动力化前路方形区钛板螺钉系统治疗伴有对侧骨盆前环不稳的髋臼双柱骨折有限元分析
发布时间：2019-09-27 00:49
【摘要】：骨盆髋臼骨折大多为高能量损伤所致,而且随着现代化建设的发展,骨盆髋臼骨折的发病率呈逐年增高趋势,非手术治疗具有很高的病死率和远期病残率。近年来随着开放复位内固定技术的不断成熟及学界对手术治疗的认可,骨盆髋臼骨折的救治率不断提高。由于髋臼骨折解剖部位深在,周围解剖结构复杂,骨盆髋臼生物力学结构特殊且骨折形式多样,给临床手术复位及内固定治疗带来一定困难,目前临床上也出现了多种可用于骨盆髋臼骨折的内固定方式及技术。临床上采取单一入路进行简单、直接、安全而有效的内固定方法一直是骨科治疗髋臼骨折追求的目标,我科在这方面也进行了有效的尝试。我科创新性研制了一种动力化前路方形区钛板螺钉系统(DAPSQ,特殊塑形重建钛板),利用其联合方形区螺钉并采用经前方髂腹股沟入路进行部分经骨表面内固定治疗涉及方形区的复杂髋臼骨折(包括以前柱损伤为主的双柱骨折、向前移位的横行骨折、部分前柱合并后半横形骨折及部分“T”形骨折),临床疗效满意,螺钉无进入髋关节之虞,安全性极高。但是我们在临床应用该内固定系统时尚存在一些限制和困惑,如伴有对侧骨盆前环不稳的波及髋臼双柱的骨折,单纯采用该内固定系统较难起到稳定骨折的作用,反而需要先固定对侧骨盆前环,而后采用该固定系统,相关力学性能及原理尚不清楚。为进一步研究该内固定系统的力学性能及提高临床应用该内固定系统治疗骨盆髋臼骨折的疗效,本研究特选择髋臼双柱骨折伴对侧耻骨上下支骨折的骨折类型作为波及双柱的复杂髋臼骨折伴对侧骨盆前环不稳这类骨折的代表,采用有限元模拟实验对该种内固定固定后骨折的生物力学稳定性进行应力加载并计算分析,探讨该种内固定系统的力学原理,以期进一步为临床应用及内固定系统的进一步优化设计提供理论指导。此外,本文亦对临床上这类骨折采用该种内固定的患者进行随访观察,进一步评价其临床疗效。第一章 站立位正常人体骨盆三维六面体网格有限元模型的建立及有效性验证目的利用有限元技术,建立正常人体站立位骨盆三维有限元模型并进行有效性验证,以期应用于临床相关生物力学研究。方法选取一名健康成年男性志愿者,采用16排螺旋CT对其骨盆(从第5腰椎至股骨上1/3)进行0.5m薄层扫描,获得全骨盆体层图像数据并以Dicom格式保存光盘,将数据导入Mimics10.01软件,进行图片数据配准及骨盆三维几何模型重建,利用ICEM软件对骨盆三维重建模型进行六面体网格划分。再运用Hypermesh V10.0调整网格质量,加载韧带,初步建立骨盆三维六面体单元有限元模型,将数据导入有限元软件ABAQUS 6.12进行骨盆三维运动的计算分析。以第1骶骨顶部上终板正中央为标准水平,对坐骨结节进行约束,限制其6个方向的自由度。加载600N的生理应力,模拟站位骨盆应力变化并与体外实验及其它模型文献数据进行有效性验证；结果建立了具有详细解剖结构及韧带的全骨盆三维非线性六面体有限元模型,整个模型共86444个单元和88388个节点,模型在应力载荷下的特征部位应力、应变基本能反映骨盆特有的力学机构,计算结果与国内外文献报道的相近；结论建立的正常人体三维六面体有限元模型具有较高的真实性,能够较客观的反映正常人体骨盆的解剖结构及力学特性,可应用于相关的临床生物力学研究。第二章 动力化前路方形区钛板螺钉系统(DAPSQ)固定伴有对侧骨盆前环不稳的髋臼双柱骨折的站位有限元分析目的利用有限元技术探讨当对侧骨盆前环不稳时,动力化前路方形区钛板螺钉系统(DAPSQ)内固定治疗髋臼双柱骨折的生物力学稳定性。方法利用已建立并进行有效性验证的正常人体站立位骨盆有限元模型,根据临床上髋臼骨折的Judet-Letournel分型,模拟单纯髋臼双柱骨折及伴对侧耻骨上下支骨折的髋臼双柱骨折模型,然后再根据临床上应用的动力化前路方形区钛板螺钉系统(DAPSQ)对骨折模型进行模拟临床试验,对侧耻骨上支采用钛板固定,建立三种骨折内固定模型：A:DAPSQ联合方形区螺钉固定右侧髋臼双柱骨折模型,左侧耻骨支完整,B:DAPSQ联合方形区螺钉固定右侧髋臼双柱骨折模型,左侧耻骨上下支骨折但不予固定,C:DAPSQ联合方形区螺钉固定右侧双柱骨折模型,左侧耻骨上下支骨折,但耻骨上支采用钛板固定。限制各模型的三维自由度,加载生理载荷后进行有限元计算,分析比较各内固定模型骨折端的位移及应力分布情况并进行比较分析。结果通过对A、B、C三组骨折模型的髋臼横向、纵向位移及应力云图分析与比较后发现,C组在骨盆环稳定时采用DAPSQ固定模型的横向及纵向位移小,符合复位标准,应力分布均匀,无明显高度集中现象。骨折线上的横向及纵向位移呈现BCA。结论在应用DAPSQ固定髋臼双柱骨折时,该内固定系统发挥扭矩作用需要对侧骨盆反作用力支撑,只有在确保对侧骨盆前环的稳定前提下,DAPSQ才能提供有效可靠的扭矩弹性固定。
