微型外固定器和克氏针治疗男性骨骨折的有限元分析

微型外固定器和克氏针治疗男性骨骨折的有限元分析

0术中的应用皇家骨折首次被提出。这是继明永乐之后的第一次斜形骨折。这是关节内骨折。手术方法相对容易，但维持骨折复位并不容易。现在许多学者利用有限元法在计算机上模拟人体结构并赋予与真实结构相当的生物力学特性,既可反映模型的位移及其内部的应力信息,也可进行精确的定量分析及直观的定性研究,且重复性佳、可比性强,对于骨不同受力情况下的应力应变及位移研究具有其他方法无法替代的优势1建立有限元模型设计:三维有限元分析,单一样本观察。时间及地点:于2011-03/06在天津市天津医院中心实验室完成。材料:健康25岁男性患者自愿提供检测数据信息。硬件:计算机CPU:PentiumDual-coreT42002.0HG;512M独显;2GB内存。软件:Mimics、Geomagic、Ansys。实验方法:三维建模:于2010年在CT室对一名健康25岁男性志愿者左手及桡骨远端64排螺旋CT(GECT/I型)扫描,要求:手的位置左手掌向下,拇指外展位,整体尺偏,保持拇指、第一掌骨和桡骨的纵轴尽量在一条直线上,0.625mm层厚,1024×1024矩阵,得出198张CT图像Dicom数据存盘。通过导入模块将Dicom数据导入计算机Mimcs10.0软件中,根据骨密度阈值生成左手及桡骨蒙罩,随后用阈值选取技术、三维区域增长技术,计算机自动把第一掌骨、大多角骨、第二掌骨的区域选出来,接着在运用空洞填充技术把骨髓腔填满,获得新的蒙罩。用Caculate3D生成三维模型,并对各模型Remesh后以点云或STL格式输出存盘导入Geomagic软件中,依次经历点云阶段、多边形阶段、封装阶段、成型阶段按要求对模型更近一步的建模,最后以IGES格式文件保存。建立有限元模型:首先把保存的第一掌骨、大多角骨IGES格式文件导入Ansys里,设置材料类型和属性,见表1,在Ansys里建立微型外固定架,利用切割技术对第一掌骨造Bennett骨折模型,移动建好的外固定架,模拟微型外固定治疗Bennett骨折的手术方式依据表1给第一掌骨、大多角骨、微型外固定架赋予单元类型及属性;对模型划分网格,因为骨是不规则物体,并有针孔,采用smartmesh工具,对外固定器采用sweep划分;得出模型的节点和单元数,见表1。对外固定架与骨组织接触面和远、近关节面建立5个接触对。同理,把保存的第一掌骨、大多角骨、第二掌骨IGES格式文件输入ansys里,赋予材料类型和属性,建立克氏针模型,模拟内固定手术施加边界约束条件及外力:对于外固定架外固定模型,因为大多角骨与其他腕骨构成的关节面属于微动关节,假设大多角骨、舟骨关节面不动。外固定架4个半螺钉因为末端有螺纹,设置4个接触对解除关系为完全绑定,远、近骨折面的接触摩擦系数只是设置为相同的系数为0.2。在第一掌骨头施加节点压力50N;对克氏针内固定模型,大多角骨、近骨折块位移限制相同。克氏针与大多角骨和第一、二掌骨接触虽为有摩擦接触,但在此不考虑克氏针相对骨移位,故之间的接触关系同样是绑定关系,远、近骨折面的接触摩擦系数只是设置为相同的系数为0.2。在第一掌骨头施加节点压力50N。2结果3讨论3.1骨性自动骨折Bennett骨折又称第一掌骨基底部关节内骨折脱位,骨折线通过掌腕关节,属关节内骨折,尺侧骨块呈三角形,因其附着于掌骨间韧带而保持原位,而桡侧部分因拇长展肌腱或关节面博斜面致腕掌关节脱位或半脱位,骨折远端滑向桡侧、背侧及近侧,骨折极不稳定,治疗不当会引起骨性关节炎,拇指功能减弱甚至丧失。治伤原因包括直接暴力和间接暴力,以间接暴力传导致骨折居大多数,例如坠落手撑地、握拳击打动作可致Bennett骨折综上所述,本人认为微型外固定支架和克氏针治疗Bennett骨折是临床上较肯定的方法,各有优、缺点。对克氏针固定法来说优点表现在:术式简单、创伤小,骨折愈合快,手术费用低,临床疗效肯定,手术灵活等3.3两种固定术式骨折治疗的对比Bennett骨折后遗症远期创伤性关节炎严重影响了患者生活质量,甚者影响手的功能。骨折手术治疗严格的解剖对位和创伤性关节炎有很大的联系通过上面的两种固定术式骨折块X轴向和总位移的云图参数不难得出,微型外固定器材外固定治疗Bennett骨折优于克氏针内固定治疗Bennett骨折,大大降低了创伤性关节炎的发生率,是治疗Bennett骨折的理想方法。2.1在第一掌骨x轴方向的50n下，分析了非线性开元生物力学，得出了近端骨折块和远端骨折块的近端位移参数云图见图2。2.2在第一块骨头x轴方向的50n下，分析非线性开元生物力学，并确定接近或远端骨折块的位移参数云图见图3。2.3根据位移