鎖定加壓接骨板外固定治療脛骨粉碎性骨折的三維有限元分析.pdf

1、目的：
　　建立以脛骨中段70mm骨缺損模擬脛骨中段粉碎性骨折、以12孔鎖定加壓接骨板（Locking Compression Plate，LCP）外固定的三維有限元模型。通過有限元分析（Finite Element Analys，F(xiàn)EA）軟件Abaqus6.13進行相關(guān)生物力學(xué)分析。根據(jù)不同負(fù)重條件下接骨板螺釘及骨折端兩側(cè)位移、應(yīng)力大小及分布情況，以期得到鎖定加壓接骨板作為外固定架固定脛骨粉碎性骨折應(yīng)使用的最佳螺釘數(shù)及最大受力允

2、許范圍。
　　方法：
　　1、研究對象：選取健康男性志愿者1名，年齡25歲，身高175cm，體質(zhì)量70kg。志愿者經(jīng) X射線檢查證實左下肢無骨折、畸形、腫瘤等骨質(zhì)破壞，無左下肢脛骨骨質(zhì)疏松。志愿者身高和體重符合中國人正常分布區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)。志愿者對實驗方案知情同意。
　　2、研究材料：12孔直形鈦合金鎖定加壓接骨板及直徑5.0mm鈦合金鎖定螺釘，均由蘇州欣榮博爾特醫(yī)療器械有限公司提供。
　　3、研究方法：應(yīng)用CT掃描獲

3、取正常成人脛骨的薄層圖像，運用相關(guān)軟件建立其三維模型。由于粉碎性骨折時骨折塊不受力，故通過在此模型上剔除部分層面圖像，建立脛骨中段70mm骨缺損以模擬脛骨粉碎性骨折。實驗組通過相應(yīng)軟件模擬12孔鎖定加壓接骨板以6螺釘外固定于該脛骨模型，接骨板與骨面間距為20mm；對照組1為12孔鎖定加壓接骨板以6螺釘固定于脛骨模型，接骨板與骨面間距為1mm；對照組2為12孔鎖定加壓接骨板以8螺釘外固定于脛骨模型，接骨板與骨面間距為20mm。接骨板置于脛

4、骨模型前內(nèi)側(cè)，螺釘分布于骨缺損遠(yuǎn)、近兩側(cè)。然后應(yīng)用有限元分析軟件Abaqus6.13（美國ABAQUS公司）測定各組虛擬模型在不同組合中在固定脛骨遠(yuǎn)端情況下進行軸向載荷與旋轉(zhuǎn)載荷，分析各自位移、應(yīng)力分布的情況。
　　結(jié)果：
　　本課題實驗成功建立了鎖定加壓接骨板外固定用于以脛骨干中段70mm骨缺損模擬的脛骨干粉碎性骨折的三維有限元模型，并對該模型進行了負(fù)荷加載，經(jīng)有限元分析軟件計算分析后測得結(jié)果如下:
　　1、軸向載荷

5、時接骨板及脛骨近端的應(yīng)力分布情況
　　各模型在達到屈服臨界狀態(tài)之前所承受的載荷：6螺釘LCP貼骨內(nèi)固定模型＞6螺釘LCP外固定模型＞8螺釘LCP外固定模型。接骨板-骨整體結(jié)構(gòu)彎曲變形角度為5°時，所承受載荷：6螺釘LCP貼骨內(nèi)固定模型＞6螺釘LCP外固定模型＞8螺釘LCP外固定模型。接骨板-骨整體結(jié)構(gòu)彎曲變形角度為10°時，所承受載荷：6螺釘LCP貼骨內(nèi)固定模型＞8螺釘LCP外固定模型＞6螺釘LCP外固定模型。各模型在達到屈服臨界

6、狀態(tài)之前螺釘最大應(yīng)力：8螺釘LCP外固定模型＞6螺釘LCP外固定模型＞6螺釘LCP貼骨內(nèi)固定模型。各模型在達到屈服臨界狀態(tài)之前接骨板最大應(yīng)力：6螺釘LCP外固定模型＞6螺釘LCP貼骨內(nèi)固定模型＞8螺釘LCP外固定模型。接骨板上的應(yīng)力主要分布于接骨板中段未擰入螺釘?shù)?個螺孔兩側(cè)接骨板最窄的部位，螺釘最大應(yīng)力點均在某一個或兩個螺釘與骨的接觸面處。
　　2、螺旋載荷時接骨板及脛骨近端的位移及應(yīng)力分布情況
　　各模型在達到屈服臨界狀

7、態(tài)之前所承受的載荷：6螺釘LCP貼骨內(nèi)固定模型＞8螺釘LCP外固定模型＞6螺釘LCP外固定模型。接骨板-骨整體結(jié)構(gòu)扭曲變形角度為5°時，所承受載荷：8螺釘LCP外固定模型＞6螺釘LCP貼骨內(nèi)固定模型＞6螺釘LCP外固定模型。接骨板-骨整體結(jié)構(gòu)扭曲變形角度為10°時，所承受載荷：6螺釘LCP貼骨內(nèi)固定模型＞8螺釘LCP外固定模型＞6螺釘LCP外固定模型。各模型在達到屈服臨界狀態(tài)之前螺釘最大應(yīng)力：8螺釘LCP外固定模型＞6螺釘LCP外固定模

8、型＞6螺釘LCP貼骨內(nèi)固定模型。各模型在達到屈服臨界狀態(tài)之前接骨板最大應(yīng)力：6螺釘LCP外固定模型＞6螺釘LCP貼骨內(nèi)固定模型＞8螺釘LCP外固定模型。接骨板上的應(yīng)力主要分布于接骨板中段未擰入螺釘?shù)?個螺孔之間接骨板中軸線附近位置，螺釘最大應(yīng)力點均在某一個或兩個螺釘與骨的接觸面處。
　　結(jié)論：
　　1、LCP可用于脛骨粉碎性骨折的外固定治療，但在術(shù)后早期應(yīng)禁止患者下床負(fù)重活動，并且患者在臥床時也應(yīng)盡量避免較大軸向、旋轉(zhuǎn)負(fù)荷的