本文關(guān)鍵詞：微型鋼板固定髕骨分層骨折的有限元模型建立和分析，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：目的:在膝關(guān)節(jié)損傷中,髕骨骨折發(fā)病率較高。對于髕骨骨折的治療,雖有諸多學(xué)者提出多種不同治療方案,但都以張力帶為主,且多數(shù)是針對髕骨橫行或下極骨折。然而在臨床上我們也常遇到髕骨分層樣骨折,對于此類型骨折的分類、治療,目前臨床上報道較少,仍缺乏統(tǒng)一的治療策略。對此,我們提出應(yīng)用微型鋼板固定髕骨分層樣骨折,并已取得初步臨床療效,現(xiàn)通過對微型鋼板固定髕骨分層骨折建立三維有限元模型,來進一步分析該固定方式的應(yīng)力分布及位移程度,并驗證其可行性,為臨床治療髕骨分層骨折的新方案提供可靠的理論依據(jù)。方法:利用ANSYS 13.0、Mimics 17.0、3-matic 9.0、Geomagic Studio12.0及PTC Creo Parametric 3.0分別對髕骨、鋼板及螺釘進行三維建模并進行有限元分析。建立三維模型:將CT掃描膝關(guān)節(jié)獲取的圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics軟件中,利用閾值分割、區(qū)域增長、編輯蒙罩等功能創(chuàng)建髕骨整體及松質(zhì)骨三維圖像,并在Geomagic Studio軟件中進行去噪、松弛、封裝、快速平滑、曲面化等修飾處理,再將圖像以STL格式輸入3-matic中,利用布爾減運算生成髕骨皮質(zhì)骨模型。利用PTC Creo Parametric軟件按照實際尺寸設(shè)計微型鋼板及螺釘平面草圖,使用拉伸及螺旋掃描功能生成8孔T板及5孔直板各1枚,鎖定螺釘11枚,并對微型鋼板進行預(yù)彎處理,最終將微型鋼板、螺釘模型以STL格式輸入3-matic軟件中,對微型鋼板、螺釘及髕骨進行裝配,并設(shè)計骨折線,生成面網(wǎng)格和體網(wǎng)格模型。有限元參數(shù)設(shè)定:將建立的正常髕骨及髕骨骨折的有限元模型以CDB格式導(dǎo)入ANSYS軟件中,創(chuàng)建模型皮膚及有限元幾何體,依次設(shè)定微型鋼板、螺釘、皮質(zhì)骨及松質(zhì)骨的材料屬性,包括彈性模量及泊松比。根據(jù)實驗需求設(shè)定各模塊間接觸面、接觸類型并重新劃分四面體網(wǎng)格。加載前約束髕骨上下極,對髕骨關(guān)節(jié)面下、中、上1/3分別施加2.0MP、3.5MP、4.4MP應(yīng)力,以模擬膝關(guān)節(jié)屈曲20°、45°、90°時髕骨受力情況。圖像后處理:求解出各模型在不同情況下的結(jié)果后,插入各模塊的等效應(yīng)力及位移分布云圖,并在不同層面對圖像進行切割,以便觀察各切面上的應(yīng)力及位移分布。結(jié)果:1正常髕骨模型應(yīng)力分布:三種屈膝角度下,髕骨上下極韌帶約束處均有不同程度應(yīng)力集中。另外,下極區(qū)域均有應(yīng)力集中且與屈膝程度正相關(guān),隨著屈曲程度增加,髕骨整體應(yīng)力逐漸向近端靠近。2髕骨骨折模型應(yīng)力分布:不同屈膝角度下,兩極韌帶約束處有應(yīng)力集中外,髕骨下極應(yīng)力均較集中,與屈膝程度正相關(guān);鋼板均在橫行斷端處應(yīng)力最為集中,與屈膝程度正相關(guān),且應(yīng)力逐漸向兩端遞減;遠、近端螺釘應(yīng)力亦與屈膝程度正相關(guān),且屈膝越大,應(yīng)力越向近端螺釘集中;橫行骨折斷端處均有壓力,與屈膝角度正相關(guān),且壓力呈現(xiàn)出分布不均——均勻——不均的變化趨勢;分層骨折斷端處亦存在較小壓力,與屈膝角度正相關(guān),且壓力呈現(xiàn)出先分布均勻再到分布不均的變化規(guī)律。3髕骨骨折模型位移分布:在不同屈膝角度下,髕骨及鋼板均呈現(xiàn)出相似的位移規(guī)律。在Y軸方向(即水平方向),從髕骨中間向兩極,髕骨及鋼板位移逐漸減小;在Z軸方向(即垂直方向),從釘頭至釘尾,位移逐漸增加,且近端螺釘位移垂直向下,遠端螺釘位移垂直向上。在Y軸上,髕骨及鋼板在橫行骨折處的位移與屈膝角度正相關(guān),當(dāng)屈曲90°時位移最大,約為0.3mm,而髕骨分層骨塊在屈曲45°時位移最大,約為0.9mm;在Z軸上,近端螺釘位移與屈膝程度正相關(guān),當(dāng)屈膝90°時位移最大,約為0.2mm,而遠端螺釘在屈曲45°時位移最大,約為0.5mm。結(jié)論:1不同屈膝角度下,髕骨下極應(yīng)力均較集中。2微型鋼板置于髕骨張力側(cè),固定牢固,對橫行、分層骨折塊均有不同程度加壓效果。3微型鋼板產(chǎn)生的加壓效果與屈膝程度正相關(guān),有利于術(shù)后早期活動。4微型鋼板治療髕骨骨折具有明顯生物力學(xué)優(yōu)勢,特別適用于髕骨分層樣骨折。
【關(guān)鍵詞】：微型鋼板 髕骨 分層骨折 內(nèi)固定 有限元
【學(xué)位授予單位】：河北醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：R687.3
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-9
• 前言9-10
• 材料與方法10-14
• 結(jié)果14-16
• 附圖16-22
• 附表22-23
• 討論23-28
• 結(jié)論28-29
• 參考文獻29-32
• 綜述 髕骨下極骨折治療進展32-46
• 參考文獻41-46
• 致謝46-47
• 個人簡歷47

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本文編號：324425