基于坐标变换理论分析Ilizarov骨外固定架矫形力传导效率

摘要

背景:Ilizarov骨外固定架力传导机制的研究对膝内外翻、胫骨骨折等临床畸形矫治手术具有重要意义。目的:分析胫骨矫治过程中Ilizarov骨外固定架的力传导机制和各矫形力变化情况,客观评价外固定架整体使用效果。方法:根据骨外固定器的构型,基于坐标变换理论建立矫形力矩阵关系式,得到调节力、支撑力和牵张力之间的数学转换关系。搭建专用实验台,以羊胫骨为实验对象进行胫骨矫治实验,测得骨外固定架调节杆上调节力、支撑杆上的支撑力及断骨处的牵张力,计算得出断骨处的牵张力理论值,与六维力传感器测得的牵张力实际值对比,得出矫治过程的力传导效率变化曲线。结果与结论:①在矫治过程中,Ilizarov骨外固定架的结构构型导致其调节杆和支撑杆存在相互作用和制约的情况,当某一调节力增大时另一调节力将出现下降的趋势;②力传导效率在前期存在较大幅度的增大,然后稳定在50%上下波动,实验结果可评估外固定架的整体矫治效果;③由于力传导过程中的损耗,断骨处的牵张力理论计算和实验结果曲线存在数值上的差别,但由实验结果可知,调节力、支撑力、牵张力理论值和牵张力实际值的整体力变化趋势基本一致,说明理论计算和实验结果的有效性,该实验量化评估结果可为Ilizarov骨外固定架构型的优化设计和胫骨矫治手术的精准调控提供参考。