【摘要】：骨盆髖臼骨折大多為高能量損傷所致,而且隨著現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展,骨盆髖臼骨折的發(fā)病率呈逐年增高趨勢(shì),非手術(shù)治療具有很高的病死率和遠(yuǎn)期病殘率。近年來(lái)隨著開放復(fù)位內(nèi)固定技術(shù)的不斷成熟及學(xué)界對(duì)手術(shù)治療的認(rèn)可,骨盆髖臼骨折的救治率不斷提高。由于髖臼骨折解剖部位深在,周圍解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜,骨盆髖臼生物力學(xué)結(jié)構(gòu)特殊且骨折形式多樣,給臨床手術(shù)復(fù)位及內(nèi)固定治療帶來(lái)一定困難,目前臨床上也出現(xiàn)了多種可用于骨盆髖臼骨折的內(nèi)固定方式及技術(shù)。臨床上采取單一入路進(jìn)行簡(jiǎn)單、直接、安全而有效的內(nèi)固定方法一直是骨科治療髖臼骨折追求的目標(biāo),我科在這方面也進(jìn)行了有效的嘗試。我科創(chuàng)新性研制了一種動(dòng)力化前路方形區(qū)鈦板螺釘系統(tǒng)(DAPSQ,特殊塑形重建鈦板),利用其聯(lián)合方形區(qū)螺釘并采用經(jīng)前方髂腹股溝入路進(jìn)行部分經(jīng)骨表面內(nèi)固定治療涉及方形區(qū)的復(fù)雜髖臼骨折(包括以前柱損傷為主的雙柱骨折、向前移位的橫行骨折、部分前柱合并后半橫形骨折及部分“T”形骨折),臨床療效滿意,螺釘無(wú)進(jìn)入髖關(guān)節(jié)之虞,安全性極高。但是我們?cè)谂R床應(yīng)用該內(nèi)固定系統(tǒng)時(shí)尚存在一些限制和困惑,如伴有對(duì)側(cè)骨盆前環(huán)不穩(wěn)的波及髖臼雙柱的骨折,單純采用該內(nèi)固定系統(tǒng)較難起到穩(wěn)定骨折的作用,反而需要先固定對(duì)側(cè)骨盆前環(huán),而后采用該固定系統(tǒng),相關(guān)力學(xué)性能及原理尚不清楚。為進(jìn)一步研究該內(nèi)固定系統(tǒng)的力學(xué)性能及提高臨床應(yīng)用該內(nèi)固定系統(tǒng)治療骨盆髖臼骨折的療效,本研究特選擇髖臼雙柱骨折伴對(duì)側(cè)恥骨上下支骨折的骨折類型作為波及雙柱的復(fù)雜髖臼骨折伴對(duì)側(cè)骨盆前環(huán)不穩(wěn)這類骨折的代表,采用有限元模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)該種內(nèi)固定固定后骨折的生物力學(xué)穩(wěn)定性進(jìn)行應(yīng)力加載并計(jì)算分析,探討該種內(nèi)固定系統(tǒng)的力學(xué)原理,以期進(jìn)一步為臨床應(yīng)用及內(nèi)固定系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。此外,本文亦對(duì)臨床上這類骨折采用該種內(nèi)固定的患者進(jìn)行隨訪觀察,進(jìn)一步評(píng)價(jià)其臨床療效。第一章 站立位正常人體骨盆三維六面體網(wǎng)格有限元模型的建立及有效性驗(yàn)證目的利用有限元技術(shù),建立正常人體站立位骨盆三維有限元模型并進(jìn)行有效性驗(yàn)證,以期應(yīng)用于臨床相關(guān)生物力學(xué)研究。方法選取一名健康成年男性志愿者,采用16排螺旋CT對(duì)其骨盆(從第5腰椎至股骨上1/3)進(jìn)行0.5m薄層掃描,獲得全骨盆體層圖像數(shù)據(jù)并以Dicom格式保存光盤,將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics10.01軟件,進(jìn)行圖片數(shù)據(jù)配準(zhǔn)及骨盆三維幾何模型重建,利用ICEM軟件對(duì)骨盆三維重建模型進(jìn)行六面體網(wǎng)格劃分。