肱骨遠端后外側(cè)雙柱內(nèi)固定系統(tǒng)的設(shè)計及有限元力學(xué)分析.pdf

1、目的：通對成人肱骨遠端三維CT測量，探討并設(shè)計肱骨遠端后外側(cè)雙柱內(nèi)固定系統(tǒng)，并將設(shè)計結(jié)果建立數(shù)字模型、應(yīng)用有限元生物力學(xué)分析，評價其力學(xué)特性，為肱骨遠端骨折內(nèi)固定的改進設(shè)計以及臨床應(yīng)用提供理論依據(jù)。
　　方法：選擇一名35歲漢族健康男性志愿者，身高172cm，體重68Kg，首先行X線檢查，排除其左肘關(guān)節(jié)存在創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎、骨質(zhì)疏松、骨腫瘤及骨折等疾患，選用本院CT為PHILIPS公司的64排螺旋CT掃描，掃描數(shù)據(jù)按順序以DICOM3

2、.0文件格式直接處理及保存在CT工作站中，由MIMICS軟件讀取，并應(yīng)用相關(guān)有限元分析軟件，建立成人肱骨遠端關(guān)節(jié)外骨折（肱骨髁上橫行骨折）模型，分別予AO的肱骨遠端外側(cè)帶側(cè)翼鎖定鋼板與新設(shè)計肱骨遠端后外側(cè)雙柱固定鎖定接骨板方法固定，同時建立肱骨遠端髁間“Y”形骨折的理想有限元模型，予AO公司的肱骨遠端內(nèi)側(cè)、后外側(cè)帶側(cè)翼的鎖定雙鋼板固定與新設(shè)計肱骨遠端后外側(cè)雙柱固定鎖定接骨板方法固定，電腦模擬對肱骨遠端施加250N軸向壓力、10Nm的的折

3、彎力，以及7.5Nm的內(nèi)、外旋扭力負荷時，對肱骨遠端完整的應(yīng)力分布，應(yīng)力集中部位、固定骨折模型加載后肱骨遠端整體最大應(yīng)力值、固定骨折模型加載后各骨折塊最大位移值等方面進行分析。
　　結(jié)果：
　　1.利用有限元方法成功建立了“成人肱骨髁上橫行骨折”的理想有限元模型，通過新設(shè)計的肱骨遠端后外側(cè)雙柱固定鎖定接骨板與AO公司的肱骨遠端外側(cè)帶側(cè)翼鋼板固定模型上的應(yīng)力分布及骨折塊位移的對比分析:在肱骨遠端模型施加250N軸向壓力、10N

4、m的折彎力負荷時，AO肱骨遠端外側(cè)帶側(cè)翼鎖定鋼板局部最大應(yīng)力接近其材料的屈服應(yīng)力，分別達到了743.29MPa和654.28MPa，而在7.5Nm的內(nèi)、外旋扭力負荷時，在AO肱骨遠端外側(cè)帶側(cè)翼鋼板骨折端周圍的應(yīng)力集中，超過了其屈服應(yīng)力，失去了對骨折塊的固定作用，骨折塊位移嚴重，內(nèi)固定失敗。相比，應(yīng)用新設(shè)計的肱骨遠端后外側(cè)雙柱固定鎖定接骨板固定時，骨折端周圍鋼板上的最大應(yīng)力為37.50MPa和302.86MPa，而在7.5Nm的內(nèi)、外旋扭

5、力負荷時，最大應(yīng)力位于肱骨遠端骨折周圍外側(cè)固定鋼板上，均為169.8MPa，而靠近肱骨干端的骨折塊的最大移位均為0.32mm，骨折塊固定穩(wěn)定，內(nèi)固定選擇是合適的。
　　2.利用有限元方法建立了肱骨遠端髁間“Y”形骨折的理想有限元模型，施加前述相同的負荷下，通過新設(shè)計的肱骨遠端后外側(cè)雙柱固定鎖定接骨板與AO肱骨遠端內(nèi)、外側(cè)雙鋼板固定固定模型上的應(yīng)力分布及骨折塊位移進行對比分析:在肱骨遠端模型施加250N軸向壓力負荷時，應(yīng)用AO公司肱

6、骨遠端雙鋼板固定時，肱骨遠端內(nèi)側(cè)鋼板最大應(yīng)力達到了107.58MPa，靠近肱骨干端的骨折塊最大移位為0.33mm;然而，新型鋼板其最大應(yīng)力位于外側(cè)柱骨折處周圍的鋼板上，其值為42.35MPa，靠近肱骨干末端的骨折塊最大移位為0.07mm，較前者固定穩(wěn)定;在肱骨遠端模型施加10Nm的的折彎力負荷時，新型鋼板與AO雙鋼板的表現(xiàn)相當，前者最大應(yīng)力為377.25 MPa，骨折塊最大移位為0.68mm，而后則最大應(yīng)力為358.31MPa，骨折塊最

7、大移位為0.55;而在肱骨遠端施加7.5Nm的內(nèi)、外旋扭力負荷時，新型鋼板的抗旋轉(zhuǎn)能力強于雙鋼板固定，前者最大應(yīng)力為153.29MPa，而后者為597.18MPa，骨折移位前者為0.34mm，后者為1.62mm。顯然，AO雙鋼板正交固定肱骨遠端骨折是可取的，然而新型鋼板在肱骨遠端“Y”形髁間骨折抗旋轉(zhuǎn)實驗中表現(xiàn)較好。
　　結(jié)論：
　　1.根據(jù)肱骨遠端的解剖特點，運用鎖定鋼板的角固定理念，所設(shè)計的肱骨遠端內(nèi)側(cè)柱置入直徑5mm螺

8、釘?shù)慕M合式肱骨遠端外側(cè)柱鎖定鋼板，通過有限元分析研究發(fā)現(xiàn):在相同的載荷條件下，這個新設(shè)計的肱骨遠端后外側(cè)雙柱鎖定鋼板在肱骨遠端關(guān)節(jié)外骨折的固定效果優(yōu)于“AO”肱骨遠端后外側(cè)帶側(cè)翼的鎖定鋼板;同時新設(shè)計的肱骨遠端后外側(cè)雙柱鎖定鋼板在肱骨遠端“Y”形髁間骨折的應(yīng)用中力學(xué)表現(xiàn)與AO肱骨遠端后外側(cè)帶側(cè)翼鋼板聯(lián)合內(nèi)側(cè)鋼板的雙鎖定鋼板的固定方式比較，同樣表現(xiàn)優(yōu)異，能適合肱骨遠端簡單關(guān)節(jié)內(nèi)骨折的固定要求;
　　2.結(jié)合目前的臨床研究，為了避免尺