动力化髋关节外固定器对股骨头峰值压力影响的三维有限元分析

目的 用三维有限元分析方法,探讨动力化髋关节外固定器对股骨头所受压力的影响.方法 分别建立正常髋关节、安装单轴髋关节外固定器(A型)髋关节、安装双轴髋关节外固定器(B型)髋关节的三维有限元模型,应用接触压力分析的方法,观察并分析髋关节双足站立位、单腿站立髋关节中立位股骨头的峰值压力,并进行统计学分析.结果 髋关节外固定器均能减少股骨头的接触压力(P＜0.05),髋关节外固定器在双腿站立时减少最明显,B型髋关节外固定器较A型髋关节外固定器的股骨头接触压力减小.结论 髋关节外固定器可减少股骨头的压力,可辅助治疗髋关节疾病.     

动力化髋关节外固定器研制及其临床试用

目的 研制动力化髋关节外固定器,并辅助带血管蒂的髂骨瓣移植治疗股骨头坏死,评价其治疗效果.方法 根据髋关节的解剖学和运动学特点,设计动力化髋关节外固定器;对4例中年股骨头坏死患者,采用动力化髋关节外固定器辅助带血管蒂的髂骨瓣移植治疗.术前、术后进行Harris评分和常规的X线检查,并进行对比.结果 经12～30个月的随访,Harris评分由术前的平均56分提高到术后平均81分,良3例,可1例.X线检查,移植的髂骨瓣愈合良好,关节间隙平均4mm.结论 通过本组病例观察,动力化髋关节外固定器可维持髋关节的间隙,带血管蒂的髂骨瓣可恢复股骨头的血运,两者技术的结合使用较好地解决在股骨头修复期早期功能锻炼的问题.     

模拟股骨颈骨折外固定器固定结构模型三维有限元计算与应力分布实验研究

报道了模拟股骨颈骨折，以李治罡设计的股骨颈骨折外固定器进行外固定。模拟作用于股骨头不同方向的压力进行三维有限元分析。得出了肌骨颈、股骨干、外固定钢针等各节点的主应力σ1、σ3和位移值。还以应变电测技术与原理对模拟股骨颈骨折外固定器固定后进行应变电测量，测量了股骨干、外固定器钢针等各测点的应变、得出了各测点的应力值。计算与实验结果表明股骨颈骨折外固定器的设计符合生物力学原理，具有较好的强度、刚度和稳定性。     

步幅大小及髋关节外展角度对坏死股骨头影响的三维有限元分析*

背景：目前对于日常生活中步幅及髋关节外展角度大小是否会对坏死股骨头影响认识不多,也缺乏相关的实验研究。 目的：应用三维有限元方法分析步幅大小及髋关节外展角度对坏死股骨头应力分布的影响。 方法：选取1例男性ARCO Ⅱ期股骨头坏死患者行股骨近段螺旋CT扫描,应用专业医学建模软件MIMICS及HYPERMESH建立三维有限元模型。设置边界条件和加载条件,应用有限元分析软件ANSYS执行计算。 结果与结论：随着步幅的加大(0~60°),外展角度增加(0~10°),股骨近段应力分布改变最大应力值逐渐增大,提示步幅及髋关节外展角度的大小能够影响股骨头应力分布,股骨头坏死患者日常治疗生活及功能练习时应减小步幅及外展角。关键词：步幅;股骨头坏死;三维;有限元;外展角 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2012.17.004     

新型脊柱外固定器的生物力学有限元分析

目的：运用有限元方法对新型脊柱外固定器的力学性能进行分析，为其临床应用提供生物力学理论依据。方法：通过有限单元法（FEM）的结构分析功能，建立新型脊柱外固定器的计算机模型，并根据外固定器固定在椎体上的重力受压情况模拟加载，仿真分析模型各部分的应力、应变值及分布和压缩刚度。结果：在模拟受压的情况下，外固定器的应力集中在椎弓根钉与纵向固定螺钉、连接器的接触区，其它部分（包括钉椎体结合部位）的应力分布较均匀；外固定器的刚度较弱，单纯外固定架不足以提供椎体支持刚度。结论：外固定器的椎弓根钉与纵向固定螺钉、连接器的结合部容易产生应力疲劳；外固定器应结合其他的能有效地提供支撑刚度的手段才能更好地应用于临床。     

