微創(chuàng)入路經(jīng)皮鋼板治療脛骨中段骨折的生物力學(xué)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(jīng)皮鋼板治療脛骨中段骨折的生物力學(xué)研究
　　 目的：
　　 研究LC-DCP鋼板長度、螺釘固定數(shù)目及位置對(duì)脛骨中段骨折的生物力學(xué)影響，為MIPO 技術(shù)提供生物力學(xué)證據(jù)。
　　 方法：
　　 選取成人（20--40歲）尸體脛骨濕標(biāo)本60 根。隨機(jī)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(shù)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(zhuǎn)、三點(diǎn)彎曲的力學(xué)特性。垂直壓縮載荷為0～1 000 N，扭轉(zhuǎn)角度為0～3°，三點(diǎn)彎曲載荷為0～400 N。測(cè)定扭轉(zhuǎn)、三點(diǎn)彎曲、壓縮等載荷--應(yīng)變指標(biāo)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。
　　 結(jié)果：
　　 一、鋼板長度對(duì)脛骨中段骨折的生物力學(xué)影響：
　　 6孔、10孔和14孔鋼板垂直壓縮時(shí)垂直方向應(yīng)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(jì)學(xué)意義（P<0.01）。6孔、10孔和14孔鋼板側(cè)方應(yīng)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(jì)學(xué)意義（P<0.01），6孔鋼板與10孔鋼板間比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)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(diǎn)彎曲垂直方向應(yīng)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(jì)學(xué)意義（P<0.01）。
　　 二、螺釘固定數(shù)目對(duì)脛骨中段骨折的生物力學(xué)影響：
　　 6枚、10枚和14枚螺釘固定垂直壓縮時(shí)垂直方向應(yīng)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(jì)學(xué)意義（P>0.05）。6 枚、10 枚和14 枚螺釘固定側(cè)方應(yīng)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(jì)學(xué)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(jì)學(xué)意義（P>0.05）。三點(diǎn)彎曲垂直方向應(yīng)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(duì)比，有顯著性差異(P<0.01)。三、螺釘固定位置對(duì)脛骨中段骨折的生物力學(xué)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(shí)垂直方向應(yīng)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(duì)比差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.01）。四組側(cè)方應(yīng)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(jì)學(xué)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(jì)學(xué)意義（P<0.01）。三點(diǎn)彎曲垂直方向應(yīng)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(jì)

9、學(xué)意義（P<0.01），第四組和其他組兩兩比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.01），第一、二組兩兩比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。
　　 結(jié)論：
　　 一、材質(zhì)相同、厚度相同、寬度相同、使用相同數(shù)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(zhuǎn)穩(wěn)定性、抗彎曲穩(wěn)定性14孔鋼板相對(duì)較好，6孔鋼板相對(duì)較差。
　　 二、材質(zhì)相同、厚度相同、寬度相同、長度相同的鋼板，使用不同數(shù)量螺釘（6 枚、1

10、0 枚、14 枚），抗垂直壓縮穩(wěn)定性、抗扭轉(zhuǎn)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(zhì)、相同長度、相同寬度、相同數(shù)量螺釘，靠近骨折線處上螺釘，抗壓縮穩(wěn)定性和抗扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定性較好，而螺釘分布于鋼板兩端，抗扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定性較差。螺釘平均分布，抗彎曲穩(wěn)定性和抗扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定較好，而螺釘分布于鋼板兩端，抗彎曲、抗壓縮、抗扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定性較差。
　　 第二部分：微創(chuàng)入路經(jīng)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(shù)目及位置對(duì)脛骨中段骨折的生物力學(xué)影響的三維有限元模型，為MIPO 技術(shù)提供更翔實(shí)的證據(jù)。
　　 方法：選取5 具青壯年男性尸體的脛骨濕標(biāo)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(gòu)造以上五種脛骨中段骨折內(nèi)固定三維有限元模型。數(shù)字模擬壓縮、扭轉(zhuǎn)加載，垂直壓縮0－1000N，扭轉(zhuǎn)速率為2°/s，扭轉(zhuǎn)角度為3°。測(cè)定各個(gè)螺釘應(yīng)力指標(biāo)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。
　　 結(jié)果：
　　 一、第1，2，3，12，13，14孔螺釘固定模型加載時(shí)各個(gè)螺釘在X、Y 軸上的壓縮、扭轉(zhuǎn)受力以第3、12孔為大，呈向骨折處集中的趨勢(shì)。各個(gè)螺釘在Z 軸上受力變化不大?？傮w來看，螺釘受力不大，應(yīng)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(shí)各釘軸向壓縮時(shí)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(shì)。扭轉(zhuǎn)時(shí)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(shì)，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(shí)各釘軸向壓縮時(shí)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(shì)。扭轉(zhuǎn)時(shí)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(dān)的應(yīng)力較大。
　　 四、第1，2，7，8，13，14孔螺釘固定模型加載時(shí)各釘軸向壓縮時(shí)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(shì)。扭轉(zhuǎn)時(shí)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(yīng)力小，整個(gè)鋼板應(yīng)力分布比較均衡。五、全部14 枚螺釘固定螺釘孔模型加載時(shí)各釘軸

15、向壓縮時(shí)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(shì)。扭轉(zhuǎn)時(shí)以X、Y、Z 軸上的受力以第7孔和第8孔為最大，應(yīng)力較為集中在鋼板中央的2 枚螺釘。
　　 結(jié)論：
　　 一、本研究建立的脛骨中段骨折內(nèi)固定模型能逼真地反映脛骨的真實(shí)幾何結(jié)構(gòu)。
　　 二、本模型為其進(jìn)行骨折內(nèi)固定三維有限元模型力學(xué)分析和仿真試驗(yàn)提供了新的研究手段，具有良好的應(yīng)用前景。
　　 三、應(yīng)用6 枚螺釘固定