微創(chuàng)入路經皮鋼板治療脛骨中段骨折的生物力學研究及三維有限元分析.pdf

1、本研究分為二部分：
　　 第一部分：微創(chuàng)入路經皮鋼板治療脛骨中段骨折的生物力學研究
　　 目的：
　　 研究LC-DCP鋼板長度、螺釘固定數目及位置對脛骨中段骨折的生物力學影響，為MIPO 技術提供生物力學證據。
　　 方法：
　　 選取成人（20--40歲）尸體脛骨濕標本60 根。隨機分組，制成中段斜行無缺損骨折模型，研究以不同長度（6孔、10孔、14孔）LC-DCP6枚螺釘固定，不同數目（6枚

2、、10枚、14枚）螺釘固定14孔LC-DCP，14孔LC-DCP 用6 枚螺釘不同位置固定的壓縮、扭轉、三點彎曲的力學特性。垂直壓縮載荷為0～1 000 N，扭轉角度為0～3°，三點彎曲載荷為0～400 N。測定扭轉、三點彎曲、壓縮等載荷--應變指標，進行統(tǒng)計學分析。
　　 結果：
　　 一、鋼板長度對脛骨中段骨折的生物力學影響：
　　 6孔、10孔和14孔鋼板垂直壓縮時垂直方向應變值分別為0.449±0.241

3、、0.093±0.003、0.139±0.005，10孔和14孔鋼板與6孔鋼板比較差異有統(tǒng)計學意義（P<0.01）。6孔、10孔和14孔鋼板側方應變值分別為0.120±0.0004、0.1275±0.01、0.237±0.0006，6孔鋼板和10孔鋼板與14孔鋼板比較差異有統(tǒng)計學意義（P<0.01），6孔鋼板與10孔鋼板間比較差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。6孔、10孔和14孔鋼板扭矩分別為（5.066*10-3±2.715*10-3

4、）N·m、（5.671*10-3±2.527*10-3）N·m、（4.570*10-3±2.228*10-3）N·m，三點彎曲垂直方向應變值分別為0.049±0.009、0.124±0.017、0.062±0.009，各孔鋼板間兩兩比較差異均有統(tǒng)計學意義（P<0.01）。
　　 二、螺釘固定數目對脛骨中段骨折的生物力學影響：
　　 6枚、10枚和14枚螺釘固定垂直壓縮時垂直方向應變值分別為0.120±0.006、0.11

5、1±0.012、0.116±0.008，兩兩比較差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。6 枚、10 枚和14 枚螺釘固定側方應變值分別為0.234±0.007、0.234±0.000、0.179±0.002，兩兩比較差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。6 枚、10 枚和14 枚螺絲釘固定扭矩分別為（7.304*10-3±3.072*10-3）N·m、（6.069*10-3±3.086*10-3）N·m、（7.1295*10-3±3.908*1

6、0-3）N·m，兩兩比較差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。三點彎曲垂直方向應變值分別為0.149±0.098、0.139±0.003、0.258±0.001，6 枚螺釘和10 枚螺釘相比，無顯著性差異（P>0.05），14 枚螺釘和其他兩種情況對比，有顯著性差異(P<0.01)。三、螺釘固定位置對脛骨中段骨折的生物力學影響第一組固定自上而下1，2，7，8，13，14孔，第二組固定自上而下1，4，7，8，11，14孔，第三組固定自上而下1

7、，3，6，9，12，14孔，第四組固定自上而下1，2，3，12，13，14孔。四組垂直壓縮時垂直方向應變值分別為0.120±0.006、0.0330±0.0027、0.139±0.005、0.116±0.008，第二組和其他組對比差異有統(tǒng)計學意義（P<0.01）。四組側方應變值分別為0.234±0.007、0.237±0.0006、0.187±0.002、0.217±0.002，第三組和其他組比較差異有統(tǒng)計學意義（P<0.01）。四組扭

8、矩分別為（7.304*10-3±3.072*10-3）N2m、（6.965*10-3±3.096*10-3）N2m、（4.570*10-3±2.228*10-3）N2m、（2.086*10-3±0.998*10-3）N2m，第三組和其他組比較差異有統(tǒng)計學意義（P<0.01）。三點彎曲垂直方向應變值分別為0.149±0.098、0.184±0.002、0.004±0.001、0.282±0.000，第一、第二組和其他組兩兩比較差異均有統(tǒng)計

