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鎖骨骨折是臨床上常見的一種骨折，發(fā)生率占全身骨折的5％～10％，其中70％～80％發(fā)生在鎖骨中段。隨著骨科內(nèi)固定技術(shù)的發(fā)展，手術(shù)治療鎖骨中段骨折已逐漸被臨床醫(yī)師接受。本研究通過有限元分析方法對比分析Herbert螺釘和重建鋼板內(nèi)固定治療鎖骨中段骨折的效果，探討2種內(nèi)固定治療鎖骨中段骨折的生物力學(xué)機制，為臨床上使用Herbert螺釘內(nèi)固定治療鎖骨中段骨折提供可靠的生物力學(xué)依據(jù)。
選擇1名28歲健康成年男性志愿者進行研究，經(jīng)受試者知情同意和醫(yī)院倫理道德委員會批準(zhǔn)后，對志愿者的肩關(guān)節(jié)進行CT掃描（層厚0.6mm），獲得右側(cè)鎖骨CT資料。用Mimics軟件對CT數(shù)據(jù)進行處理，建立正常鎖骨幾何三維模型，經(jīng)過面網(wǎng)格劃分、表面優(yōu)化處理及體網(wǎng)格劃分后，建立鎖骨三維有限元模型。
根據(jù)鎖骨骨折OTA分型中的A型骨折情況，鎖骨中段處作一條0.5mm斜形裂隙，模擬鎖骨中段骨折，重新進行網(wǎng)格劃分，模擬骨折線，建立鎖骨中段骨折三維有限元模型通過CAD（ComputerAidedDesign）軟件Pro-E根據(jù)重建鋼板和Herbert螺釘?shù)膸缀纬叽缃⑾鄳?yīng)的三維模型，將建立的三維模型以STL（StandardTemplateLibrary）格式導(dǎo)入Mimics軟件。Herbert螺釘及重建鋼板三維模型導(dǎo)入Ansys軟件中進行體網(wǎng)格劃分，并參照相關(guān)文獻分別對鎖骨及內(nèi)置物進行材料賦值，將材料賦值后的鎖骨模型導(dǎo)回Ansys軟件，通過采用耦合鎖骨與Herbert螺釘及重建鋼板接觸面附近相應(yīng)的節(jié)點自由度，并通過創(chuàng)建自由度約束耦合方程的方法來建立鎖骨與Her-bert螺釘及重建鋼板之間的接觸關(guān)系。至此，鎖骨中段骨折Herbert螺釘內(nèi)固定及鎖骨中段骨折重建鋼板內(nèi)固定術(shù)后的有限元模型建立完成。
邊界條件的設(shè)定及加載方式：設(shè)定鎖骨的內(nèi)側(cè)端即鎖骨胸鎖關(guān)節(jié)面所有節(jié)點的自由度為零，對鎖骨胸骨端進行約束，分別加載軸向載荷和垂直載荷，用以模擬鎖骨和內(nèi)置物在體內(nèi)受力情況。參照Favre的研究方法，軸向載荷方向由鎖骨遠(yuǎn)端向近端，均勻分布于鎖骨肩鎖關(guān)節(jié)面的節(jié)點上，垂直載荷方向作用于鎖骨遠(yuǎn)端，分布于鎖骨遠(yuǎn)端1.5cm表面的節(jié)點上，加載條件均為靜態(tài)載荷，載荷大小均為250N。
分別評價正常鎖骨模型，Herbert螺釘和重建鋼板固定模型在不同載荷下鎖骨遠(yuǎn)端15mm最大位移，鎖骨及內(nèi)置物的最大VonMises應(yīng)力及VonMises應(yīng)力分布。
軸向載荷下鎖骨遠(yuǎn)端軸向位移為正常鎖骨模型（1.07mm）＞Herbert螺釘固定模型（0.35mm）＞重建鋼板固定模型（0.30mm），垂直載荷下鎖骨遠(yuǎn)端垂直位移為正常鎖骨模型（4.60mm）＞Herbert螺釘固定模型（2.09mm）＞重建鋼板固定模型（1.29mm）。軸向載荷鎖骨最大應(yīng)力為重建鋼板固定模型（98.68MPa）＞Herbert螺釘固定模型（91.42MPa）＞正常鎖骨模型（31.58MPa）；垂直載荷鎖骨最大應(yīng)力為Herbert螺釘固定模型（425.45MPa）＞重建鋼板固定模型（202.62MPa）＞正常鎖骨模型（141.00MPa）。內(nèi)置物最大應(yīng)力，軸向載荷為重建鋼板固定模型（206.56MPa）＞Herbert螺釘固定模型（195.96MPa），垂直載荷為Herbert螺釘固定模型（752.28MPa）＞重建鋼板固定模型（297.43MPa）。見表1、2。軸向載荷：①正常鎖骨模型。鎖骨為S形長管狀骨，鎖骨在軸向載荷狀態(tài)下應(yīng)力集中主要位于鎖骨干中1/3區(qū)域，且下表面應(yīng)力集中現(xiàn)象較上表面明顯，并向兩端緩慢過渡。②Herbert螺釘固定模型。鎖骨應(yīng)力分布主要集中于鎖骨遠(yuǎn)端。③重建鋼板固定模型。由于骨折后鎖骨的完整性遭到破壞，使得正常的力學(xué)傳導(dǎo)機制發(fā)生改變，在重建鋼板內(nèi)固定模型中力學(xué)傳導(dǎo)由鎖骨遠(yuǎn)端至骨折端通過鋼板傳導(dǎo)至鎖骨近端，從而使得鎖骨應(yīng)力分布主要集中在鎖骨遠(yuǎn)端及骨折斷端，其中以兩斷端應(yīng)力最集中。
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