本文關(guān)鍵詞：空心螺釘固定內(nèi)踝骨折的有限元分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：背景:近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)及醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的不斷發(fā)展,三維有限元分析作為一種新興的生物力學(xué)研究方法,在足踝外科領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。通過(guò)有限元方法可對(duì)骨折的發(fā)生機(jī)制、內(nèi)固定的穩(wěn)定性等方面進(jìn)行研究。有限元技術(shù)與傳統(tǒng)生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)互為補(bǔ)充,為骨科疾病的診斷、治療提供了豐富的理論基礎(chǔ)。目的:內(nèi)踝垂直剪切骨折多發(fā)生于旋后內(nèi)收型踝關(guān)節(jié)損傷。對(duì)于此類骨折目前多采用抗滑鋼板及空心螺釘兩種固定方式。利用有限元分析方法分別建立脛骨遠(yuǎn)端60°、75°、90°內(nèi)踝骨折模型,所有骨折均采用兩枚空心螺釘固定。模擬旋后內(nèi)收型踝關(guān)節(jié)損傷時(shí)空心螺釘固定強(qiáng)度隨骨折角度變化的情況。觀察指標(biāo)包括骨折最大位移、應(yīng)力分布云圖。探索空心螺釘固定不同角度內(nèi)踝骨折時(shí),固定強(qiáng)度的變化規(guī)律,并為旋后內(nèi)收型踝關(guān)節(jié)Ⅱ度損傷內(nèi)踝骨折固定方式的選擇提供生物力學(xué)依據(jù)。方法:選擇一位健康男性志愿者,獲取踝關(guān)節(jié)CT掃描圖像。將掃描數(shù)據(jù)以DICOM格式導(dǎo)入到Mimics13.0軟件。利用閾值調(diào)整工具(Thresholding)提取骨骼輪廓,界定閾值在230~3020Hu,區(qū)分出骨組織與軟組織,生成踝部骨骼蒙皮(Mask),然后采用3D技術(shù)生成踝部骨骼模型。利用三維區(qū)域增長(zhǎng)(3D Region Growing)工具選擇熱區(qū),分割出脛骨遠(yuǎn)端模型,對(duì)輪廓表面進(jìn)行簡(jiǎn)單光滑、填補(bǔ)處理,最終生成了脛骨遠(yuǎn)端3D立體模型。采用同樣的方法建立脛骨遠(yuǎn)端松質(zhì)骨3D立體模型,對(duì)上述兩個(gè)3D模型進(jìn)行布爾運(yùn)算(Boolean),生成脛骨遠(yuǎn)端皮質(zhì)骨3D立體模型。將生成的皮質(zhì)骨及松質(zhì)骨3D立體模型以STL格式(Standard Template Library)導(dǎo)入逆向工程軟件Geomagic9.0,對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化、去噪、光滑、三維曲面構(gòu)型等修飾后再次導(dǎo)入Mimics13.0軟件。利用草圖切割及布爾運(yùn)算,裝配構(gòu)建60°、75°及90°內(nèi)踝骨折空心釘固定模型。將模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分,依次生成面網(wǎng)格、體網(wǎng)格,以CDB格式保存,并輸入到ANSYS軟件FE模塊中。對(duì)模型重新劃分為四面體網(wǎng)格,最終生成了內(nèi)踝骨折空心釘固定有限元模型。于內(nèi)踝施加100N,200N,300N軸向剪切負(fù)荷,模擬旋后內(nèi)收型踝關(guān)節(jié)損傷時(shí)距骨內(nèi)翻擠壓內(nèi)踝時(shí)的情況,記錄骨折移位程度及骨質(zhì)應(yīng)力分布情況。分別用5.7Mp,3.9Mp,2.2Mp三個(gè)點(diǎn)來(lái)劃分不同骨密度下松質(zhì)骨的屈服強(qiáng)度,從應(yīng)力云圖上判斷骨質(zhì)切割情況。結(jié)果:1位移情況:同種模型,當(dāng)負(fù)荷逐漸增大時(shí),骨折最大位移逐漸增大。同種負(fù)荷,當(dāng)骨折角度逐漸增大時(shí),骨折最大位移也逐漸增大。當(dāng)剪切負(fù)荷為200N及300N時(shí),90°內(nèi)踝骨折模型最大位移超過(guò)了2mm。2應(yīng)力分布情況:空心釘螺紋與松質(zhì)骨接觸區(qū)為應(yīng)力集中區(qū)域之一。將三種剪切負(fù)荷加載于90°內(nèi)踝骨折模型,螺紋區(qū)域一定范圍的松質(zhì)骨所受應(yīng)力超過(guò)5.7Mp(正常骨量松質(zhì)骨的屈服強(qiáng)度),提示骨小梁發(fā)生屈服形變,空心螺釘尾部把持力降低,內(nèi)固定失穩(wěn)。結(jié)論:1采用空心螺釘固定內(nèi)踝剪切型骨折在一定負(fù)重范圍內(nèi)均能達(dá)到固定要求;但角度越大,骨折移位程度越明顯;建議垂直型內(nèi)踝骨折采用抗滑鋼板固定。2使用空心釘固定內(nèi)踝剪切型骨折,當(dāng)距骨擠壓內(nèi)踝時(shí),空心釘螺紋與松質(zhì)骨接觸區(qū)為應(yīng)力集中區(qū)域之一,對(duì)于骨質(zhì)疏松患者其骨質(zhì)屈服強(qiáng)度均低于正常成人,單純空心螺釘固定,容易在應(yīng)力集中區(qū)域發(fā)生切割導(dǎo)致內(nèi)固定失敗,建議抗滑鋼板固定。3垂直型內(nèi)踝骨折患者早期功能鍛煉時(shí)應(yīng)盡量在矢狀面上進(jìn)行踝關(guān)節(jié)屈伸鍛煉,避免過(guò)早內(nèi)翻旋轉(zhuǎn)動(dòng)作,導(dǎo)致距骨擠壓內(nèi)踝,引發(fā)骨折剪切移位。4通過(guò)三維有限元技術(shù)建立內(nèi)踝骨折模型,不同實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)模型進(jìn)行仿真骨科生物力學(xué)分析,操作簡(jiǎn)單,數(shù)據(jù)可靠,在某種程度上可與傳統(tǒng)的生物力學(xué)分析相互驗(yàn)證,互為補(bǔ)充,具有良好的發(fā)展前景。
【關(guān)鍵詞】：三維有限元分析 內(nèi)踝骨折 空心螺釘 生物力學(xué) 抗滑鋼板
【學(xué)位授予單位】：河北醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R687.3
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• 英文摘要6-9
• 前言9-10
• 材料與方法10-12
• 結(jié)果12-13
• 附圖13-21
• 附表21-22
• 討論22-27
• 結(jié)論27-28
• 參考文獻(xiàn)28-30
• 綜述 Pilon骨折治療進(jìn)展30-42
• 參考文獻(xiàn)37-42
• 致謝42-43
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷43

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：434771