跟骨關節(jié)內骨折不同固定方式有限元分析與載距突螺釘導向器研制.pdf

1、本文分為以下幾個部分進行探討：
　　第一部分 成人正常跟骨三維有限元模型的構建及有效性驗證
　　目的:
　　構建成人正常跟骨有限元模型，分析成人正常跟骨應力分布，并進行有效性驗證，為下一步研究提供基礎。
　　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軟件構建跟骨的三維有限

2、元模型，并分析正常跟骨的應力分布情況，并回顧以往文獻報道結果和臨床觀察現(xiàn)象對模型進行有效性驗證。
　　結果:
　　跟骨結節(jié)周圍附近、跟骨后距關節(jié)面處、載距突、前距關節(jié)面內側為主要應力集中區(qū)域。后距關節(jié)面至跟骨結節(jié)前方形成次級應力帶，該應力帶經載距突側方下行至于跟骨底部后1/3。跟骨外側應力值分布明顯低于內側應力值，外側中心區(qū)域（跟骨中央三角）廣泛性應力值偏低。Gissane's角處達到高應力值，對載荷的支撐與傳導起到了樞紐作

3、用。跟骨底部后1/3為應力相對稍高分布，應力集中區(qū)主要沿內側分布。
　　結論:
　　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力分布情況。通過與先前實驗和臨床數(shù)據(jù)相對照，本模型不僅具有正常跟骨解剖形態(tài)，同時還能較為準確得到正常成人跟骨中立位應力分布情況，在某種意義上已經非常接近人體跟骨的實際力學特性，為下一步跟骨骨折不同固定方式生物力學特性的分析和研究提供了科學依據(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特性進行比較。
　　方法:
　　通過Solidworks2013軟件構建SandersⅡ、Ⅲ型跟骨骨折和鋼板螺釘實體模型，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荷，評估骨折線之間位移、跟

5、骨骨折塊應力、鋼板螺釘應力與位移。
　　結果:
　　兩種骨折固定模型距下關節(jié)面外側或中間骨折塊位移峰值位于骨折線處，位移分布向內側呈階梯狀逐漸增大，內側骨折塊（載距突骨折塊）達到峰值。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（跟骨關節(jié)內骨折手術指征

6、的骨折線分離或移位≥1mm的標準）。兩種骨折模型鎖定與非鎖定固定跟骨應力峰值均位于后側骨折塊跟骨結節(jié)周圍附近，應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），均小于骨屈服強度95Mpa。距下關節(jié)面骨折塊應力分布從外側向內側呈階梯狀逐漸增大，內側骨折塊載距突螺釘孔處達到峰值。兩種骨折模型內固定系統(tǒng)應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端，應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)，且應力峰值均小于內固定屈服強度225Mpa。
　　結論:
　　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特性。
　　第三部分 鎖定鋼板雙皮質與單

8、皮質固定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與鎖定鋼板單皮質固定SandersⅡ、Ⅲ型跟骨骨折的生物力學特性進行比較，并探討其臨床意義
　　方法:
　　通過Solidworks2013軟件建立鎖定鋼板雙皮質與單皮質固定SandersⅡ、Ⅲ型跟骨骨折實體模型，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荷，評估骨折線之間位移、

9、跟骨骨折塊應力、鋼板螺釘應力與位移。
　　結果:
　　兩種骨折模型距下關節(jié)外側或中間骨折塊位移峰值位于骨折線上，位移分布向內側呈階梯狀逐漸增大，內側骨折塊（載距突骨折塊）達到峰值，兩種骨折模型鎖定鋼板雙皮質與單皮質固定骨折線處最大位移均位于距下關節(jié)面，位移峰值未見明顯改變(SandersⅡ:雙皮質0.103mm，單皮質0.108mm.SandersⅢ:雙皮質0.151mm，單皮質0.178mm)，且均小于1mm(跟骨關節(jié)內骨

