一体化翼型接骨板固定复杂髋臼骨折的三维有限元分析及对比研究

来源 :南方医科大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:huangwily
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背景:髋臼骨折通常由车祸、高处坠落及重物砸伤等高能量损伤因素导致,常合并重要脏器损伤。因其位置深、解剖结构复杂、复位固定困难,如何治疗一直是创伤骨科研究领域的难点。髋臼是髋关节重要的组成成分,手术治疗的目的是恢复髋臼解剖结构并维持其稳定固定,尽早实现髋关节功能康复锻炼。随着当今科学技术飞速发展,数字化技术对医疗行业产生巨大影响。依据患者髋臼的解剖形态进行个性化设计一体化翼型接骨板,实现了植入物与髋臼的解剖匹配,为髋臼骨折的治疗提供了新方案。本研究基于有限元分析技术,依据骨盆髋臼CT数据建立髋臼T型骨折、前方伴后半横行骨折内固定模型,并依次对其进行生物力学分析。目的:1.建立有效的骨盆髋臼模型,为后续髋臼骨折内固定模型的构建提供基础。2.运用有限元分析方法,探究T型骨折三种内固定方式的力学稳定性。3.评估四种内固定方式治疗前方伴后半横行骨折的生物力学稳定性。方法:1.收集健康男性志愿者的骨盆CT数据,运用Mimics、Geomagic Studio、Solidworks等软件建立骨盆三维模型,运用有限元分析软件ANSYS模拟站立位和坐位,构建骨盆有限元模型并验证其有效性。2.利用Solidworks软件的相关功能建立一体化翼型接骨板(A)、前柱钢板联合髂坐钢板(B)和前柱钢板联合后柱螺钉(C)三种内固定方式固定髋臼T型骨折模型,并在ANSYS软件中建立三维有限元模型,模拟站立位和坐位,以相同加载约束方式对三种内固定模型进行生物力学有限元分析。3.利用Solidworks软件建立一体化翼型接骨板(A)、前柱钢板联合髂坐钢板(B)、前柱钢板联合后柱螺钉(C)和弓状线下方钢板联合后柱螺钉(D)四种内固定方式固定前方伴后半横行骨折模型,并在ANSYS软件中建立三维有限元模型,模拟站立位和坐位,以相同加载约束方式对四种内固定模型进行生物力学有限元分析。结果:1.有限元分析结果显示:站立位时,应力经骶骨向两侧传递至骶髂关节、髂骨,在前方沿弓状线,在后方沿坐骨大切迹,向双侧股骨传导;坐位时,应力经骶骨向两侧传递至骶髂关节、髂骨,向下经坐骨大切迹传递至坐骨结节。2.T型骨折模型站立位时,前柱骨折线上各节点位移均值表现为B>C>A,B最大(0.380±0.188mm),A最小(0.375±0.189mm);后柱骨折线上各节点位移均值表现为 C>B>A,C 最大(0.476±0.263mm),A 最小(0.470±0.267mm);坐位时,前柱骨折线上各节点位移均值表现为A>B>C,A最大(0.140±0.036mm),C最小(0.104±0.031mm);后柱骨折线上各节点位移均值表现为C>A>B,C最大(0.006±0.004mm),B最小(0.003±0.002mm)。站立位时内固定应力最大值A为115.95MPa、B为182.44MPa、C为183.34MPa,坐位时内固定应力最大值A为 115.65MPa、B 为 165.52MPa、C 为 167MPa。3.前方伴后半横行骨折模型站立位时,前柱骨折线上各节点位移均值表现为A>D>C>B,A最大(0.712±0.372mm)、B 最小(0.642±0.364mm);后柱骨折线上各节点位移均值表现为A>D>C>B,A最大(0.629±0.158mm);B最小(0.587±0.159mm);坐位时,前柱骨折线各节点位移均值表现为B>C>D>A,B最大(0.181±0.067mm)、A最小(0.105±0.029mm);后柱骨折线各节点位移均值表现为 D>A>C>B:D 最大(0.008±0.003mm)、B 最小(0.004±0.003mm)。站立位时内固定应力最大值A为164.77MPa、B为186.4MPa、C为185.72MPa、D为42.17MPa,坐位时内固定应力最大值A为131MPa、B为167.25MPa、C为165.85MPa、D组为34.436MPa。结论:应用一体化翼型接骨板可有效固定髋臼T型骨折和前方伴后半横行骨折,其生物力学性能与普通钢板联合螺钉固定效果相当,临床上可依据患者髋臼骨折类型考虑使用一体化翼型接骨板固定。
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