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目的:(1)对健康志愿者足踝部进行CT扫描,通过三维重建及有限元前处理,建立正常成年人单足静止站立状态下的有限元模型,验证模型的有效性及真实性,为踝关节损伤的生物力学研究提供可靠模型。(2)对距骨颈骨折后不同内固定方法进行三维有限元分析评价,探究不同内固定方法的力学稳定性及骨折断面最佳的生物力学环境,为临床内固定物的选用提供可靠的力学论据。(3)距骨骨折是足部的严重损伤,而距骨颈骨折又是距骨骨折中最常见的骨折类型,临床中常用后向前螺钉固定,但其入钉角度的选择及术后复位评价仍是临床两大大难点,故本实验通过测量健康成年人距骨的内偏角及跖倾角,为临床进钉角度及术后复位评价提供详细、可靠的数据标准。方法:(1)将所得足踝CT数据导入Mimics17.0软件,通过阈值分割、区域增长等功能处理后进行三维重建,分别导出胫骨、腓骨、距骨、跟骨、舟骨。随后在Geomagic软件中对五块骨骼进行几何模型的生成,并构建相应关节软骨,以iges格式导出。继而在Hypermesh软件中进行网格的划分后,在Abaques中进行材料赋值、韧带构建、载荷和相互作用的设定后,最终进行分析计算,所得结果与Anderson实验结果对照。(2)在踝关节模型构建完成的基础上,将距骨以iges格式导入Solidwork软件中,进行距骨颈骨折模型的构造,同时在Solidwork中通过“凸台-拉伸”“螺旋线功能”等构建半螺纹拉力螺钉,将距骨及螺钉进行装配,得到后向前平行双螺钉固定及后向前交叉双螺钉固定的骨折模型,以inp格式导出。最终将距骨内固定模型导入Abaques中替换正常距骨,其他施加条件不变,进行有限元分析,探究不同固定方式下拉力螺钉的Von Mises应力分布和骨折断端应力分布及位移。(3)纳入40名健康成年志愿者,男女各20例。扫描CT后获得DICOM格式双侧距骨数据,依次导入Mimics软件,通过阈值分割、区域增长及手工擦除等操作,将距骨从踝关节中分离,进行三维重建后,应用3-matic中的‘point’‘line’等功能对距骨进行内偏角及跖倾角的测量。结果:(1)本实验模型根据Anderson等的实验方法进行有限元分析,所得距骨远端关节面应力主要集中在外上部,应力最大值为3.83Mpa,最大接触面积为312.3mm2,距骨应力主要集中于距骨滑车外上部,其最大值为4.65Mpa,应力趋势及数值与Anderson实验结果相一致,证明本实验的有限元模型具有有效性及真实性,可用于相关踝关节实验研究及分析。(2)在本实验中,两组内固定下的距骨骨折接触面应力最大值均位于骨折面与螺钉相交的骨质处,其中双螺钉后向前交叉固定组在骨折接触面与螺钉相交处所受压力最大,为5.692MPa;双螺钉后向前平行固定组所受应力最小,为4.848MPa。距骨在单足静止站立状态下,其位移全部小于1mm,同时在X、Y、Z三轴的分位移上四者均无显著差异,故两种固定方式均可实现坚强固定。在静止站立状态下,螺钉Von Mises应力最大为双螺钉后向前交叉固定组,最大值为37.68MPa;在双螺钉后向前平行固定组中,螺钉所受应力在两组内固定中最小,为30.65MPa。(3)男性左侧内偏角为20.1°~32.7°(25.97°±3.29),跖倾角为35.4°~44.6°(40.06°±2.49);右侧内偏角为20.9°~31.4°(26.15°±3.17),跖倾角为35.5°~44.1°(39.8°±2.54)。女性左侧内偏角为20.4°~32.1°(26.48°±3.29),跖倾角为37.8°~45.7°(41.41°±2.78);右侧内偏角为20.6°~31.4°(26.6°±3.20),跖倾角为38.5°~45.5°(41.58°±2.18)。男女左侧距骨内偏角及跖倾角比较分别为p=0.627>0.05、p=0.115>0.05;男女右侧距骨内偏角及跖倾角比较分别为p=0.650>0.05、p=0.095>0.05。男性左右侧距骨内偏角及跖倾角之间均无统计学差异p=0.666>0.05、p=0.475>0.05;女性左右侧之间角度也无统计学差异p=0.659>0.05、p=0.609>0.05。结论:(1)本实验建立的三维有限元模型与Anderson等实验数据相比,有良好的一致性,因此本研究建立的踝关节有限元模型仿真性能好,验证可靠,结果具有参照意义。单足静止站立状态下,距骨的应力主要集中于在距骨颈周围,其最大值位于距骨颈上方外侧,最大值为4.65Mpa。(2)距骨颈骨折内固定后应力明显升高,且应力主要集中于与螺钉相交的下方骨质处。两种固定方式均可达到良好的稳定性,固定方式可靠,可适时使用。距骨颈骨折内固定后,与平行螺钉相交处骨质应力明显优于交叉螺钉相交处的骨质,平行螺钉固定的力学性能明显优于交叉螺钉固定。(3)本研究发现异性之间、同性左右侧之间内偏角和跖倾角的比较均无明显统计学差异,内偏角度平均为26.3°,跖倾角度平均为40.8°。由于同一个体左右距骨内偏角及跖倾角基本对称,故在入钉角度及术后复位评价均可参考健侧距骨角度;若无健侧角度参考,推荐入钉角度时可参考距骨内偏角20.1°~32.7°、跖倾角35.0°~45.7°,较为合宜。