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锁骨模型的有限元分析流程

发布于:2023-07-25 22:09
有限元分析

      有限元分析锁骨的垂直载荷:①正常锁骨模型。锁骨中1/3处应力分布较集中,向两端分散。②Herbert螺钉固定模型。在骨折断端及Herbert螺钉固定模型中的锁骨近端出现应力集中,其应力分布与正常锁骨模型较接近。③重建钢板固定模型。锁骨远端、近侧骨折端及钢板近端锁骨锁骨处出现局部应力集中,其应力分布与正常锁骨模型不同。
      内置物的Von Mises应力分布:2种载荷下,重建钢板固定模型中均可见重建钢板中段出现应力集中,垂直载荷下较轴向载荷更加明显;Herbert螺钉固定模型中均可见骨折断端弹性钉出现明显的应力集中现象,并向两端快速过渡。Herbert螺钉固定模型在垂直载荷下最大应力为752.28MPa,小于钛合金屈服强度850MPa,不会发生屈服。锁骨中段骨折是临床上很常见的一种骨折,随着骨科内固定技术的发展,手术治疗锁骨中段骨折已逐渐被临床医师接受。相关研究表明,对于移位的锁骨中段骨折采用手术治疗是有效的方法,和非手术治疗相比较具有肩关节功能较好,愈合率较高及愈合时间短等优势。
      钢板固定移位的锁骨中段骨折已应用于临床10余年,优点在于刚性固定,属于绝对稳定,被认为是金标准。由于重建钢板治疗锁骨骨折存在手术创伤大,骨折端显露广,骨膜破坏多,钢板固定后应力遮挡大等缺点,容易导致骨折不愈合、骨折延迟愈合、感染、皮肤瘢痕形成,置入螺钉时有损伤锁骨下血管神经及肺尖的危险以及钢板取出后再发骨折等情况的发生。鉴于以上诸多问题,广大骨科医师对微创改良手术方法治疗锁骨中段骨折越来越关注。随着内固定器械和生物学理论的不断发展,临床上使用新型材料以及新型内固定物以利于骨折愈合以及减少手术并发症。国内外一些学者报道采用Herbert螺钉内固定治疗锁骨中段骨折,临床疗效满意。然而Herbert螺钉内固定治疗锁骨中段骨折是否能够提供可靠的生物力学依据,目前没有相关研究报道。
      本试验通过有限元分析锁骨中段骨折2种内固定的生物力学特性,研究结果表明:①锁骨远端1.5cm位移结果。重建钢板内固定模型位移不论在轴向载荷还是垂直载荷条件下均为最小,其次是Herbert螺钉内固定模型位移,正常锁骨模型位移最大,表明重建钢板内固定治疗锁骨中段骨折的稳定性较Herbert螺钉固定的稳定性大,但均小于正常锁骨模型。②应力结果。正常锁骨模型在轴向载荷及垂直载荷条件下中1/3区域均出现了较明显的应力集中,与临床上锁骨骨折多发于锁骨中段相一致,同时也表明了模型建立以及负荷加载的合理性与有效性。在轴向载荷下Herbert螺钉内固定模型中Herbert螺钉和锁骨的最大应力均较重建钢板内固定模型小,这主要是由于Herbert螺钉内固定相对稳定,Herbert螺钉位于髓腔内部,与偏心固定的从重建钢板相比,Herbert螺钉力臂较钢板短,所产生的力矩也较小。
      在垂直载荷下锁骨及内植物的最大应力大于重建钢板固定模型,这主要是由于Herbert螺钉为髓内固定,其承受较大的剪切力,故其应力主要集中在Herbert螺钉上。锁骨骨折断端复位内固定后,断端适当的应力可以刺激骨折断端生长,加速骨折的愈合。本研究通过对2组内固定模型进行不同条件下的载荷分析,2组模型骨折断端均有一定应力,但均较内固定装置上的最大应力小。通过2组模型不同载荷条件下骨折断端的应力分析,2种不同的内固定方式对骨折断端的愈合无明显差别。本研究应力图上显示Herbert螺钉固定模型及重建钢板固定模型的应力都基本集中在内置物上,然而,这种应力集中有利于早期维持骨折断端的稳定性。同时,在内固定物与锁骨接触的部位,应力呈现出平稳过渡状态,Herbert螺钉与钢板都比较均匀地分配了应力。


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