发育性髋关节发育不良患者不同髋关节外展角度下髋部应力分布的有限元分析

背景：目前对于髋关节发育不良的有限元研究相对较少,髋关节外展角度对髋关节生物力学分布的影响也不明确。目的：应用有限元方法分析不同外展角度下髋关节发育不良患者健侧及患侧的髋关节应力分布,为髋关节发育不良的预防、治疗、康复等提供方案。方法：选取1例左侧髋关节发育不良患者双侧髋关节CT薄层扫描数据,利用Mimics软件建立髋关节模型,Geomagic Wrap软件完成实体化,Solidworks软件进行皮质骨与松质骨的装配,然后应用Ansys Workbench软件加载关节负荷,分析不同外展角度下单足着地条件下髋关节应力分布情况。结果与结论：(1)该研究所建模型与实际情况相符合,随着髋关节外展角度增加,正常髋关节的股骨颈最大应力值逐渐增大,且一直位于股骨颈内侧,当健侧髋关节外展为15°时股骨头最大应力值最小,当髋关节外展20°时髋臼上方最大应力值最小;(2)发育性髋关节发育不良患者患侧髋最大应力值一直位于髋臼上方,且当髋关节外展为25°时,髋臼最大应力值最小,当髋关节外展20°时,股骨头最大应力值最小,当髋关节外展0°时,股骨颈部最大应力值最小,且位于股骨颈后方,随着髋关节外展角度增大,股骨...     

锁骨骨折单肩气囊外固定器的力学分析

目的针对传统外固定器存在的问题,发明一种新型的单肩气囊外固定器,分析评价该新型单肩气囊外固定器所产生的复位拉伸力。方法建立人体锁骨的三维有限元模型,对单肩气囊外固定器的加载状况及所产生的复位拉伸力进行全面系统分析,并与传统8字绷带外固定器的情况进行对比分析。同时,通过观察实验,对比分析单肩气囊外固定器和传统8字绷带外固定器的实际加载情况。结果单肩气囊外固定器所产生的复位拉伸力比传统外固定器更均匀而且较大,并可由患者自己调节。结论单肩气囊外固定器对人体肩部的作用力及加载方式更加利于锁骨骨折的拉伸复位和维持锁骨骨折复位位置,而且使得锁骨骨折患者更加舒适。     

外旋载荷对骨盆作用机制的三维有限元分析

目的利用骨盆的三维有限元模型研究外旋应力对骨盆的作用机制。方法 1例健康成年男性志愿者进行PET-CT扫描,结果以DICOM格式输出,在PC机上进行三维重建,建立正常骨盆的有限元模型。对模型施加外旋载荷,经计算得到应力、应变及位移云图。结果水平向后加载500N于左侧髂前上棘,应力沿两条途径传导:一条是向内后方经同侧骶髂关节前部至骶骨上部,另一条是向前方经耻骨支、耻骨联合至对侧耻骨;且骨盆前环受力较大。应变以同侧骶髂关节前下方最大,前方的耻骨联合处应变也较大。位移以受力点同侧髂前上棘处最大,同侧髂骨、坐骨及耻骨支位移均较大。结论外旋载荷易造成耻骨支骨折、骶髂关节损伤,或骶骨压缩骨折。     

微型外固定器治疗髌骨骨折20例分析

目的:报道微型外固定器治疗髌骨骨折的临床效果。方法:采用微型外固定器治疗髌骨骨折20例,不需要附加石膏外固定,手术次日开始膝关节屈伸功能锻炼。结果:本组20例,13例(65％)近解剖对位,7例(35％)髌骨关节面“台阶”在3mm之内,术后6～8周X线片,骨折愈合,膝关节屈伸活动恢复正常,随访6～48月(平均30个月),无并发症发生。结论:微型外固定器是治疗髌骨骨折一种较为理想的方法。     

单臂多根针外固定架治疗肱骨干骨折

目的 探讨单臂多根针外固定架治疗肱骨干骨折的优点及手术方法.方法 采用单臂多根针外固定架治疗肱骨干骨折.结果 随访35例,全部获得骨性愈合,其中优31例,良4例,差0例.结论 单臂多根针外固定架治疗肱骨干骨折具有手术操作简便、创伤小,固定牢靠,愈合快的优点.     

