新型肱骨近端鎖定鋼板的三維有限元模型建立及生物力學(xué)研究.pdf

1、第一部分新型肱骨近端鎖定鋼板與AO-PHILOS鋼板固定肱骨近端四部分骨折三維有限元模型建立及生物力學(xué)分析
　　【目的】通過有限元分析研究,比較肱骨近端四部分骨折分別使用新型鎖定鋼板固定和AO-PHILOS鎖定鋼板+螺釘固定的應(yīng)力分布、最大應(yīng)力等生物力學(xué)表現(xiàn)。
　　【方法】建立肩關(guān)節(jié)、肱骨近端四部分骨折模型,分別使用新型鎖定鋼板固定和AO-PHILOS鎖定鋼板+螺釘固定的三維有限元模型。通過有限元分析,比較兩種骨折內(nèi)固定模型

2、在肩關(guān)節(jié)的四種外展不同的功能位置應(yīng)力大小、應(yīng)力分布、位移等情況。
　　【結(jié)果】模擬肩關(guān)節(jié)外展四種不同功能位置的應(yīng)力比較:肩關(guān)節(jié)外展0°時最大Von Mises應(yīng)力,新型鎖定鋼板(1033.0Mpa)>AO-PHILOS(743.1 Mpa);肩關(guān)節(jié)外展30°時最大Von Mises應(yīng)力,新型鎖定鋼板(904.1Mpa)>AO-PHILOS(692.4 Mpa);肩關(guān)節(jié)外展60°時最大Von Mises應(yīng)力,新型鎖定鋼板(888.1

3、Mpa)>AO-PHILOS(486.4Mpa);肩關(guān)節(jié)外展90°時最大Von Mises應(yīng)力,新型鎖定鋼板(1062.0Mpa)>AO-PHILOS(393.5 Mpa)。兩種內(nèi)固定應(yīng)力分布比較:在肩關(guān)節(jié)外展0°、30°、60°時新型鎖定鋼板與AO-PHILOS應(yīng)力都集中于內(nèi)側(cè)距,無明顯差別;肩關(guān)節(jié)外展90°時新型鎖定鋼板與AO-PHILOS應(yīng)力都集中于內(nèi)側(cè)距,AO-PHILOS應(yīng)力集中范圍大于新型鎖定鋼板,差異明顯。在肩關(guān)節(jié)外展0°

4、、30°、60°、90°過程中,單枚螺釘?shù)膽?yīng)力較新型鎖定鋼板的小結(jié)節(jié)翼大,差異顯著。新型鎖定鋼板應(yīng)力相對分散、分布均勻。在肩關(guān)節(jié)的外展過程中,兩種內(nèi)固定方式固定骨折的最大位移,沒有明顯差異。
　　【結(jié)論】兩種內(nèi)固定方式治療復(fù)雜的肱骨近端四部分骨折中,應(yīng)力分布差異不明顯,應(yīng)力都集中鋼板內(nèi)側(cè)距,都表現(xiàn)出穩(wěn)定的固定效果,二者應(yīng)力遮擋效應(yīng)均明顯。但相比新型鎖定鋼板,AO-PHILOS鎖定鋼板+螺釘固定模型于內(nèi)側(cè)距應(yīng)力集中范圍略大,而且單枚

5、螺釘?shù)膽?yīng)力較新型鎖定鋼板的小結(jié)節(jié)翼明顯增大。因此,我們認(rèn)為新型鎖定鋼板獨(dú)特的解剖設(shè)計及對肱骨近端四部分骨折固定可以取得較好的生物學(xué)性能。
　　第二部分三種不同內(nèi)固定方式固定肱骨大結(jié)節(jié)骨折三維有限元模型的建立及生物力學(xué)分析
　　【目的】通過有限元分析研究,比較三種不同內(nèi)固定方式(螺釘、張力帶、新型肱骨大結(jié)節(jié)鎖定鋼板)固定肱骨大結(jié)節(jié)骨折模型的應(yīng)力分布、最大應(yīng)力等生物力學(xué)表現(xiàn)。
　　【方法】建立肩關(guān)節(jié)、肱骨大結(jié)節(jié)骨折模型,分

6、別使用新型肱骨大結(jié)節(jié)鎖定鋼板固定、兩枚螺釘固定及張力帶固定的三維有限元模型。通過有限元分析,比較兩種骨折內(nèi)固定模型在肩關(guān)節(jié)的四種外展不同的功能位置應(yīng)力大小、應(yīng)力分布、位移等情況。
　　【結(jié)果】模擬肩關(guān)節(jié)外展中的四種不同的功能位置,三種不同內(nèi)固定方式應(yīng)力比較:在肩關(guān)節(jié)外展0°時,張力帶的應(yīng)力最大,其次是螺釘及鋼板;在肩關(guān)節(jié)外展30°、60°時,張力帶的應(yīng)力最大,其次是鋼板及螺釘;在肩關(guān)節(jié)外展90°時,張力帶的應(yīng)力最大,其次是螺釘及鋼

7、板,與肩關(guān)節(jié)外展0°時水平相當(dāng);肩關(guān)節(jié)外展0°時最大Von Mises應(yīng)力,張力帶(568.4MPa)>螺釘(318.7MPa)>新型肱骨大結(jié)節(jié)鎖定鋼板(298.9 MPa);肩關(guān)節(jié)外展30°時最大Von Mises應(yīng)力,張力帶(886.3MPa)>新型肱骨大結(jié)節(jié)鎖定鋼板(291.1 MPa)>螺釘(266.0MPa);肩關(guān)節(jié)外展60°時最大Von Mises應(yīng)力,張力帶(817.0MPa)>新型肱骨大結(jié)節(jié)鎖定鋼板(282.5.MPa)

8、>螺釘(277.6MPa);肩關(guān)節(jié)外展90°時最大Von Mises應(yīng)力,張力帶(593.4MPa)>螺釘(284.3MPa)>新型肱骨大結(jié)節(jié)鎖定鋼板(247.8MPa)。三種內(nèi)固定方式應(yīng)力分布比較:新型大結(jié)節(jié)鎖定鋼板應(yīng)力都集中于后外側(cè)及隨螺釘而分散;張力帶應(yīng)力集中于“8”中間較為集中,固定面積極小,應(yīng)力集中顯著;螺釘固定面積小,相對應(yīng)力集中。四種不同肩關(guān)節(jié)外展位,三種不同內(nèi)固定總體應(yīng)力都在逐漸減小,但新型大結(jié)節(jié)鎖定鋼板及配套螺釘應(yīng)力傳

9、遞分散更快,更符合人體生物力學(xué)特征;張力帶應(yīng)力于“8”中間較為集中,接觸面積極小,應(yīng)力集中更為顯著,應(yīng)力分散慢;螺釘整個固定面積較小,應(yīng)力集中較為明顯,相對來說,應(yīng)力分散傳遞亦明顯。三種內(nèi)固定方式固定骨折在肩關(guān)節(jié)外展的過程中,最大位移沒有明顯差異。
　　【結(jié)論】本研究中,肱骨大結(jié)節(jié)鎖定鋼板分布均勻,應(yīng)力分散傳遞快,更接近于正常,生物力學(xué)穩(wěn)定性較螺釘固定及張力帶固定高。臨床應(yīng)用中,其微型鎖定設(shè)計、解剖塑形,有利于大結(jié)節(jié)骨折端血供保護(hù)