【图文】：
将所得到的的志愿者骨盆段ＣＴ扫描数据ＷＤＩＣＯＭ文件格式输入医学有限元逡逑软件Ｍｉｍｉｃｓ邋１０．邋０１邋（比利时Ｍａｔｅｒｉａｌｉｓｅ公司开发，Ｖ１０．日１版），根据ＣＴ断层图逡逑片（图１）中不同组织具有不同的灰度值区，预先设置的骨骼ＣＴ值范围１４８－１８化册逡逑建立涂层，化ｍｉｃｓ软件通过不同的阔值来提取相应的组织，将连续的断层切片逡逑转换为连续断层数字图像并且对这些数字图像进行叠加配准，保证每幅断层图逡逑形能够真实地保留原始切片的信息数据，从而反映人体骨盆的真实结构。基于逡逑断层数字图像的灰白度不同建立徐层，然后利用Ｍｉｍｉｃｓ软件自带的ａｍｅｎｄ／ｅｒａｅｒ逡逑工具对涂层进行修改，将最后的涂层レッ蒙板形式保存。将所得到的骨盆Ｈ维几逡逑何模型数据（图２）导入ＡＮＳＹＳ邋１２．０软件下属的ＩＣＥＭ邋Ｃ即功能软件，利用其自逡逑带的ＩＣＥＭ模块软件对几何模型进行手工六面体网格划分，初步得到骨盆骨性Ｈ逡逑维六面体网格单元有限元模型。逡逑由于六面体网格属于非线性单元
断层数字图像的灰白度不同建立徐层，然后利用Ｍｉｍｉｃｓ软件自带的ａｍｅｎｄ／ｅｒａｅｒ逡逑工具对涂层进行修改，将最后的涂层レッ蒙板形式保存。将所得到的骨盆Ｈ维几逡逑何模型数据（图２）导入ＡＮＳＹＳ邋１２．０软件下属的ＩＣＥＭ邋Ｃ即功能软件，利用其自逡逑带的ＩＣＥＭ模块软件对几何模型进行手工六面体网格划分，初步得到骨盆骨性Ｈ逡逑维六面体网格单元有限元模型。逡逑由于六面体网格属于非线性单元，，为保证网格的精度与有限元计算的收敛逡逑性，骨骼的＂Ｈ明治＂结构决定我们在对皮质骨、松质骨网格划分时要分开进逡逑行。先对骨盆松质fI部分进行六面体网格划分，然后在松质骨上、下表面分别逡逑抽出层厚为１．５邋ｍｍ的实体网格来模拟内、外皮质骨Ｗ。逡逑基于骨盆结构的复杂性、不规则性及对称性，为节省工作量及初期建模时逡逑间，我们采用栅格六面体网格与映射网格两种方法。具体操作如下：骨盆凡何逡逑模型导入ＩＣＥＭ—一ＩＣＥＭ对几何模型的优化处理修改——设置网格的尺寸及类型逡逑一一自动生成面、体网格一一ＡＮＳＹＳ邋１２．０对网格自动修复、优化——使之能够逡逑更好地模c浌桥璧牧ρ匦浴ｅ义洗蟛糠盅д呷衔嫣逋竦募扑憔纫庞谒拿嫣逋袂彝窕皱义希跺义
本文编号：2542397
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断层数字图像的灰白度不同建立徐层，然后利用Ｍｉｍｉｃｓ软件自带的ａｍｅｎｄ／ｅｒａｅｒ逡逑工具对涂层进行修改，将最后的涂层レッ蒙板形式保存。将所得到的骨盆Ｈ维几逡逑何模型数据（图２）导入ＡＮＳＹＳ邋１２．０软件下属的ＩＣＥＭ邋Ｃ即功能软件，利用其自逡逑带的ＩＣＥＭ模块软件对几何模型进行手工六面体网格划分，初步得到骨盆骨性Ｈ逡逑维六面体网格单元有限元模型。逡逑由于六面体网格属于非线性单元，，为保证网格的精度与有限元计算的收敛逡逑性，骨骼的＂Ｈ明治＂结构决定我们在对皮质骨、松质骨网格划分时要分开进逡逑行。先对骨盆松质fI部分进行六面体网格划分，然后在松质骨上、下表面分别逡逑抽出层厚为１．５邋ｍｍ的实体网格来模拟内、外皮质骨Ｗ。逡逑基于骨盆结构的复杂性、不规则性及对称性，为节省工作量及初期建模时逡逑间，我们采用栅格六面体网格与映射网格两种方法。具体操作如下：骨盆凡何逡逑模型导入ＩＣＥＭ—一ＩＣＥＭ对几何模型的优化处理修改——设置网格的尺寸及类型逡逑一一自动生成面、体网格一一ＡＮＳＹＳ邋１２．０对网格自动修复、优化——使之能够逡逑更好地模c浌桥璧牧ρ匦浴ｅ义洗蟛糠盅д呷衔嫣逋竦募扑憔纫庞谒拿嫣逋袂彝窕皱义希跺义
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