大龄髋脱位儿童股骨颈前倾角变化与骨骺应力的有限元分析研究

目的运用有限元分析方法,对正常及发育性髋关节发育不良(DDH)儿童股骨头近端骨骺生长板同承力情况下横断面的应力进行研究,为股骨近端截骨矫形手术提供理论依据。方法按照Tonnis分型选取40例DDH大龄儿童,其中男性11例,女性29例;年龄8～12岁,平均年龄10.14岁。分为半脱位及全脱位组。20例非DDH儿童作为正常对照组,其中男性11例,女性9例;年龄8～12岁,平均年龄10.10岁。通过二维CT技术测定各组股骨颈前倾角,通过有限元分析软件分析股骨头近端骨骺生长板在横断面上的应力情况。结果正常对照组股骨头近端骨骺生长板横断面上前内侧及后外侧的切应力和静压力相当。半脱位组及全脱位组股骨头近端骨骺生长板横断面上前内侧静压力大于后外侧,而前内侧的切应力小于后外侧。股骨颈前倾角与前后两侧静压力差呈正相关,与前后两侧切应力差呈负相关。结论 DDH大龄儿童的股骨颈前倾角随生长发育而增大。传统的股骨近端旋转截骨术在纠正发育性髋脱位儿童股骨骨骺异常应力,保证正常的头臼关系中有重要的临床意义。     

Anatomic factors in the femoral implantation of the Ilizarov external fixator

Summary Ilizarov's method of external fixation with compression or distraction for lesions of the limbs demonstrates new possibilities in osteogenesis. Its performance with double horizontal pinning on several external rings calls for precautions to avoid lesions of the vessels, nerves and joints. This study, based on anatomic sections radiographed after opacification of the arterial system, makes it possible to propose rules for insertion of the pins. Insertion of the anteromedial pins of the thigh should be made 2 cm in front of the line of projection of the femoral artery, between the middle of the inguinal ligament and the posterior margin of the medial condyle. Insertion of the posterolateral thigh pins should be made 2 cm lateral to the line of projection of the sciatic nerve, between the center of the ischiotrochanteric interval, the apex of the popliteal fossa and the posterior aspect of the head of the fibula.

---

Bases anatomiques pour l'implantation fémorale du fixateur externe d'Ilizarov

Résumé La méthode d'Ilizarov de fixation externe des lésions des membres avec compression ou détraction met en évidence des possibilités nouvelles d'ostéogenèse. Sa réalisation avec double embrochage horizontal sur plusieurs anneaux extérieurs nécessite des précautions pour éviter des lésions vasculo-nerveuses et articulaires. Le travail, basé sur des coupes anatomiques radiographiées après opacification du système artériel, permet de proposer des règles d'implantation des broches. La pénétration des broches antéro-internes de la cuisse doit se faire à 2 cm en avant de la ligne de projection de l'artère fémorale, entre le milieu de l'arcade crurale et le bord postérieur du condyle interne. La pénétration des broches postéro-externes de la cuisse doit se faire à 2 cm en dehors de la ligne de projection du nerf sciatique, entre le milieu de la distance trochantéro-ischiatique, le sommet du creux poplité et la face postérieure de la tête péronière.

     

三维有限元模型力学分析可预测视乳头的形状变化

背景：视乳头形状变化的准确测量及预测是青光眼的早期诊断及病程预测的关键,因此高眼压下视乳头形状的测量与分析具有重要意义。 目的：建立视乳头三维有限元模型,并分析急性高眼压下视乳头形状及视网膜厚度的变化。 方法：利用前房灌注的方法建立急性高眼压动物模型,利用光相干断层扫描仪获得猫在正常眼压及5 320,    7 980,10 640,13 300,15 960 Pa眼压时的断层图片,测量视网膜特征点处厚度的变化;基于正常眼压猫眼视乳头的断层数据,利用MIMICS软件获得视网膜及脉络膜的三维结构,并进行组装获得视乳头三维模型;利用有限元软件ABAQUS分析高眼压状态下视乳头的形状变化及视网膜厚度变化,并与实验测试结果进行比较。 结果与结论：随着眼压的升高,发现视网膜厚度逐渐变薄,视乳头深度及视乳头宽度均逐渐增加,视乳头宽度与深度的比值也逐渐增加。提示急性高眼压导致视网膜变薄,视乳头宽度增大,视乳头深度增大。结果证明,利用光学相干断层扫描仪进行活体视乳头建模和分析是可行的,力学分析可预测视乳头的形状变化,对进一步确定青光眼的病理进程有一定的指导意义。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建;骨细胞;软骨细胞;细胞培养;成纤维细胞;血管内皮细胞;骨质疏松;组织工程全文链接：     

Finite element analysis of three commonly used external fixation devices for treating Type III pilon fractures

