加压钢板固定术后内植物失败的生物力学分析
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
表 ５ 内 固定物 ３ ４件 失 败 原 因 统 计 表
Ｔ ｂ． Ｓ ａｉｔ ａ ｇ ｒ ｆ ４ ｉ ｔｒ ａ ｘ ｔｒ ａｌ ｒ ａ ５ ｔｔ ｉ ｌｆ ｕ ｅ ｏ ｅ ｎ ｌｆ ａｕ ｅ ｆｉ ｓ ｓｃ ｉ ３ ｎ ｉ ｕ
失 败原 因
钢板 位置 不 当 钢板 长度 不够 螺钉 安放 有缺 螺钉 选择 不 当 螺钉 未穿 透 皮质 骨折 端有 间 隙 骨皮 质有 缺 损 钢板 预 弯 １ １ ０ １ １ ４ １ １ ０ ３ １ １ １ ２ １ １ ２ ２ ３ ２ ８ ３ ３ １ １ ２ ４ １ ３ １ １ ２
结
实验资料
果
偏 心 载 荷 对 钢板 应 力 的影 响见 表 １ 。钢 板 长 度 对 应 力 的 影 响 见 表 ２ 骨 缺 损 对 钢 板 应 力 的 。 影 响见表 ３ 。螺 钉 安 放 不 足 对 钢 板 和 螺 钉 应 力 影 响 见 表 ４ 。
表 １ １ｃ ８ ｍ普通 加压 钢 板在 不 同载荷 和 端面 接触 情 况下 的应 力 比值
骨钢 板和 固定螺钉 均采用八点 块体元 ， 有限元 网格 如 图 １２所示 。其 中当钢板 长度 为 １ｅ 、 ５ｍ 时， 骨骼 、 钢板 和螺钉 总计 为 １７７个单 元 ，３ ７ 个 节点 ，８７ ０个 自由度 。其 他情况 下单元 数 ６８ ９ ５０ ２０ １
目与之 近 似 。
圈 １ 普通 钢 板 有限元 网格
内植 物 失败 的 生 物 力 学 分 析 钢 板 安 放 位 置 不 当 正 常 的 四肢 长 骨 干都 是 偏 心 性 负 荷 。本 研 究结 果 显 示 ， 心 载 荷 下 ， Ｊ 偏
应 力 增 大 而 且 应 力 集 中十 分 明 显 ， 大 应 力 由原 来 的 ３ ４５ ａ增 至 ４ ．ＭＰ ， 加 了 ２ ． ％。 最 ４．０ ＭＰ １６ ａ增 ０６ 如 果 骨 折 端 没 有 紧 密 接 触 ， 大 应 力 将 增 加 ７ ．％ 。 因 此 ， 骼 受 偏 心 载 荷 时 钢 板 的安 放 位 置 最 ８６ 骨
同性 材 料 ， ｌ＝Ｅ Ｅ ２＝ １ ． Ｇ ａ Ｅ ６ ５ Ｐ ， ３＝ １ ． Ｇ ａ ｌ ｔ ＝０ ３ ， ２＝０ ５ ， ｌ ８ ３ Ｐ ， ３＝ｔ３ ． ２ ｌ ｚ ． ８ Ｇ３＝
Ｇ１ ２＝５． ２ＧＰ ￣ｔ］ ２ ａ
＝６ ９ Ｇ ａ ．３ Ｐ ，
计算分析 软件 采 用 大 连 理 工 大 学 工 程 力 学 系 提 供 的 大 型 有 限 元 分 析 软件 Ａ Ｓ Ｓ６ １ 本 。 Ｎ Ｙ ． 版
Ｆ ｇ １ Ｆ ＿ ｓ ｏ ｉ ． Ｆ ｄ ｍｅ ｈ ｏ ｃ ｍｍｏ ｌｔ ／ ｆ ｎ ｐａｅ
图 ２ 骨 骼 钢 板 系 统 有 限 元 网 格 圈
ｒ ｇ． Ｆ Ｍ ｓ ｆｂ ｎ ｉ ２ Ｅ ｍｅ ｈ ｏ ｏ ｅ— ｐａ ｅ ｓ ｓ ｍ ｌ ｔ ｙ ｔ ｅ
【 稿 日期 】 ２Ｏ — ９ ７ 收 ０２ ０ —１
