺钉(DHS)与股骨近端防旋髓内钉(PFNA)内固定治疗AO2.1型股骨转子间骨折的生物力学稳定性。 方法运用有限元分析法,通过Mimics软件以及Geomagic软件分别建立正常股骨、DHS固定骨折模型、PFNA固定骨折模型,通过有限元分析软件模拟股骨负重时(单腿站立时股骨所承受的最大峰值),通过股骨应力分析、股骨内外侧应力、股骨头位移和内固定自身应力及位移等观察指标,来比较两种内固定方法对股骨生物力学的影响。 结果PFNA组在股骨的内外侧应力以及股骨头位移均小于DHS组,且内固定本身应力及位移也小于DHS组。 结论在治疗AO2.1型股骨转子间骨折中,PFNA组的股骨内外侧应力、股骨头位移、内固定自身应力及位移的值均小于DHS组,且更加接近于正常股骨,PFNA相比于DHS有着生物力学上的优势。