带锁髓内钉棒槌形高螺纹锁钉的力学性能研究

摘要

胫骨骨折是一种较为常见的长管状骨折，髓内钉固定术是其手术治疗的主要方法之一。目前临床上应用的带锁髓内钉大都为静力性固定，存在着较高的应力遮挡效应和锁钉疲劳断裂等缺陷，这将影响骨折的愈合并增加患者的痛苦，阻碍了其临床应用的发展，因而寻求一种既能使骨折断端固定可靠，又能使消除应力遮挡效应的髓内钉及锁钉是临床需要迫切解决的一个问题。为此，课题组设计出了带锁髓内钉的“棒槌形”高螺纹锁钉，期望它能有效地降低临床上的锁钉断裂风险，实现髓内钉静动自动转变以消除高应力遮挡效应，给骨折的愈合创造一个较好的力学环境。然而，“棒槌形”高螺纹锁钉的力学性能还需通过一系列分析研究。
　　目的：研究“棒槌形”高螺纹锁钉的力学性能，验证其力学优势，为其临床应用提供理论基础和科学依据。
　　方法：以国人胫骨髓腔测量数据为依据，按跨距30mm、40mm、50mm分为A、B、C三组，根据锁钉在骨折固定时的实际受力情形设计出相应的试验夹具，并按跨距加工出所需的试验用锁钉，通过三点弯曲力学测试检测其弯曲强度并与通用锁钉进行对照。以CT扫描获取的胫骨二维断层数据为基础，运用 Mimics、Geomagic Studio等软件构造胫骨三维实体模型，利用Pro/E软件建立髓内钉和“棒槌形”锁钉及通用锁钉模型并与胫骨三维实体模型装配，导入ANSYS软件构造两种不同锁钉的带锁髓内钉固定胫骨骨折，模拟双足站立、单足站立、慢步行走及扭转等状况下胫骨受力进行有限元分析。
　　结果：力学测试结果显示，在弹性应变范围内不同跨距三组中“棒槌形”锁钉的平均最大弯曲载荷均高于通用锁钉的平均最大弯曲载荷，其中 A、B、C三组“棒槌形”锁钉的平均最大弯曲载荷相对于通用锁钉分别提高了14.71％，14.51％，23.84％。有限元分析结果显示，在不同工况下使用“棒槌形”锁钉与使用通用锁钉固定的胫骨骨折模型和带锁髓内钉模型的最大Von Mises应力值和最大位移基本一致，应力分布情况基本相似；而不同位置“棒槌形”锁钉的最大Von Mises应力值和最大位移均明显低于通用锁钉的，且应力向锁钉两端分散。
　　结论：“棒槌形”锁钉比通用锁钉的抗弯曲强度高，其应力向锁钉两端分散，不易发生疲劳断裂，故其力学性能优于通用锁钉。

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第一章 结论

1.1引言

1.2髓内钉研究现状

1.3有限元法在生物力学中的应用

1.4论文研究目的及意义

1.5论文研究方法和研究内容

1.6本章小结

第二章 棒槌形高螺纹锁钉的设计

2.1棒槌形截面设计

2.2高螺纹设计

2.3锁钉拔钉装置

2.4材料的选择

2.5带锁髓内钉

2.6本章小结

第三章 锁钉三点弯曲力学测试

3.1弯曲试验介绍

3.2 试验设计

3.3试验检测及结果

3.4结果分析

3.5本章小结

第四章 基于CT扫描的数字化建模

4.1三维建模软件介绍

4.2 胫骨三维建模

4.3 胫骨带锁髓内钉三维建模

4.4胫骨骨折模型的装配

4.5本章小结

第五章 锁钉在胫骨骨折模型中的有限元分析

5.1有限元法简介

5.2胫骨生物力学基础

5.3胫骨骨折模型的有限元分析

5.4结果分析

5.5本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