Ｉ 作者 筒介 】 赵 文 志（９５ ， ， 士生 ， 授 ， 究方 向 ： １ 一）男 博 ６ 副教 研 骨与关 节 损伤 及生 物力 学 【 叠讯 作者 】 赵文 志 ，ｅ：（４１４７２１ ３５ 或 ３５ ， —ｎ ｉ ｄａ ＠１３㈣ Ｔｌ ０１）６ １９ — ０１ ０３ Ｅ ｌｌ ｒ￣ ６ ． ｌ＊ ｆ．
骨折 内 固定 的 力 学 原 理
加压 钢板 固定骨折 时 ， 弯矩 和横 向力常 由接 触 区域 的压 力产生 的反应 力来平衡 ， 而扭转和轴 向力经 常直接 由螺钉或 螺钉依靠接骨板 与骨之 间的摩擦 来 传递 。螺钉 发挥 锚 的作用 ， 的轴 向 它 力 使 接 骨 板 同骨 质 紧贴 ， 骨 承 受 载 荷 时 ， 与板 界 面 产ห้องสมุดไป่ตู้生 很 大 的 摩 擦 力 ， 样 获 得 了钢 板 与 骨 在 骨 这 界 面力的静止性 的刚性 传导 。骨折 内 固定除 了应达 到解剖复位 、 稳定有效 固定促进骨折 愈合外 ， 还要 符合 力学原则 和医学原理 。接 骨板应 以张力带原 则 固定 ， 形成坚 固的力学 系统 ， 进行 内力 分
５例 ， 中段 １ １例 ， 段 ４例 ； 折 ８例 ， 折 ７例 ， 碎 折 ３例 。胫 骨 骨 折 ｌ 下 横 斜 粉 ０例 ， 段 ３例 ， 中 中下 段 ７例 ； 折 ２例 ， 折 ５例 ， 碎 折 ３例 。 肱 骨 骨 折 ４例 ， 为 肱 骨 干 斜 折 ； 后 失 败 时 间 最 短 ｌ 横 斜 粉 均 术 ｌ 天 ， 长 ６个 月 。失 败 的 具 体 原 因 分 析 见 表 ５ 最 。
临 床 资 料
本组 患者 ３ 例 ， ２ 例 ， ７ 。年龄 １ — ２ ， ４ 男 ７ 女 例 ８ ６ 岁 平均 ３ ． 。股骨骨折 ２ 例 ， 中上段 ４６岁 ｏ 其
医用 生 物力 学
５２
２０ 年 ３ 第 ｌ 卷 ０３ 月 ８
第ｌ 期
Ｊｕｎ ｌｏ ｄｃ ｌＢｏ ｅ ａ ｉｓ ｏ ｒａ ｆＭｅ ｉａ ｉｍｅ ｈ ｎｃ ，Ｖｏ ． ８ Ｎｏ １ １１ ． ，Ｍａｃ ２ ０ ｒｈ ０３
Ｔｂ． Ｔ ｅｍａｉ ｍｎｓ ｅｓｖｌｅｉ ｅｌ ｌ ｅ０ ｉｅｅｔ ａ ２ ｈ ｘ ｍ ｒ ａ ｓ ｅ ｐａ ｆｄ ｒｎ ｔｓ ｕ ｎｔ ｔ ｆ ｌ ｕ ｄｒｄ ｅ ｎ ｒｓ—ｓｃ ｏ ｏ ｔ ｔ ｏｄ ｏ ＭＰ ） ｎｅ ｉ ｒ ｔ ｏｓ ｅｔ ｎｃｎａ ｎｉ ｍ（ ａ ｆｅ ｃ ｉ ｃｃ ｆ ｉ
赵 文 志 ， ． 通加 压 钢板 固定 术后 内植物 失 败 的生物 力学 分 析 等 普
５ １
载 荷 的简 化 和 材 料 性 质
载荷采用 ７ ｌ 体 重的成年人缓 慢行走单足承 受的弯矩 。假设钢板 螺钉 均为各 向 同性材料 ， ０ｇ 【 且 材 料 性 质 相 同 。弹 性 模 量 Ｅ＝１５ Ｐ ， 松 比 ＝０．５ 剪 切模 量 Ｇ＝５ Ｇ ａ ２Ｇ ａ泊 ２， ０ Ｐ 。股 骨 为 横 观 各 向
合计
６ １ ４ ２ ５ ３ ７ ４ ３ ４
１ ２
塑堑亟量堡鳖
合 计 ２
．
２
讨
论
