基于3D打印联合有限元分析探究钢板固定不稳定型骨盆骨折的研究

发布时间：2020-10-15 08:17

　　通过检索多个数据库,并对大量文献进行查阅对骨盆骨折、固定器械、3D打印技术及使用材料以及有限元分析进行总结阐述,了解3D打印技术及有限元在骨盆骨折中的应用的同时,为后续的研究工作提供理论依据。目的:通过3D打印技术建立不稳定型骨盆骨折模型,模拟手术入路、预弯钢板、螺钉使用数量、长度、置钉角度等。方法:志愿者,张某,性别:女,年龄:45岁,高处坠落伤,经CT检查证实骨盆无畸形等病变。患者进行CT检查时,扫描的范围为骨盆坐骨结节至骨盆的髂脊最高点,扫描方向为头向足,将扫描的数据进行薄层重建,建立Dicom格式的文件,最后将数据刻盘导出。将导出的数据利用Mimics软件进行模拟复位,虚拟复位顺利,并模拟内固定的放置位置及螺钉的方向,在计算机上对患者进行术前模拟手术,首先对患者骨盆骨折块的复位方式、移动距离以及旋转角度进行仔细了解,在手术过程模拟骨折块的复位,提前对钢板提前进行预弯,设定螺钉的打入角度及数量,从而大大缩短手术时间,降低手术过程中产生的严重并发症。结果:建立3D不稳定型骨盆骨折模型,并模拟手术入路、预弯钢板、对螺钉的使用数量、长度以及放置角度均进行模拟。结论:本部分研究以医学影像数据做为依据,通过3D打印技术对不稳定骨盆骨折手术进行模拟,包括了解骨盆骨折类型,骨折偏离距离,并通过对3D骨盆骨折模型进行手术模拟,确定手术入路、螺钉数量、长度、置钉角度等。目的:对已完成的3D不稳定骨盆骨折修复模型进行有限元网格分析,对骨盆以及内固定器的材料属性进行设置,添加接触对。在有限元分析软件中设置载荷、约束、相互作用等条件,对采用钢板修复后的不稳定型骨折骨盆模型进行有限元分析,得到修复后的骨盆的应力、应变分布情况与位移分布情况。方法:对已完成的3D的不稳定骨盆骨折修复模型,进行有限元网格分析,对骨盆以及内固定器的材料属性进行设置,添加接触对。在有限元分析软件中设置载荷、约束、相互作用等条件,对钢板修复后的不稳定型骨折骨盆模型进行有限元分析,得到修复后骨盆的应力,应变分布及骨盆的位移情况。结果:对骨盆模型施加500N垂直作用力,骨盆模型所表现的应力分布并不对称,所受应力值为932.4MPa,骨盆模型最大应变值为0.0342mm,骨盆模型发生位移为1.532mm。结论:通过对修复后的骨盆的有限元模型进行分析,建立骨盆修复后的有限元模型。目的:采用普通钢板内固定方式对不稳定型骨盆骨折患者进行修复,对比3D打印技术辅助下钢板内固定技术的疗效。方法:回顾性分析2014年1月-2016年1月在我院骨科临床进行治疗且符合研究要求的不稳定型骨盆骨折患者30例,将30例患者按照治疗方法随机分为两组,即普通方式固定组(A组)与3D方式固定组(B组),A组患者采用单纯钢板内固定进行治疗,B组患者选择3D打印技术联合钢板内固定进行骨盆修复。患者分别于术后第3个月、第6个月、第12个月于专家门诊复查X线片,骨折达到骨性愈合后方可下地行走活动。对患者进行1-3年随访,记录患者的恢复情况以及并发症发生情况。记录两组患者的手术过程中的各项指标以及术后随访过程中患者的恢复指标。实验数据使用SPSS 19.0统计学软件处理。结果:A组手术时间、出血量、切口长度、透视时间均显著大于B组(P0.05)。A组患者Majeed评价优良率显著小于B组患者(P0.05)。两组患者均获得随访。A组患者骨折愈合时间、随访时间、自由活动时间均显著大于B组(P0.05),而A组患者的Matta评价优良率则显著低于B组患者(P0.05)。两组患者均未发生大血管或神经损伤,术后未出现内固定松动、松动或者断裂的情况。A组患者有1发生术后切口感染,经反复换药后伤口愈合。B组则无患者发生创口感染。经比较两组患者发生并发症概率不存在显著性差异(p0.05)。结论:采用3D打印技术联合钢板内固定对骨盆骨折患者进行治疗,所获得的的效果优于单独使用钢板内固定的治疗效果。手术操作时间、术中出血量明显减少,值得在临床上推广。目的:对第四部分研究中的内固定治疗后的两组患者的骨盆模型有限元分析,验证和评估3D打印钢板的使用设计的生物力学性能优势。方法:对第四部分研究中的两组患者进行有限元分析。具体方法同第三部分。结果:对两组患者的骨盆进行三维有限元分析,对两组研究者的骨盆模型进行双侧髋臼约束,并施加500N的垂直作用力于骨盆模型骶骨上方。两组不稳定骨盆骨折模型所受应力分布并不完全对称,钢板固定侧应力明显大于健侧,两组患者应力分布不均出现在骨折处、钢板折弯处及螺钉与钢板的接触部位,其中采用单纯钢板内固定技术固定的骨盆模型应力分布不对称的程度明显大于使用3D打印骨盆模型患者。普通组患者骨盆模型得应变值为(0.0536±0.0013)mm,3D组患者应变值为(0.0343±0.0012)mm。模拟正常人的体重,在骨盆模型上方加载同样负荷,发现两志愿者骨盆模型均发生位移变化,普通钢板固定组患者骨盆模型位移变化为(6.782±0.011)mm,3D组患者骨盆模型位移变化为(2.533±0.013)mm。结论:通过三维有限元法对修复后得骨盆进行分析,模拟正常成人的体重进行加载、计算、分析。最终证实3D打印技术辅助钢板内固定的模型的稳定性优于单纯使用钢板内固定得骨盆模型,证实了 3D打印技术得可靠性。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R687.3
【部分图文】：

骨盆骨折,工具

将导出的数据利用Ｍｉｍｉｃｓ软件进行模拟复位，虚拟复位顺利，并模拟内固??定的放置位置及螺钉的方向，在计算机上对患者进行术前模拟手术，首先对患者??骨盆骨折块的复位方式（图２－１，图２－２））、移动距离以及旋转角度进行仔细了解，??在手术过程模拟骨折块的复位，提前对钢板提前进行预弯（图２－３），设定螺钉的??打入角度及数量（图２－４，图２－５，图２－６），从而大大缩短手术时间，降低手术过??程中产生的严重并发症。??ｋ賴??ＨＨＩＨｆａｆｌ??图２－１运用分割工具对骨盆骨折的不同骨折块进行分割??１９??

方向图,螺钉,骨盆骨折,模拟功能