新型肱骨近端锁定钢板的三维有限元模型建立及生物力学研究

【摘要】
【作者】章伟；
【导师】陈云丰；
【作者基本信息】苏州大学，骨外科学（专业学位），2014，硕士
【目的】通过有限元分析研究，比较肱骨近端四部分骨折分别使用新型锁定钢板固定和AO-PHILOS锁定钢板+螺钉固定的应力分布、最大应力等生物力学表现。
【方法】建立肩关节、肱骨近端四部分骨折模型，分别使用新型锁定钢板固定和AO-PHILOS锁定钢板+螺钉固定的三维有限元模型。通过有限元分析，比较两种骨折内固定模型在肩关节的四种外展不同的功能位置应力大小、应力分布、位移等情况。
【结果】模拟肩关节外展四种不同功能位置的应力比较：肩关节外展0°时最大VonMises应力，新型锁定钢板（1033.0Mpa）＞AO-PHILOS（743.1Mpa）；肩关节外展30°时最大VonMises应力，新型锁定钢板（904.1Mpa）＞AO-PHILOS（692.4Mpa）；肩关节外展60°时最大VonMises应力，新型锁定钢板（888.1Mpa）＞AO-PHILOS（486.4Mpa）；肩关节外展90°时最大VonMises应力，新型锁定钢板（1062.0Mpa）＞AO-PHILOS（393.5Mpa）。两种内固定应力分布比较：在肩关节外展0°、30°、60°时新型锁定钢板与AO-PHILOS应力都集中于内侧距，无明显差别；肩关节外展90°时新型锁定钢板与AO-PHILOS应力都集中于内侧距，AO-PHILOS应力集中范围大于新型锁定钢板，差异明显。在肩关节外展0°、30°、60°、90°过程中，单枚螺钉的应力较新型锁定钢板的小结节翼大，差异显著。新型锁定钢板应力相对分散、分布均匀。在肩关节的外展过程中，两种内固定方式固定骨折的最大位移，没有明显差异。
【结论】两种内固定方式治疗复杂的肱骨近端四部分骨折中，应力分布差异不明显，应力都集中钢板内侧距，都表现出稳定的固定效果，二者应力遮挡效应均明显。但相比新型锁定钢板，AO-PHILOS锁定钢板+螺钉固定模型于内侧距应力集中范围略大，而且单枚螺钉的应力较新型锁定钢板的小结节翼明显增大。因此，我们认为新型锁定钢板独特的解剖设计及对肱骨近端四部分骨折固定可以取得较好的生物学性能。
【目的】通过有限元分析研究，比较三种不同内固定方式（螺钉、张力带、新型肱骨大结节锁定钢板）固定肱骨大结节骨折模型的应力分布、最大应力等生物力学表现。
【方法】建立肩关节、肱骨大结节骨折模型，分别使用新型肱骨大结节锁定钢板固定、两枚螺钉固定及张力带固定的三维有限元模型。通过有限元分析，比较两种骨折内固定模型在肩关节的四种外展不同的功能位置应力大小、应力分布、位移等情况。
【结果】模拟肩关节外展中的四种不同的功能位置，三种不同内固定方式应力比较：在肩关节外展0°时，张力带的应力最大，其次是螺钉及钢板；在肩关节外展30°、60°时，张力带的应力最大，其次是钢板及螺钉；在肩关节外展90°时，张力带的应力最大，其次是螺钉及钢板，与肩关节外展0°时水平相当；肩关节外展0°时最大VonMises应力，张力带（568.4MPa）＞螺钉（318.7MPa）＞新型肱骨大结节锁定钢板（298.9MPa）；肩关节外展30°时最大VonMises应力，张力带（886.3MPa）＞新型肱骨大结节锁定钢板（291.1MPa）＞螺钉（266.0MPa）；肩关节外展60°时最大VonMises应力，张力带（817.0MPa）＞新型肱骨大结节锁定钢板（282.5.MPa）＞螺钉（277.6MPa）；肩关节外展90°时最大VonMises应力，张力带（593.4MPa）＞螺钉（284.3MPa）＞新型肱骨大结节锁定钢板（247.8MPa）。三种内固定方式应力分布比较：新型大结节锁定钢板应力都集中于后外侧及随螺钉而分散；张力带应力集中于“8”中间较为集中，固定面积极小，应力集中显著；螺钉固定面积小，相对应力集中。四种不同肩关节外展位，三种不同内固定总体应力都在逐渐减小，但新型大结节锁定钢板及配套螺钉应力传递分散更快，更符合人体生物力学特征；张力带应力于“8”中间较为集中，接触面积极小，应力集中更为显著，应力分散慢；螺钉整个固定面积较小，应力集中较为明显，相对来说，应力分散传递亦明显。三种内固定方式固定骨折在肩关节外展的过程中，最大位移没有明显差异。
【结论】本研究中，肱骨大结节锁定钢板分布均匀,应力分散传递快，更接近于正常，生物力学稳定性较螺钉固定及张力带固定高。临床应用中，其微型锁定设计、解剖塑形，有利于大结节骨折端血供保护好，可获得良好的生物学固定。因此，我们认为新型肱骨大结节锁定钢板将为临床肱骨大结节骨折的治疗提供新的、更好的选择。
【关键词】肱骨近端骨折；内固定；新型肱骨近端锁定钢板；AO-PHILOS；有限元分析；肱骨大结节骨折；应力；新型大结节锁定钢板；

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