兒童股骨近端解剖型鋼板的三維有限元分析

發(fā)布時(shí)間：2020-05-11 16:25

【摘要】： 背景和目的股骨近端骨折成年人多見,老年人由于骨質(zhì)疏松等原因輕微暴力即可導(dǎo)致骨折,青壯年常因車禍等高能量損傷所致,故對成人股骨近端的生物力學(xué)及內(nèi)置物設(shè)計(jì)研究廣泛,目前治療成人股骨粗隆部骨折常用的內(nèi)固定系統(tǒng)有股骨近端髓內(nèi)釘(PFN)、動(dòng)力髖螺釘(DHS)、動(dòng)力髁螺釘(DCS)等。而兒童股骨近端骨折臨床相對較少,需要進(jìn)行股骨粗隆重建的原因有兒童股骨粗隆間骨折、粗隆下骨折、粗隆周圍骨腫瘤(病理性骨折)、兒童髖內(nèi)翻截骨矯形等,目前針對兒童股骨近端的生物力學(xué)研究及內(nèi)固定研發(fā)國內(nèi)外均較少涉及。隨著交通的飛速發(fā)展,高能量損傷日益增多,兒童股骨粗隆周圍骨折也并非罕見,雖然該部位血運(yùn)豐富,骨折愈合能力較強(qiáng),非手術(shù)治療能取得良好效果,但如果出現(xiàn)①多發(fā)性損傷、②同一肢體的多段骨折、③開放性損傷、④合并重要血管神經(jīng)損傷、⑤病理性骨折、⑥保守治療失敗等情況,切開復(fù)位鋼板內(nèi)固定更宜選擇,其具有治療方便、固定牢靠、降低護(hù)理成本等優(yōu)點(diǎn),容易被患兒家屬所接受。目前國外有專用于兒童股骨近端的髖螺釘、95°特制髁鋼板、AO開發(fā)的截骨矯形角鋼板,而國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品缺乏�；谏鲜鲈�,我們設(shè)計(jì)了一套兒童股骨近端解剖型鋼板,既能達(dá)到堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定、又符合中國兒童股骨近端力學(xué)特點(diǎn),并已進(jìn)行了離體標(biāo)本生物力學(xué)研究,其力學(xué)性能優(yōu)于以往使用的重建鋼板。為了更好地評價(jià)兒童股骨近端解剖型鋼板的力學(xué)性能,并與離體標(biāo)本生物力學(xué)研究相對照,設(shè)計(jì)是否合理,下一步如何改進(jìn)和優(yōu)化,本研究建立兒童股骨粗隆下骨折三維有限元模型,以兒童股骨近端解剖型鋼板固定,使用有限元方法對結(jié)果進(jìn)行分析討論,對鋼板的設(shè)計(jì)進(jìn)行評價(jià)。方法選取一名健康男性兒童,應(yīng)用螺旋CT掃描技術(shù),獲得股骨近端圖像數(shù)據(jù),使用Mimics10.01數(shù)字化三維醫(yī)學(xué)影像交互式軟件、ANSYS10.0有限元處理軟件,建立正常兒童股骨近端三維有限元模型,在此基礎(chǔ)上建立股骨粗隆下骨折模型;并根據(jù)鋼板數(shù)據(jù)建立兒童股骨近端解剖型鋼板三維有限元模型,導(dǎo)入骨折模型,設(shè)定邊界及載荷條件,進(jìn)行生物力學(xué)分析。結(jié)果初步建立了兒童股骨粗隆下骨折和兒童股骨近端解剖型鋼板三維有限元模型,進(jìn)行生物力學(xué)三維有限元分析,結(jié)果表明兒童股骨近端解剖型鋼板的設(shè)計(jì)符合生物力學(xué)原理,具有較好的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性,能夠滿足對兒童股骨近端骨折固定的需要。結(jié)論在采用螺旋CT斷層掃描影像技術(shù)獲取的活體計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,建立兒童骨骼三維有限元模型是有效可行的;本研究建立的兒童股骨粗隆下骨折和兒童股骨近端解剖型鋼板三維有限元模型逼真、客觀,能真實(shí)反應(yīng)其幾何結(jié)構(gòu)和力學(xué)屬性;在國內(nèi)首次以三維有限元的方法評價(jià)了兒童四肢骨折內(nèi)固定系統(tǒng)的力學(xué)特點(diǎn),結(jié)果顯示本釘板系統(tǒng)的設(shè)計(jì)符合生物力學(xué)原理,其穩(wěn)定性、強(qiáng)度和剛度可靠,能夠應(yīng)用于臨床。
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