10、折手術指征的骨折線分離或移位≥1mm的標準)。
　　結論:
　　鎖定鋼板單皮質與雙皮質固定SandersⅡ型骨折有著等同的力學特性，單皮質有著臨床應用價值，而雙皮質固定SandersⅢ型骨折力學特性明顯優(yōu)于單皮質固定。
　　第四部分 鎖定鋼板內置與外置固定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置與外置固定SandersⅡ、Ⅲ型跟骨骨折的生物力學特性進行比較，

11、并探討其臨床意義。
　　方法:
　　通過Solidworks2013軟件建立鎖定鋼板內置與外置固定SandersⅡ、Ⅲ型跟骨骨折實體模型，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荷，評估骨折線之間位移、跟骨骨折塊應力、鋼板螺釘應力與位移。
　　結果:
　　兩種骨折模型距下關節(jié)外側或中間骨折塊位移峰值位于骨折線上，位移分布向內側呈階梯狀逐漸增大，內側骨折塊（載距突骨折塊）達到最

12、大值，兩種模型內外置固定骨折線處最大位移均位于距下關節(jié)面，位移峰值未見明顯改變(SandersⅡ:內置0.103mm，外置0.126mm.SandersⅢ:內置0.151mm，外置0.178mm)，且均小于1mm（跟骨關節(jié)內骨折手術指征的骨折線分離或移位≥1mm的標準）。
　　結論:
　　鎖定鋼板外置有著潛在的臨床應用價值，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、經皮骨水泥成形固定、經皮螺釘固定、微型鎖定鋼板固定SandersⅡ型跟骨骨折的生物力學特性進行比較，探討其臨床意義，并論述祖國醫(yī)學“筋骨并重”理念與現(xiàn)代醫(yī)學微創(chuàng)理念相互關系。
　　方法:
　　建立常規(guī)鎖定鋼板固定、經皮骨水泥成形固定、經皮螺釘固定、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荷，評估骨折線之

14、間位移、跟骨骨折塊應力、鋼板螺釘應力與位移。
　　結果:
　　兩種骨折模型距下關節(jié)外側骨折塊位移峰值均位于骨折線處，位移分布向內側呈階梯狀逐漸增大，內側骨折塊（載距突骨折塊）達到最大值，四種固定模型骨折線處位移峰值均位于距下關節(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、經皮螺釘0.108mm、微型鎖定鋼板0.061mm)，且均小于1mm（跟骨關節(jié)內骨折手術指征的骨折線分離或移位≥1 mm的

15、標準）。
　　結論:
　　“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節(jié)內骨折出現(xiàn)跟骨應力明顯集中，距下關節(jié)面塌陷畸形愈合風險明顯增加。微型鎖定鋼板和經皮螺釘固定有著與常規(guī)鎖定鋼板固定有著等同的力學特性，前兩者在臨床有著潛在的應用價值，微型跟骨鎖定鋼板尚有待進一步研發(fā)。
　　第六部分 自行研制的載距突螺釘導向器輔助置釘準確性評價
　　目的:
　　設計一種載距突螺釘導向器并制成實物，從標本實驗

16、研究和臨床試驗評估其輔助載距突螺釘置釘準確性，并討論祖國醫(yī)學“三期辨證”施治對骨折愈合的意義。
　　方法:
　　設計一種輔助載距突螺釘置釘?shù)膶蚱?，并制成實物?例足部標本在導向器輔助下置入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)跟骨關節(jié)內骨折固定有無使用的載距突螺釘導向器隨機分為兩組:A組，徒手組(21例25足);B組，導向器組(21例25足)，術后兩組均按照祖國醫(yī)學

17、損傷“三期辨證”原則中藥口服。納入研究的兩組患者各項基本資料比較差異無明顯統(tǒng)計學意義(p＞0.05)，具有可比較性。比較兩組患者的手術時間、術中透視次數(shù)、術后載距突螺釘置入精確率、術前術后跟骨Bohler's角和Gissane's角、術后骨折愈合時間、AOFAS足部評分。
　　結果:
　　成功制作出載距突螺釘向器實體，導向器輔助下3支1.5mm克氏針置入1具足部標本，CT掃描未見克氏針進入關節(jié)內，2支克氏針置入到載距突內，1