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進行相關生物力學分析。根據(jù)不同負重條件下接骨板螺釘及骨折端兩側位移、應力大小及分布情況，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，體質量70kg。志愿者經 X射線檢查證實左下肢無骨折、畸形、腫瘤等骨質破壞，無左下肢脛骨骨質疏松。志愿者身高和體重符合中國人正常分布區(qū)間標準。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：應用CT掃描獲

3、取正常成人脛骨的薄層圖像，運用相關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、骨模型前內側，螺釘分布于骨缺損遠、近兩側。然后應用有限元分析軟件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端情況下進行軸向載荷與旋轉載荷，分析各自位移、應力分布的情況。
　　結果：
　　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荷加載，經有限元分析軟件計算分析后測得結果如下:
　　1、軸向載荷

5、時接骨板及脛骨近端的應力分布情況
　　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-骨整體結構彎曲變形角度為5°時，所承受載荷：6螺釘LCP貼骨內固定模型＞6螺釘LCP外固定模型＞8螺釘LCP外固定模型。接骨板-骨整體結構彎曲變形角度為10°時，所承受載荷：6螺釘LCP貼骨內固定模型＞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)之前接骨板最大應力：6螺釘LCP外固定模型＞6螺釘LCP貼骨內固定模型＞8螺釘LCP外固定模型。接骨板上的應力主要分布于接骨板中段未擰入螺釘?shù)?個螺孔兩側接骨板最窄的部位，螺釘最大應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-骨整體結構扭曲變形角度為5°時，所承受載荷：8螺釘LCP外固定模型＞6螺釘LCP貼骨內固定模型＞6螺釘LCP外固定模型。接骨板-骨整體結構扭曲變形角度為10°時，所承受載荷：6螺釘LCP貼骨內固定模型＞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)之前接骨板最大應力：6螺釘LCP外固定模型＞6螺釘LCP貼骨內固定模型＞8螺釘LCP外固定模型。接骨板上的應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，螺釘最大應力點均在某一個或兩個螺釘與骨的接觸面處。
　　結論：
　　1、LCP可用于脛骨粉碎性骨折的外固定治療，但在術后早期應禁止患者下床負重活動，并且患者在臥床時也應盡量避免較大軸向、旋轉負荷的