通过轴向载荷预测Ilizarov胫骨延长过程中截骨端位姿偏差的方法

摘要

背景:临床采用Ilizarov骨外固定器胫骨延长时,准确、及时预测胫骨延长过程中截骨端出现的空间移位情况比较困难.目的:通过有限元分析软件(ANSYS)加载轴向负荷并模拟采集Ilizarov骨外固定器胫骨延长的三维模型,建立一种截骨端轴向相对位移的计算方法,为临床监测截骨延长质量提供理论依据和调整方法.方法:选择1例Ilizarov骨外固定器(四杆偏心分布)行小腿延长的患者进行CT扫描,dicom数据导入Mimics建立3D模型,预处理后在Solidworks优化建模.设定胫骨断端延长20 mm,根据远截骨单位末端冠状位水平偏移量(0,4,7,10,13,16 mm)分别建立模型,采用ANSYS静力学模块进行加载(胫骨远端垂直地面200 N)和有限元分析,根据骨外固定器轴向各支撑杆载荷数据计算出合力坐标位置,计算其与胫骨截骨近端坐标的偏差大小和方向.结果与结论:①远截骨单位末端冠状位水平偏移量(0,4,7,10,13,16 mm)不同模型施加载荷后,合力坐标位置水平计算偏移量分别为0.8,2.9,5.4,8.3,11.8,14.9 mm,计算误差分别为0.8,1.1,1.6,1.7,1.2,1.1 mm;②当计算误差≥1.7 mm时合力坐标可判断截骨远端单位位移方向,为临床外固定调整提供量化依据;根据合力坐标系可以计算外固定调整方法并矫正畸形;③综上,通过Ilizarov骨外固定胫骨延长模型的有限元分析,建立数学模型可用于截骨远端单位轴向偏移量计算,计算误差≥1.7 mm合力坐标可判断截骨远端单位位移方向,指导临床Ilizarov外固定调整,避免骨延长过程中的并发症.