再運(yùn)用Hypermesh V10.0調(diào)整網(wǎng)格質(zhì)量,加載韌帶,初步建立骨盆三維六面體單元有限元模型,將數(shù)據(jù)導(dǎo)入有限元軟件ABAQUS 6.12進(jìn)行骨盆三維運(yùn)動(dòng)的計(jì)算分析。以第1骶骨頂部上終板正中央為標(biāo)準(zhǔn)水平,對(duì)坐骨結(jié)節(jié)進(jìn)行約束,限制其6個(gè)方向的自由度。加載600N的生理應(yīng)力,模擬站位骨盆應(yīng)力變化并與體外實(shí)驗(yàn)及其它模型文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性驗(yàn)證；結(jié)果建立了具有詳細(xì)解剖結(jié)構(gòu)及韌帶的全骨盆三維非線性六面體有限元模型,整個(gè)模型共86444個(gè)單元和88388個(gè)節(jié)點(diǎn),模型在應(yīng)力載荷下的特征部位應(yīng)力、應(yīng)變基本能反映骨盆特有的力學(xué)機(jī)構(gòu),計(jì)算結(jié)果與國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道的相近；結(jié)論建立的正常人體三維六面體有限元模型具有較高的真實(shí)性,能夠較客觀的反映正常人體骨盆的解剖結(jié)構(gòu)及力學(xué)特性,可應(yīng)用于相關(guān)的臨床生物力學(xué)研究。第二章 動(dòng)力化前路方形區(qū)鈦板螺釘系統(tǒng)(DAPSQ)固定伴有對(duì)側(cè)骨盆前環(huán)不穩(wěn)的髖臼雙柱骨折的站位有限元分析目的利用有限元技術(shù)探討當(dāng)對(duì)側(cè)骨盆前環(huán)不穩(wěn)時(shí),動(dòng)力化前路方形區(qū)鈦板螺釘系統(tǒng)(DAPSQ)內(nèi)固定治療髖臼雙柱骨折的生物力學(xué)穩(wěn)定性。方法利用已建立并進(jìn)行有效性驗(yàn)證的正常人體站立位骨盆有限元模型,根據(jù)臨床上髖臼骨折的Judet-Letournel分型,模擬單純髖臼雙柱骨折及伴對(duì)側(cè)恥骨上下支骨折的髖臼雙柱骨折模型,然后再根據(jù)臨床上應(yīng)用的動(dòng)力化前路方形區(qū)鈦板螺釘系統(tǒng)(DAPSQ)對(duì)骨折模型進(jìn)行模擬臨床試驗(yàn),對(duì)側(cè)恥骨上支采用鈦板固定,建立三種骨折內(nèi)固定模型：A:DAPSQ聯(lián)合方形區(qū)螺釘固定右側(cè)髖臼雙柱骨折模型,左側(cè)恥骨支完整,B:DAPSQ聯(lián)合方形區(qū)螺釘固定右側(cè)髖臼雙柱骨折模型,左側(cè)恥骨上下支骨折但不予固定,C:DAPSQ聯(lián)合方形區(qū)螺釘固定右側(cè)雙柱骨折模型,左側(cè)恥骨上下支骨折,但恥骨上支采用鈦板固定。限制各模型的三維自由度,加載生理載荷后進(jìn)行有限元計(jì)算,分析比較各內(nèi)固定模型骨折端的位移及應(yīng)力分布情況并進(jìn)行比較分析。結(jié)果通過(guò)對(duì)A、B、C三組骨折模型的髖臼橫向、縱向位移及應(yīng)力云圖分析與比較后發(fā)現(xiàn),C組在骨盆環(huán)穩(wěn)定時(shí)采用DAPSQ固定模型的橫向及縱向位移小,符合復(fù)位標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)力分布均勻,無(wú)明顯高度集中現(xiàn)象。骨折線上的橫向及縱向位移呈現(xiàn)BCA。結(jié)論在應(yīng)用DAPSQ固定髖臼雙柱骨折時(shí),該內(nèi)固定系統(tǒng)發(fā)揮扭矩作用需要對(duì)側(cè)骨盆反作用力支撐,只有在確保對(duì)側(cè)骨盆前環(huán)的穩(wěn)定前提下,DAPSQ才能提供有效可靠的扭矩彈性固定。