Pilon fractures are commonly caused by high energy trauma and can result in long-term immobilization of patients. The use of an external fixator i.e. the (1) Delta, (2) Mitkovic or (3) Unilateral frame for treating type III pilon fractures is generally recommended by many experts owing to the stability provided by these constructs. This allows this type of fracture to heal quickly whilst permitting early mobilization. However, the stability of one fixator over the other has not been previously demonstrated. This study was conducted to determine the biomechanical stability of these external fixators in type III pilon fractures using finite element modelling. Three-dimensional models of the tibia, fibula, talus, calcaneus, navicular, cuboid, three cuneiforms and five metatarsal bones were reconstructed from previously obtained CT datasets. Bones were assigned with isotropic material properties, while the cartilage was assigned as hyperelastic springs with Mooney–Rivlin properties. Axial loads of 350 N and 70 N were applied at the tibia to simulate the stance and the swing phase of a gait cycle. To prevent rigid body motion, the calcaneus and metatarsals were fixed distally in all degrees of freedom. The results indicate that the model with the Delta frame produced the lowest relative micromovement (0.03 mm) compared to the Mitkovic (0.05 mm) and Unilateral (0.42 mm) fixators during the stance phase. The highest stress concentrations were found at the pin of the Unilateral external fixator (509.2 MPa) compared to the Mitkovic (286.0 MPa) and the Delta (266.7 MPa) frames. In conclusion, the Delta external fixator was found to be the most stable external fixator for treating type III pilon fractures.     

齿槽型人工髋关节骨应力分布的三维有限元分析

基于人体股骨CT数据,结合髋关节解剖形态学,建立了齿槽型人工髋关节置换医学装配模型,运用三维有限元分析(3D-FEA)方法,选择1.5倍体重(70 kg)生理载荷条件,计算分析了人工髋关节柄三角区表面不同齿槽结构及分布对周围骨应力的影响。结果表明:关节柄三角区齿槽结构改变了关节柄/骨界面的应力传导,有利于降低股骨近端的应力遮挡效应。凸齿结构的效果优于凹齿,近端1/3凸齿分布的关节柄对降低骨的应力遮挡效果最佳,更有利于减轻股骨近端骨质疏松,能有效提高人工髋关节的使用寿命。     

髋臼发育不良者全髋置换中臼杯置入位置的力学分析

目的　利用三维有限元分析方法,研究髋臼发育不良患者加深磨锉假体置入部位的髋臼骨床、使臼杯假体内移置入对髋臼假体-骨界面间的应力分布情况的影响。  方法　选取髋关节发育不良患者的骨盆为实验对象,螺旋CT做全长连续扫描,然后利用计算机仿真技术对CT图像进行三维重建,建立髋关节发育不良骨盆模型。在计算机环境中对重建模型进行髋臼磨锉,臼杯假体不同程度内移植入的模拟手术,利用有限元分析软件SolidWorks对重建模型进行有限元网格化及力学分析。  结果　臼杯假体的内移使臼杯上缘处获得骨床包容,臼杯接触面积更大,单位面积所受应力相对较少。随内移程度加大,髋臼内壁骨质突破更为明显,使髋臼顶部应力集中及其余部分应力不均愈趋明显。  结论　髋臼加深磨锉臼杯内移植入有助于改善髋关节发育不良病例行髋关节置换臼杯的骨床包容,但随内移程度的加大,髋臼内壁突破,髋臼面的应力集中,髋臼的应力分布情况明显改变,应尽量减少穿破的程度。     

个体股骨头坏死三维有限元模型的建立与应用

同时基于个体股骨头坏死患者的X-ray、CT和MRI图像,采用图像配准和融合技术对包含坏死股骨头的髋关节进行三维重建,获取具有高度几何相似性的三维有限元网格模型。选择1例中年女性股骨头坏死患者,分别获取X-ray、CT和MRI三套图像,采用Mimics 13.1和Pro/E 5.1软件分别基于这三套数据建立相关三维实体模型,经图像投影转换后,确定图像之间的匹配点,进行二维图像配准,配准后对成功融合的图像进行三维有限元网格模型显示。建立了具有良好几何相似性的髋关节三维有限元网格模型,包括正常皮质骨、松质骨、关节软骨和股骨头坏死区、断裂骨小梁等六部份,较真实地反映了包含坏死股骨头的髋关节的形态特征及毗邻关系,为进一步的生物力学分析和手术模拟提供了较理想的研究平台。