跟骨關(guān)節(jié)內(nèi)骨折不同固定方式有限元分析與載距突螺釘導(dǎo)向器研制.pdf

1、本文分為以下幾個(gè)部分進(jìn)行探討：
　　第一部分 成人正常跟骨三維有限元模型的構(gòu)建及有效性驗(yàn)證
　　目的:
　　構(gòu)建成人正常跟骨有限元模型，分析成人正常跟骨應(yīng)力分布，并進(jìn)行有效性驗(yàn)證，為下一步研究提供基礎(chǔ)。
　　方法:
　　利用足踝部正常跟骨的二維連續(xù)斷層CT數(shù)據(jù)，通過Mimics14.0軟件、GeomagicStudio2012軟件、Solidworks2013軟件以及ANSYS14.0軟件構(gòu)建跟骨的三維有限

2、元模型，并分析正常跟骨的應(yīng)力分布情況，并回顧以往文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)果和臨床觀察現(xiàn)象對模型進(jìn)行有效性驗(yàn)證。
　　結(jié)果:
　　跟骨結(jié)節(jié)周圍附近、跟骨后距關(guān)節(jié)面處、載距突、前距關(guān)節(jié)面內(nèi)側(cè)為主要應(yīng)力集中區(qū)域。后距關(guān)節(jié)面至跟骨結(jié)節(jié)前方形成次級應(yīng)力帶，該應(yīng)力帶經(jīng)載距突側(cè)方下行至于跟骨底部后1/3。跟骨外側(cè)應(yīng)力值分布明顯低于內(nèi)側(cè)應(yīng)力值，外側(cè)中心區(qū)域（跟骨中央三角）廣泛性應(yīng)力值偏低。Gissane's角處達(dá)到高應(yīng)力值，對載荷的支撐與傳導(dǎo)起到了樞紐作

3、用。跟骨底部后1/3為應(yīng)力相對稍高分布，應(yīng)力集中區(qū)主要沿內(nèi)側(cè)分布。
　　結(jié)論:
　　成功建立跟骨三維有限元模型，并分析跟骨在中立位垂直載荷下跟骨應(yīng)力分布情況。通過與先前實(shí)驗(yàn)和臨床數(shù)據(jù)相對照，本模型不僅具有正常跟骨解剖形態(tài)，同時(shí)還能較為準(zhǔn)確得到正常成人跟骨中立位應(yīng)力分布情況，在某種意義上已經(jīng)非常接近人體跟骨的實(shí)際力學(xué)特性，為下一步跟骨骨折不同固定方式生物力學(xué)特性的分析和研究提供了科學(xué)依據(jù)。
　　第二部分 鎖定與非鎖定鋼板

4、固定SandersⅡ、Ⅲ型跟骨骨折的有限元分析
　　目的:
　　通過三維有限元法對鎖定鋼板與非鎖定鋼板固定SandersⅡ、Ⅲ型跟骨骨折的生物力學(xué)特性進(jìn)行比較。
　　方法:
　　通過Solidworks2013軟件構(gòu)建SandersⅡ、Ⅲ型跟骨骨折和鋼板螺釘實(shí)體模型，建立鋼板螺釘固定SandersⅡ、Ⅲ型跟骨骨折有限元模型，在ANSYS設(shè)置參數(shù)模擬鎖定與非鎖定固定，并對固定模型施加軸向負(fù)荷，評估骨折線之間位移、跟

5、骨骨折塊應(yīng)力、鋼板螺釘應(yīng)力與位移。
　　結(jié)果:
　　兩種骨折固定模型距下關(guān)節(jié)面外側(cè)或中間骨折塊位移峰值位于骨折線處，位移分布向內(nèi)側(cè)呈階梯狀逐漸增大，內(nèi)側(cè)骨折塊（載距突骨折塊）達(dá)到峰值。兩種骨折模型鎖定與非鎖定固定骨折線處最大位移均位于距下關(guān)節(jié)面，位移峰值未見明顯改變(SandersⅡ:鎖定0.103mm，非鎖定0.111mm.SandersⅢ:鎖定0.151mm，非鎖定0.163mm)，且均小于1mm（跟骨關(guān)節(jié)內(nèi)骨折手術(shù)指征

6、的骨折線分離或移位≥1mm的標(biāo)準(zhǔn)）。兩種骨折模型鎖定與非鎖定固定跟骨應(yīng)力峰值均位于后側(cè)骨折塊跟骨結(jié)節(jié)周圍附近，應(yīng)力峰值未見明顯改變（SandersⅡ:鎖定61.244Mpa，非鎖定61.43Mpa.SandersⅢ:鎖定87.858Mpa，非鎖定83.017Mpa），均小于骨屈服強(qiáng)度95Mpa。距下關(guān)節(jié)面骨折塊應(yīng)力分布從外側(cè)向內(nèi)側(cè)呈階梯狀逐漸增大，內(nèi)側(cè)骨折塊載距突螺釘孔處達(dá)到峰值。兩種骨折模型內(nèi)固定系統(tǒng)應(yīng)力峰值均位于鋼板中后部，位移峰值