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將所得到的的志愿者骨盆段ＣＴ掃描數(shù)據(jù)ＷＤＩＣＯＭ文件格式輸入醫(yī)學(xué)有限元逡逑軟件Ｍｉｍｉｃｓ邋１０．邋０１邋（比利時(shí)Ｍａｔｅｒｉａｌｉｓｅ公司開發(fā)，Ｖ１０．日１版），根據(jù)ＣＴ斷層圖逡逑片（圖１）中不同組織具有不同的灰度值區(qū)，預(yù)先設(shè)置的骨骼ＣＴ值范圍１４８－１８化冊(cè)逡逑建立涂層，化ｍｉｃｓ軟件通過(guò)不同的闊值來(lái)提取相應(yīng)的組織，將連續(xù)的斷層切片逡逑轉(zhuǎn)換為連續(xù)斷層數(shù)字圖像并且對(duì)這些數(shù)字圖像進(jìn)行疊加配準(zhǔn)，保證每幅斷層圖逡逑形能夠真實(shí)地保留原始切片的信息數(shù)據(jù)，從而反映人體骨盆的真實(shí)結(jié)構(gòu)�；阱义蠑鄬訑�(shù)字圖像的灰白度不同建立徐層，然后利用Ｍｉｍｉｃｓ軟件自帶的ａｍｅｎｄ／ｅｒａｅｒ逡逑工具對(duì)涂層進(jìn)行修改，將最后的涂層レッ蒙板形式保存。將所得到的骨盆Ｈ維幾逡逑何模型數(shù)據(jù)（圖２）導(dǎo)入ＡＮＳＹＳ邋１２．０軟件下屬的ＩＣＥＭ邋Ｃ即功能軟件，利用其自逡逑帶的ＩＣＥＭ模塊軟件對(duì)幾何模型進(jìn)行手工六面體網(wǎng)格劃分，初步得到骨盆骨性Ｈ逡逑維六面體網(wǎng)格單元有限元模型。逡逑由于六面體網(wǎng)格屬于非線性單元

斷層數(shù)字圖像的灰白度不同建立徐層，然后利用Ｍｉｍｉｃｓ軟件自帶的ａｍｅｎｄ／ｅｒａｅｒ逡逑工具對(duì)涂層進(jìn)行修改，將最后的涂層レッ蒙板形式保存。將所得到的骨盆Ｈ維幾逡逑何模型數(shù)據(jù)（圖２）導(dǎo)入ＡＮＳＹＳ邋１２．０軟件下屬的ＩＣＥＭ邋Ｃ即功能軟件，利用其自逡逑帶的ＩＣＥＭ模塊軟件對(duì)幾何模型進(jìn)行手工六面體網(wǎng)格劃分，初步得到骨盆骨性Ｈ逡逑維六面體網(wǎng)格單元有限元模型。逡逑由于六面體網(wǎng)格屬于非線性單元，，為保證網(wǎng)格的精度與有限元計(jì)算的收斂逡逑性，骨骼的＂Ｈ明治＂結(jié)構(gòu)決定我們?cè)趯?duì)皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨網(wǎng)格劃分時(shí)要分開進(jìn)逡逑行。先對(duì)骨盆松質(zhì)fI部分進(jìn)行六面體網(wǎng)格劃分，然后在松質(zhì)骨上、下表面分別逡逑抽出層厚為１．５邋ｍｍ的實(shí)體網(wǎng)格來(lái)模擬內(nèi)、外皮質(zhì)骨Ｗ。逡逑基于骨盆結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、不規(guī)則性及對(duì)稱性，為節(jié)省工作量及初期建模時(shí)逡逑間，我們采用柵格六面體網(wǎng)格與映射網(wǎng)格兩種方法。具體操作如下：骨盆凡何逡逑模型導(dǎo)入ＩＣＥＭ—一ＩＣＥＭ對(duì)幾何模型的優(yōu)化處理修改——設(shè)置網(wǎng)格的尺寸及類型逡逑一一自動(dòng)生成面、體網(wǎng)格一一ＡＮＳＹＳ邋１２．０對(duì)網(wǎng)格自動(dòng)修復(fù)、優(yōu)化——使之能夠逡逑更好地模c浌橋璧牧ρ匭�。辶x洗蟛糠盅д呷銜嫣逋竦募撲憔紉龐謁拿嫣逋袂彝窕皺義希跺義

本文編號(hào)：2542397