外固定支架结合有限内固定治疗跟骨骨折的有限元分析

摘要

目的:
　　跟骨骨折是临床上最常见的跗骨骨折,其手术治疗方法一直是骨科研究的热点,且目前仍存在争议。为减少跟骨骨折术后软组织并发症,微创技术提供了新思路,近年来,我们使用微创技术外固定支架结合有限内固定治疗跟骨骨折,临床疗效良好,并发症少。本研究通过有限元法建立外固定支架结合有限内固治疗跟骨骨折术后模型并进行生物力学分析,为临床治疗跟骨骨折提供理论依据。
　　方法:
　　1.获取健康成年男性足踝部 CT扫描的计算机数字图像数据,采用Mimics、Patran、Solidworks、Abaqus有限元软件建立正常足踝部有限元模型并进行模型验证。
　　2.采用 Mimics、Patran、Solidworks有限元软件分别建立单纯外固定支架、外固定支架结合有限内固定治疗SandersⅡ型跟骨骨折有限元模型,利用Abuqus软件模拟下肢非负重状态下跟骨受到跟腱的最大拉应力时,分析骨折移位、足踝部骨骼、外固定支架及有限内固定应力分布情况。
　　结果:
　　1.建立的正常足踝部有限元模型共包括101625个节点,451374个四面体单元,42个杆单元。验证模型共包括55909节点,295453个四面体单元,31个杆单元。
　　2.建立的单纯外固定支架治疗 SandersⅡ型跟骨骨折有限元模型共包括建立134422个节点,706720个四面体单元,42个杆单元。骨折块之间向踝关节内侧、后侧、上方相对位移分别为0.02722mm、0.09511mm、0.1398mm,骨折块之间最大位移0.1753mm;外固定支架最大应力值37.06MPa;足踝部骨骼最大应力集中于跟骰关节,大小为32.94MPa。
　　3.建立的外固定支架结合有限内固定即两枚螺钉治疗 SandersⅡ型跟骨骨折有限元模型共包括建立163617个节点,765848个四面体单元,42个杆单元;骨折块之间向踝关节内侧、后侧、上方相对位移分别为0.01983mm、0.07049mm、0.1094mm,骨折块之间最大位移为0.1363mm;外固定支架最大应力值30.88MPa;螺钉应力最大值21.16Mpa;足踝部骨骼最大应力集中于跟骰关节,大小为27.45MPa。
　　结论:
　　1.建立的外固定支架结合有限内固定治疗跟骨 SandersⅡ型骨折有限元模型有效可靠,外观逼真,符合实验要求,所得数据和图像可以重复利用。
　　2.外固定支架结合有限内固定治疗跟骨SandersⅡ型骨折,可以提供足够的稳定性;足踝部骨骼应力分布相对合理;外支架和有限内固定螺钉存在应力集中,但仍在理想范围之内。

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前言

第一部分 有限元建模及计算

1.1 建模材料

1.1.1 建模标本

1.1.2 建模设备

1.2 足踝部建模及模型有效性验证

1.2.1 CT图像扫描

1.2.2 足踝部三维图像的重建及面网格处理

1.2.3 足踝部三维有限元模型网格划分

1.2.4 赋予模型中各结构材料学参数

1.2.5 模型有效性验证

1.3 外固定支架治疗跟骨骨折有限元建模及计算

1.3.1 建立外固定支架治疗跟骨骨折三维有限元模型

1.3.2 赋予模型中各结构材料学参数

1.3.3 约束与加载

1.3.4 结果

1.4 外固定支架结合有限内固定治疗跟骨骨折有限元建模及计算

1.4.1 外固定支架结合有限内固定治疗跟骨骨折建模

1.4.2 赋予模型中各结构材料学参数

1.4.3 约束与加载

1.4.4 计算结果

第二部分 讨 论

1.外固定支架结合有限内固定在跟骨骨折治疗中的应用

2.本研究中有限元建模特点及有效性分析

3.外固定支架结合有限内固定治疗跟骨骨折有限元分析

4.本研究不足之处

第三部分 结论

参考文献

综述

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