合并膝关节脱位的胫骨内侧平台骨折4种内固定方法的

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1、合并膝关节脱位的胫骨内侧平台骨折4种内固定方法的【摘要】目的对合并膝关节脱位的胫骨内侧平台骨折的4种内固定方法进行生物力学性能静态有限元分析比较，希望为临床选择提供参考。方法采用CT扫描技术，通过对Synbone人工骨结构的扫描，利用MIMICS软件重建胫骨近端的三维有限元模型，在此基础上制备骨折脱位型胫骨平台骨折4种内固定方法〔内侧双钢板(MDP)，双侧双钢板(BDP)，外侧锁定钢板+拉力螺钉(LLP)，内侧T型单钢板+拉力螺钉（MSP）〕的三维有限元模型,最后用ANSYS软件进行力学数据分析。结果4种固定方法的最大应力值在500、1000、

2、1500N3个垂直载荷强度下均依次为LLP＞MSP＞BDP＞MDP，LLP固定的最大应力值是其他3种固定方法的2.8～6.3倍。结论MDP固定后的应力最小，其后依次为BDP与MSP，而LLP固定的应力最高。【关键词】胫骨内侧平台骨折有限元分析合并膝关节脱位的胫骨内侧平台骨折是一种较严重的平台骨折，发生率约占胫骨平台骨折的10％［1］。这种骨折不仅在内侧平台有较大的骨折块，还有外侧平台、髁间棘的骨折以及韧带松弛而合并膝关节的半脱位，往往需手术治疗。但是手术复位固定较困难，目前已有很多固定方法，如内侧双钢板(MDP)、双侧双钢板(BDP)、外侧锁定

3、钢板+拉力螺钉(LLP)、内侧T型单钢板+拉力螺钉（MSP）等，哪种方法更好仍在不断的实践和研究中。Jiang等［1］用生物力学测定的方法比较了以上4种不同内固定方法的稳定性，认为MDP最可靠，LLP最差。本研究采用有限元分析方法比较了这4种内固定方法的稳定性。1材料和方法1.1材料1.1.1胫骨Synbone人工骨，型号1118，瑞士Synthes医疗器械有限公司。1.1.2内固定器材4.5系统不锈钢“T”型支撑钢板及螺钉及3.5系统钛合金有限接触动力加压钢板（LC-DCP）、螺钉，武进医疗器械公司。微创内固定系统（LISS），瑞士Synth

4、es医疗器械有限公司。1.1.3三维有限元模型建立的硬件设备及软件条件DELLPRESIONTTM650工作站。医学影像控制系统Mimics10.0（Materiaise′sInteractiveMedicalImageControlSystem,UK)；有限元分析软件ANSYS10.0；计算机辅助设计软件Pro/Engineer2001；绘图软件AutoCAD14.0、3DMAX6.0、CINEMA4D9.0；图像处理软件Photoshop10.0。1.2方法1.2.1有限元模型的重建对一完整的Synbone人工骨的胫骨（型号1118）进行C

5、T（西门子CT扫描机）断层成像。在CT成像过程中，将扫描对象置于扫描视野中心，保持纵轴方向不动，扫描条件为：140kV，320mA，层厚1mm。扫描范围从胫骨平台到胫骨远端1/3，得到CT图片，在Mimics中转化为数字信号，处理后生成合并膝关节脱位的胫骨内侧平台骨折三维CAD模型并输出，见图1。图1合并膝关节脱位的胫骨内侧平台骨折三维CAD模型多视角截图1.2.24种内固定后模型的三维重建以绘图软件AutoCAD、3DMAX、CINEMA4D等重建内固定物，外形尺寸数据由内固定物的生产商（瑞士Synthes医疗器械有限公司，江苏武进医疗器械公

6、司）提供。将上一步的合并膝关节脱位的胫骨内侧平台骨折的三维CAD模型导入Pro/Engineer2001中，将两部分按实际相对位置和尺寸比例相结合，螺钉在胫骨内部的部分也完全按原比例结合，最终生成三维CAD模型，储存时的几何精度与第一步的三维重建模型相同，以确保不损失数据。1.2.34种内固定方法生物力学性能的ANSYS分析1.2.3.1网格划分将上一步最终生成的CAD模型导入ANSYS软件，采用ANSYS前处理系统，胫骨选择SOLID98号单元，钢板采用PLANE42号单元，螺钉采用LINK8号单元，划分网格，高应力区自动网格加密处理，获得合

7、并膝关节脱位的胫骨内侧平台骨折不同固定方法的有限元模型。1.2.3.2接触条件骨骼视为正交各向同性材料，其他所有材料均为弹性材料。拉力螺钉在胫骨平台及胫骨干内为完全固定，摩擦系数为0.3,骨折界面摩擦系数亦为0.3，微创内固定系统（LISS）钢板与螺钉间为刚性连接。1.2.3.3载荷及边界条件将固定后的合并膝关节脱位的胫骨内侧平台骨折三维有限元模型远端固支，即远端各节点在X、Y、Z轴上的位移为0。以500、1000、1500N的纵向静载荷分别进行加载。1.2.3.4生物力学性能分析对不同固定方法固定后的合并膝关节脱位的胫骨内侧平台骨折有限元模型

8、分析胫骨近端的应力分布，得出最大应力值。2结果2.1应力分布各模型加载500、1000、1500N后胫骨近端的应力图见图2，最大应力值及其集中部位见表