7、均位于載距突螺釘遠(yuǎn)端，應(yīng)力峰值鎖定與非鎖定固定未見明顯改變(SandersⅡ:鎖定157.57Mpa，非鎖定155.37Mpa.SandersⅢ:鎖定190.37Mpa，非鎖定170.75Mpa)，且應(yīng)力峰值均小于內(nèi)固定屈服強(qiáng)度225Mpa。
　　結(jié)論:
　　本研究通過有限元分析表明，固定SandersⅡ、Ⅲ跟骨骨折并未發(fā)現(xiàn)鎖定鋼板相對于非鎖定鋼板有著明顯優(yōu)勢，兩者有著等同的力學(xué)特性。
　　第三部分 鎖定鋼板雙皮質(zhì)與單

8、皮質(zhì)固定SandersⅡ、Ⅲ型跟骨骨折的有限元分析
　　目的:
　　通過三維有限元法對鎖定鋼板雙皮質(zhì)與鎖定鋼板單皮質(zhì)固定SandersⅡ、Ⅲ型跟骨骨折的生物力學(xué)特性進(jìn)行比較，并探討其臨床意義
　　方法:
　　通過Solidworks2013軟件建立鎖定鋼板雙皮質(zhì)與單皮質(zhì)固定SandersⅡ、Ⅲ型跟骨骨折實(shí)體模型，建立鋼板螺釘固定SandersⅡ、Ⅲ型跟骨骨折有限元模型，對固定模型施加軸向負(fù)荷，評估骨折線之間位移、

9、跟骨骨折塊應(yīng)力、鋼板螺釘應(yīng)力與位移。
　　結(jié)果:
　　兩種骨折模型距下關(guān)節(jié)外側(cè)或中間骨折塊位移峰值位于骨折線上，位移分布向內(nèi)側(cè)呈階梯狀逐漸增大，內(nèi)側(cè)骨折塊（載距突骨折塊）達(dá)到峰值，兩種骨折模型鎖定鋼板雙皮質(zhì)與單皮質(zhì)固定骨折線處最大位移均位于距下關(guān)節(jié)面，位移峰值未見明顯改變(SandersⅡ:雙皮質(zhì)0.103mm，單皮質(zhì)0.108mm.SandersⅢ:雙皮質(zhì)0.151mm，單皮質(zhì)0.178mm)，且均小于1mm(跟骨關(guān)節(jié)內(nèi)骨

10、折手術(shù)指征的骨折線分離或移位≥1mm的標(biāo)準(zhǔn))。
　　結(jié)論:
　　鎖定鋼板單皮質(zhì)與雙皮質(zhì)固定SandersⅡ型骨折有著等同的力學(xué)特性，單皮質(zhì)有著臨床應(yīng)用價(jià)值，而雙皮質(zhì)固定SandersⅢ型骨折力學(xué)特性明顯優(yōu)于單皮質(zhì)固定。
　　第四部分 鎖定鋼板內(nèi)置與外置固定SandersⅡ、Ⅲ型跟骨骨折的有限元分析
　　目的:
　　通過三維有限元法對鎖定鋼板內(nèi)置與外置固定SandersⅡ、Ⅲ型跟骨骨折的生物力學(xué)特性進(jìn)行比較，

11、并探討其臨床意義。
　　方法:
　　通過Solidworks2013軟件建立鎖定鋼板內(nèi)置與外置固定SandersⅡ、Ⅲ型跟骨骨折實(shí)體模型，建立鋼板螺釘固定SandersⅡ、Ⅲ型跟骨骨折有限元模型，對固定模型施加軸向負(fù)荷，評估骨折線之間位移、跟骨骨折塊應(yīng)力、鋼板螺釘應(yīng)力與位移。
　　結(jié)果:
　　兩種骨折模型距下關(guān)節(jié)外側(cè)或中間骨折塊位移峰值位于骨折線上，位移分布向內(nèi)側(cè)呈階梯狀逐漸增大，內(nèi)側(cè)骨折塊（載距突骨折塊）達(dá)到最