9、學意義（P<0.01），第四組和其他組兩兩比較差異均有統(tǒng)計學意義（P<0.01），第一、二組兩兩比較差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。
　　 結論：
　　 一、材質相同、厚度相同、寬度相同、使用相同數量螺釘、不同長度（6孔、10孔、14孔）的鋼板，抗垂直壓縮穩(wěn)定性、抗扭轉穩(wěn)定性、抗彎曲穩(wěn)定性14孔鋼板相對較好，6孔鋼板相對較差。
　　 二、材質相同、厚度相同、寬度相同、長度相同的鋼板，使用不同數量螺釘（6 枚、1

10、0 枚、14 枚），抗垂直壓縮穩(wěn)定性、抗扭轉穩(wěn)定性無明顯差異，抗彎曲穩(wěn)定性14 枚螺釘反而較差。
　　 三、使用相同材質、相同長度、相同寬度、相同數量螺釘，靠近骨折線處上螺釘，抗壓縮穩(wěn)定性和抗扭轉穩(wěn)定性較好，而螺釘分布于鋼板兩端，抗扭轉穩(wěn)定性較差。螺釘平均分布，抗彎曲穩(wěn)定性和抗扭轉穩(wěn)定較好，而螺釘分布于鋼板兩端，抗彎曲、抗壓縮、抗扭轉穩(wěn)定性較差。
　　 第二部分：微創(chuàng)入路經皮鋼板治療脛骨中段骨折的三維有限元分析
　

11、　 目的：研究LC-DCP不同螺釘固定數目及位置對脛骨中段骨折的生物力學影響的三維有限元模型，為MIPO 技術提供更翔實的證據。
　　 方法：選取5 具青壯年男性尸體的脛骨濕標本，制成脛骨中段斜形無缺損骨折模型，以14孔LC-DCP 固定，第一具固定在1，2，3，12，13，14孔，第二具固定在1，4，7，8，11，14孔，第三具固定第1，3，6，9，12，14孔，第四具固定第1，2，7，8，13，14孔，第五具用14 枚螺釘

12、固定。利用有限元軟件Ansys 6.5 構造以上五種脛骨中段骨折內固定三維有限元模型。數字模擬壓縮、扭轉加載，垂直壓縮0－1000N，扭轉速率為2°/s，扭轉角度為3°。測定各個螺釘應力指標，進行統(tǒng)計學分析。
　　 結果：
　　 一、第1，2，3，12，13，14孔螺釘固定模型加載時各個螺釘在X、Y 軸上的壓縮、扭轉受力以第3、12孔為大，呈向骨折處集中的趨勢。各個螺釘在Z 軸上受力變化不大?？傮w來看，螺釘受力不大，應力

13、主要集中在未行固定的鋼板處。
　　 二、第1，4，7，8，11，14孔螺釘固定模型加載時各釘軸向壓縮時X、Y、Z 軸上的受力均以第1孔為最大，第4孔次之，受力有自上而下逐步減少的趨勢。扭轉時以X、Y、Z 軸上的受力以第7孔和第8孔為最大，有自骨折中央處向兩邊逐步減弱的趨勢，但受力集中在鋼板中央位置。
　　 三、第1，3，6，9，12，14孔螺釘固定模型加載時各釘軸向壓縮時X、Y、Z 軸上的受力均以第1孔為最大，第3孔次之

14、，受力有自上而下逐步減少的趨勢。扭轉時以X、Y、Z 軸上的受力以第6孔和第9孔為最大，未采用螺釘固定的鋼板中央部位分擔的應力較大。
　　 四、第1，2，7，8，13，14孔螺釘固定模型加載時各釘軸向壓縮時X、Y、Z 軸上的受力均以第1孔為最大，第2孔次之，受力有自上而下逐步減少的趨勢。扭轉時X、Y、Z 軸上的受力以第7孔和第8孔為最大，但較前固定方法應力小，整個鋼板應力分布比較均衡。五、全部14 枚螺釘固定螺釘孔模型加載時各釘軸

15、向壓縮時X、Y、Z軸上的受力均以第1孔為最大，第2孔次之，受力有自上而下逐步減少的趨勢。扭轉時以X、Y、Z 軸上的受力以第7孔和第8孔為最大，應力較為集中在鋼板中央的2 枚螺釘。
　　 結論：
　　 一、本研究建立的脛骨中段骨折內固定模型能逼真地反映脛骨的真實幾何結構。
　　 二、本模型為其進行骨折內固定三維有限元模型力學分析和仿真試驗提供了新的研究手段，具有良好的應用前景。
　　 三、應用6 枚螺釘固定