胫骨平台骨折钢板内固定、植骨治疗的三维有限元分析

论文摘要

研究目的:胫骨平台骨折治疗的生物力学分析及其临床意义。研究方法:第一部分:人体膝关节三维有限元模型构建①获取膝关节CT图:对一成年男性患者(46岁)的膝关节进行CT断层扫描(层厚1mm),所得图像存入CT机,刻录光盘。②处理CT图像:将膝关节CT扫描图像以DICOM格式存入计算机,按照扫描的顺序逐张处理,去除图像中骨骼周围的软组织,得到处理后的膝关节每一个断层CT图像。③重建CT图像:Simpleware软件构建膝关节形状的内、外轮廓线,输入SimplewareFE进行网格划分、单元属性设定。骨骼的弹性模量分为256个等级,根据CT值(Hounsfield)推导出其相应的弹性模量,根据对应的CT值进行材料属性的设定,从而使得膝关节模型表面更加平滑,内部应力更加接近生理状态,实验结果更加可靠。第二部分:①逆向工程构建L形钢板三维实体模型、有限元模型、骨折钢板内固定模型。②三维有限元分析软件ANSYS对所建立正常、骨折术后膝关节模型进行生物力学分析。研究结果:结果:1、采用CT资料通过Simpleware软件成功构建人体正常膝关节三维有限元模型、胫骨平台骨折L形钢板固定膝关节三维有限元模型,模型经既往实验结果验证有效。2、骨折钢板内固定三维有限元模型进一步可通过生物力学分析,得出胫骨外侧平台骨折L形钢板内固定术后胫骨平台应力变化,在不同应力作用下内外侧平台等效应力(Von Mises Stress简称VMS)、位移、平台下松质骨压应力。(250N、500N、1000N、1500N)结果与既往尸体标本实验结果比较,可望得出结论指导临床治疗及术后功能锻炼。结论及意义:1、可通过Simpleware软件采用CT资料构建人体膝关节三维有限元模型,模型逼真度高、快速。2、通过Simpleware软件、逆向工程UG软件可以构建胫骨平台骨折L形钢板内固定三维有限元模型。3、模型可通过有限元软件应力分析,得出结合松质骨填充的L型锁定钢板系统及单纯L型支持钢板局部抗压缩强度,与完整的胫骨平台标本比较。得出如下结论:固定后的胫骨外侧平台力学性能是否支持目前临床所采用的术后10～12周迟延负重方法。与传统螺钉固定技术相比,磷酸钙骨水泥能否为单纯压陷型胫骨平台骨折提供相同的或更强的稳定性,磷酸钙技术能否缩短术后非负重时间,能否避免关节软骨的塌陷。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 缩略词表
• 前言
• 第一节、膝关节三维有限元模型构建及其生物力学意义
• 一、实验材料
• 二、实验方法
• （一） 获得资料
• （二） SCANIP模块构建正常膝关节三维实体模型
• （三） SCANFE模块构建膝关节三维有限元模型（模型1）
• （四） 膝关节三维有限元模型应力加载方式
• （五） 膝关节三维有限元模型应力云图
• 三、实验结果
• 四、讨论
• （一） 人体膝关节有限元模型的可行性
• （二） 材料的选取
• （三） 原始资料的获取
• （四） 建模方法的探讨
• （五） 材料属性设定
• （六） 检验膝关节三维有限元模型有效性
• 五、实验结论
• 第二节、胫骨外侧平台骨折切开复位钢板内固定治疗生物力学研究
• 一、实验材料
• （一） 构建骨折膝关节三维有限元模型（模型2）
• （二） 构建钢板、螺钉三维有限元模型
• （三） 构建胫骨平台骨折锁定钢板内固定有限元模型（模型3）
• （四） 构建胫骨平台非锁定钢板内固定有限元模型（模型4）
• 二、下一步工作计划（实验方法）
• （一） 加载应力大小
• （二） 加载应力方向
• （三） 检测指标（冠状面应力、平台下应力、平台位移）
• 三、讨论
• （一） 不同内固定方式治疗胫骨平台骨折疗效分析
• （二） 人工骨植骨治疗胫骨平台骨折疗效分析
• 四、实验结论
• 参考文献
• 附录:文献综述
• 一、胫骨平台骨折治疗现状
• 二、人体膝关节、韧带生物力学研究进展
• 三、膝关节撞击性损伤实验研究
• 四、有限元法及其在骨科生物力学领域的应用
• 五、小结
• 六、参考文献
• 在读期间发表专著、论著、综述及参加会议情况
• 致谢