12、大值，兩種模型內(nèi)外置固定骨折線處最大位移均位于距下關(guān)節(jié)面，位移峰值未見明顯改變(SandersⅡ:內(nèi)置0.103mm，外置0.126mm.SandersⅢ:內(nèi)置0.151mm，外置0.178mm)，且均小于1mm（跟骨關(guān)節(jié)內(nèi)骨折手術(shù)指征的骨折線分離或移位≥1mm的標(biāo)準(zhǔn)）。
　　結(jié)論:
　　鎖定鋼板外置有著潛在的臨床應(yīng)用價(jià)值，但適用于跟骨簡單骨折如SandersⅡ型跟骨骨折。
　　第五部分 微創(chuàng)固定技術(shù)治療Sanders

13、Ⅱ型跟骨骨折的有限元分析
　　目的:
　　通過三維有限元法對常規(guī)鎖定鋼板固定、經(jīng)皮骨水泥成形固定、經(jīng)皮螺釘固定、微型鎖定鋼板固定SandersⅡ型跟骨骨折的生物力學(xué)特性進(jìn)行比較，探討其臨床意義，并論述祖國醫(yī)學(xué)“筋骨并重”理念與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)微創(chuàng)理念相互關(guān)系。
　　方法:
　　建立常規(guī)鎖定鋼板固定、經(jīng)皮骨水泥成形固定、經(jīng)皮螺釘固定、微型鎖定鋼板固定SandersⅡ型跟骨骨折有限元模型，對固定模型施加軸向負(fù)荷，評估骨折線之

14、間位移、跟骨骨折塊應(yīng)力、鋼板螺釘應(yīng)力與位移。
　　結(jié)果:
　　兩種骨折模型距下關(guān)節(jié)外側(cè)骨折塊位移峰值均位于骨折線處，位移分布向內(nèi)側(cè)呈階梯狀逐漸增大，內(nèi)側(cè)骨折塊（載距突骨折塊）達(dá)到最大值，四種固定模型骨折線處位移峰值均位于距下關(guān)節(jié)面，位移峰值未見明顯改變(常規(guī)鎖定鋼板0.103mm、骨水泥成形0.14mm、經(jīng)皮螺釘0.108mm、微型鎖定鋼板0.061mm)，且均小于1mm（跟骨關(guān)節(jié)內(nèi)骨折手術(shù)指征的骨折線分離或移位≥1 mm的

15、標(biāo)準(zhǔn)）。
　　結(jié)論:
　　“筋骨并重”理念與微創(chuàng)理念高度統(tǒng)一。微創(chuàng)骨水泥成形固定跟骨關(guān)節(jié)內(nèi)骨折出現(xiàn)跟骨應(yīng)力明顯集中，距下關(guān)節(jié)面塌陷畸形愈合風(fēng)險(xiǎn)明顯增加。微型鎖定鋼板和經(jīng)皮螺釘固定有著與常規(guī)鎖定鋼板固定有著等同的力學(xué)特性，前兩者在臨床有著潛在的應(yīng)用價(jià)值，微型跟骨鎖定鋼板尚有待進(jìn)一步研發(fā)。
　　第六部分 自行研制的載距突螺釘導(dǎo)向器輔助置釘準(zhǔn)確性評價(jià)
　　目的:
　　設(shè)計(jì)一種載距突螺釘導(dǎo)向器并制成實(shí)物，從標(biāo)本實(shí)驗(yàn)

16、研究和臨床試驗(yàn)評估其輔助載距突螺釘置釘準(zhǔn)確性，并討論祖國醫(yī)學(xué)“三期辨證”施治對骨折愈合的意義。
　　方法:
　　設(shè)計(jì)一種輔助載距突螺釘置釘?shù)膶?dǎo)向器，并制成實(shí)物。1例足部標(biāo)本在導(dǎo)向器輔助下置入3支1.5mm克氏針到載距突。2014年6月至2015年10月收治的50例跟骨骨折患者資料，依據(jù)跟骨關(guān)節(jié)內(nèi)骨折固定有無使用的載距突螺釘導(dǎo)向器隨機(jī)分為兩組:A組，徒手組(21例25足);B組，導(dǎo)向器組(21例25足)，術(shù)后兩組均按照祖國醫(yī)學(xué)

17、損傷“三期辨證”原則中藥口服。納入研究的兩組患者各項(xiàng)基本資料比較差異無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p＞0.05)，具有可比較性。比較兩組患者的手術(shù)時(shí)間、術(shù)中透視次數(shù)、術(shù)后載距突螺釘置入精確率、術(shù)前術(shù)后跟骨Bohler's角和Gissane's角、術(shù)后骨折愈合時(shí)間、AOFAS足部評分。
　　結(jié)果:
　　成功制作出載距突螺釘向器實(shí)體，導(dǎo)向器輔助下3支1.5mm克氏針置入1具足部標(biāo)本，CT掃描未見克氏針進(jìn)入關(guān)節(jié)內(nèi)，2支克氏針置入到載距突內(nèi)，1