點接觸鎖定接骨板系統(tǒng)的三維有限元分析及生物力學(xué)研究.pdf

1、目的： 1.探討點接觸鎖定接骨板系統(tǒng)和傳統(tǒng)動力加壓接骨板系統(tǒng)固定股骨干骨折后，接骨板和股骨上的應(yīng)力、應(yīng)變分布特征，為進一步生物力學(xué)實驗和臨床應(yīng)用研究提供理論依據(jù)。 2.在骨質(zhì)疏松性粉碎性骨折模型上，對比研究點接觸鎖定接骨板系統(tǒng)和傳統(tǒng)動力加壓接骨板系統(tǒng)的生物力學(xué)強度，為進一步動物實驗和臨床應(yīng)用研究提供理論依據(jù)。 3.建立山羊脛骨粉碎性骨折模型，對比研究點接觸鎖定加壓接骨板與有限接觸動力加壓接骨板固定骨折后骨痂形成情

2、況，為進一步臨床應(yīng)用研究提供理論依據(jù)。 方法： 1.利用計算機輔助設(shè)計技術(shù)和逆向工程技術(shù)，構(gòu)建接骨板和股骨的三維模型。利用Pro/E軟件進行模型裝配，模擬接骨板固定骨折的臨床實際情況。利用ANSA12.0專業(yè)軟件進行網(wǎng)格劃分，在不同的加載條件下，利用ANSYS10.0軟件進行三維有限元分析，得到接骨板和股骨上的應(yīng)力、應(yīng)變分布特征。 2.利用雙能X線機選取成對的老年性骨質(zhì)疏松性尸體骨標本，中間橫斷1cm間隙構(gòu)建粉碎

3、性骨折模型。在四點彎曲、扭轉(zhuǎn)及軸向壓縮加載下，對比研究點接觸鎖定接骨板系統(tǒng)和傳統(tǒng)動力加壓接骨板系統(tǒng)的抗彎、抗扭及抗壓剛度。 3.選取健康1歲左右山羊，脛骨“Z”字形截骨，建立粉碎性骨折模型，PC-LCP與LC-DCP接骨板固定。通過X線影像學(xué)觀察、四點彎曲力學(xué)測試、組織學(xué)觀察和計量學(xué)研究，對比兩種接骨板固定后的骨痂形成情況。 結(jié)果： 1.三維有限元分析結(jié)果表明，PC-LP系統(tǒng)與LC-DCP系統(tǒng)比較，股骨和接骨板上

4、的應(yīng)力、應(yīng)變分布規(guī)律大體相同。在軸向壓縮和扭轉(zhuǎn)載荷下，從股骨上的螺孔處應(yīng)力集中現(xiàn)象看，PC-LP接骨板總體上優(yōu)于LC-DCP接骨板。PC-LP系統(tǒng)在四點前后彎曲、軸向壓縮和扭轉(zhuǎn)三種載荷下，接骨板上應(yīng)力集中的區(qū)域位于板邊緣或者中間，而股骨的應(yīng)力都集中在骨折位點最近的兩個螺孔或最遠的兩個螺孔處。 2.在骨質(zhì)疏松性粉碎性橈骨骨折模型上，PC-LCP與DCP接骨板對比，在前后四點彎曲、內(nèi)外四點彎曲及扭轉(zhuǎn)實驗測試下，PC-LCP固定橈骨骨

5、折模型的抗彎剛度及抗扭剛度均有大于DCP的趨勢；而PC-LP與LC-DCP對比時，在前后四點彎曲、內(nèi)外四點彎曲及扭轉(zhuǎn)實驗測試下，PC-LCP固定橈骨骨折模型的抗彎剛度及抗扭剛度均明顯大于DCP接骨板，兩者差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。在骨質(zhì)疏松性粉碎性股骨干骨折模型上，PC-LCP與DCP接骨板對比，在前后四點彎曲、軸向壓縮實驗測試下，PC-LCP固定股骨干骨折模型的抗彎剛度及抗壓剛度均大于DCP接骨板，兩者差異具有統(tǒng)計學(xué)意義；在扭轉(zhuǎn)實驗測試下，

6、PC-LCP固定股骨干骨折模型的抗扭剛度有大于DCP的趨勢，但兩者差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義。 3.在動物實驗中，X線影像學(xué)觀察，術(shù)后8周、術(shù)后12周時，PC-LCP組粉碎性骨折處的骨痂形成多于DCP組。術(shù)后12周，四點彎曲力學(xué)測試，PC-LCP組的骨折愈合后骨痂的彎曲強度和最大載荷均明顯大于DCP組，兩者差異有統(tǒng)計學(xué)意義。術(shù)后12周時骨痂組織形態(tài)學(xué)分析，普通光學(xué)顯微鏡下，PC-LCP組比DCP組的骨小粱形成較多，排列更規(guī)則。對于骨痂組

7、織的靜態(tài)參數(shù)，小粱骨痂體積密度(TBV)，顯微鏡下的形態(tài)計量學(xué)結(jié)果提示，PC-LCP組的TBV明顯大于DCP組，兩者差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。對于骨痂組織動態(tài)參數(shù)，骨沉積率(AR)，我們采用四環(huán)素和鈣黃綠素雙標，熒光顯微鏡下觀察，形態(tài)計量學(xué)分析。結(jié)果提示，PC-LCP組的骨沉積率平均值大于DCP組，但是兩者差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義。兩個骨痂的形態(tài)學(xué)計量結(jié)果提示，PC-LCP組比DCP組的骨折愈合更好的機制，可能在于成骨細胞的增殖分化，而不在于骨礦化