肱骨遠端后外側雙柱內固定系統(tǒng)的設計及有限元力學分析.pdf

1、目的：通對成人肱骨遠端三維CT測量，探討并設計肱骨遠端后外側雙柱內固定系統(tǒng)，并將設計結果建立數(shù)字模型、應用有限元生物力學分析，評價其力學特性，為肱骨遠端骨折內固定的改進設計以及臨床應用提供理論依據(jù)。
　　方法：選擇一名35歲漢族健康男性志愿者，身高172cm，體重68Kg，首先行X線檢查，排除其左肘關節(jié)存在創(chuàng)傷性關節(jié)炎、骨質疏松、骨腫瘤及骨折等疾患，選用本院CT為PHILIPS公司的64排螺旋CT掃描，掃描數(shù)據(jù)按順序以DICOM3

2、.0文件格式直接處理及保存在CT工作站中，由MIMICS軟件讀取，并應用相關有限元分析軟件，建立成人肱骨遠端關節(jié)外骨折（肱骨髁上橫行骨折）模型，分別予AO的肱骨遠端外側帶側翼鎖定鋼板與新設計肱骨遠端后外側雙柱固定鎖定接骨板方法固定，同時建立肱骨遠端髁間“Y”形骨折的理想有限元模型，予AO公司的肱骨遠端內側、后外側帶側翼的鎖定雙鋼板固定與新設計肱骨遠端后外側雙柱固定鎖定接骨板方法固定，電腦模擬對肱骨遠端施加250N軸向壓力、10Nm的的折

3、彎力，以及7.5Nm的內、外旋扭力負荷時，對肱骨遠端完整的應力分布，應力集中部位、固定骨折模型加載后肱骨遠端整體最大應力值、固定骨折模型加載后各骨折塊最大位移值等方面進行分析。
　　結果：
　　1.利用有限元方法成功建立了“成人肱骨髁上橫行骨折”的理想有限元模型，通過新設計的肱骨遠端后外側雙柱固定鎖定接骨板與AO公司的肱骨遠端外側帶側翼鋼板固定模型上的應力分布及骨折塊位移的對比分析:在肱骨遠端模型施加250N軸向壓力、10N

4、m的折彎力負荷時，AO肱骨遠端外側帶側翼鎖定鋼板局部最大應力接近其材料的屈服應力，分別達到了743.29MPa和654.28MPa，而在7.5Nm的內、外旋扭力負荷時，在AO肱骨遠端外側帶側翼鋼板骨折端周圍的應力集中，超過了其屈服應力，失去了對骨折塊的固定作用，骨折塊位移嚴重，內固定失敗。相比，應用新設計的肱骨遠端后外側雙柱固定鎖定接骨板固定時，骨折端周圍鋼板上的最大應力為37.50MPa和302.86MPa，而在7.5Nm的內、外旋扭

5、力負荷時，最大應力位于肱骨遠端骨折周圍外側固定鋼板上，均為169.8MPa，而靠近肱骨干端的骨折塊的最大移位均為0.32mm，骨折塊固定穩(wěn)定，內固定選擇是合適的。
　　2.利用有限元方法建立了肱骨遠端髁間“Y”形骨折的理想有限元模型，施加前述相同的負荷下，通過新設計的肱骨遠端后外側雙柱固定鎖定接骨板與AO肱骨遠端內、外側雙鋼板固定固定模型上的應力分布及骨折塊位移進行對比分析:在肱骨遠端模型施加250N軸向壓力負荷時，應用AO公司肱

6、骨遠端雙鋼板固定時，肱骨遠端內側鋼板最大應力達到了107.58MPa，靠近肱骨干端的骨折塊最大移位為0.33mm;然而，新型鋼板其最大應力位于外側柱骨折處周圍的鋼板上，其值為42.35MPa，靠近肱骨干末端的骨折塊最大移位為0.07mm，較前者固定穩(wěn)定;在肱骨遠端模型施加10Nm的的折彎力負荷時，新型鋼板與AO雙鋼板的表現(xiàn)相當，前者最大應力為377.25 MPa，骨折塊最大移位為0.68mm，而后則最大應力為358.31MPa，骨折塊最

7、大移位為0.55;而在肱骨遠端施加7.5Nm的內、外旋扭力負荷時，新型鋼板的抗旋轉能力強于雙鋼板固定，前者最大應力為153.29MPa，而后者為597.18MPa，骨折移位前者為0.34mm，后者為1.62mm。顯然，AO雙鋼板正交固定肱骨遠端骨折是可取的，然而新型鋼板在肱骨遠端“Y”形髁間骨折抗旋轉實驗中表現(xiàn)較好。
　　結論：
　　1.根據(jù)肱骨遠端的解剖特點，運用鎖定鋼板的角固定理念，所設計的肱骨遠端內側柱置入直徑5mm螺

8、釘?shù)慕M合式肱骨遠端外側柱鎖定鋼板，通過有限元分析研究發(fā)現(xiàn):在相同的載荷條件下，這個新設計的肱骨遠端后外側雙柱鎖定鋼板在肱骨遠端關節(jié)外骨折的固定效果優(yōu)于“AO”肱骨遠端后外側帶側翼的鎖定鋼板;同時新設計的肱骨遠端后外側雙柱鎖定鋼板在肱骨遠端“Y”形髁間骨折的應用中力學表現(xiàn)與AO肱骨遠端后外側帶側翼鋼板聯(lián)合內側鋼板的雙鎖定鋼板的固定方式比較，同樣表現(xiàn)優(yōu)異，能適合肱骨遠端簡單關節(jié)內骨折的固定要求;
　　2.結合目前的臨床研究，為了避免尺