金属 内植 物 的松动 、 曲和折 断 ， 弯 其原 因错综复 杂 ， 现把 有 限元分 析结 果 同临床病 例资 料相 结合 ， 就生物力学 方面 的原 因作 初步分析 ， 有待于在试验 研究和 临床实践 中验证 和探 索 。
配， 对抗 张力 和转 化张力 为压 力 ， 骨折端 紧密接触 ， 使 增加接 触面压力 Ｊ 。骨折 的修 复和重建 依
赖 于其 断 端 的载 荷 情 况 和 力 学 环 境 ， 同 的应 力 可 能 会 最 终 决 定 间 充 质 细 胞 的 分 化 方 向 与 修 复 不 机 制 ］ 。在 利 用 钢 板 治 疗 骨 折 时 应 充 分 考 虑 它 们 所 产 生 的 力 学 效 果 。
医用 生 物力 学
２０ ０ ３年 ３月 第 ｌ ８卷
第 １ 期
Ｊｕ ｎ ｌｏ ｄｃ ｌＢ ｏ ｃ ａ ｉｓ ｏ ｒａ ｆＭｅ ｉａ ｉｍｅ ｈ ｎｃ ，Ｖｏ． ８ Ｎｏ． ，Ｍａｃ ２ Ｏ １１ １ ｒｈ ０ ３
【 文章编号】 １０ —７ ２ （ ０ ３ ０ —０ ５ ０ ４ ２ ０ ２ ０ ） １ ０ ０—０ ５
【 关键词】 普通加压钢板 ； 内植物失败 ； 限元方法 ； 有 生物力学 【 中圈分类号 】 Ｒ３８０ ； ７３ １．１Ｒ６ ． ８ ２ 【 文献标识码】 Ａ
加 压 钢 板 固定 治 疗 长 骨 骨 折 是 骨 科 最 常 用 的 手 术 方 法 之 一 。伤 肢 的 迅 速 恢 复取 决 于 骨 折 块 的 解 剖 复 位 ， 折 块 和 软 组 织 良好 的 血 运 ， 足 局 部 生 物 力 学 要 求 的 内 固 定 及 早 期 、 动 无 痛 的 骨 满 主 活 动 ， 中 完 整 无 缺 的 内 固定 是 以 上 诸 因 素 的 先 决 条 件 ｕ 。 我 院 自 １９ 其 Ｊ ９０年 至 ２Ｏ Ｏ２年 共 收 治 内
十分重要 。骨 的偏心载荷是 在一侧皮质 为张力 ， 另一侧 为压力 。将 钢板安放 在骨骼 的张力侧 ， 偏 心载荷增加 时 ， 钢板 可阻止张力侧 骨折间隙 的增大 ， 同时钢 板对侧 的皮 质可产生压力 ， 符合 “ 理论 上 无 预 应 力 的钢 板 ， 固定 在 骨 骼 的 张 力 侧 ， 若 当肌 肉收 缩 或 肢 体 承 重 时 它 将 处 于 张力 状 态 具 有 张 力 带 作 用 。这 个 张 力 导 致 轴 向 加 压 … 。有 分 析 显 示 ， 板 安 放 的位 置 对 钢 板 一骨 骼 系 统 的 刚 度 ” 钢 以及钢板所要 承受 的荷 载是大不相 同的 ， 钢板安 放张 力侧 时 ， 钢板 一骨骼 复合 梁 的刚度 最大 ， 其 抵抗外界 载荷 时变形最小 。如果将钢板 置于压力侧 ， 钢板 对 侧 的皮质 骨 由于弯 曲张 力 的作 用 而
固定物松动 、 曲 、 弯 变形 、 脱落 或折断 的患者 ３ ４例 ， 由于骨折 块 间失去 坚强 而有 效 的 内固定 而不 能 正 常 愈 合 ， 需 二 次 手 术 ， 病 人 和 社 会 带 来 沉 重 负 担 。本 文 用 有 限 元 方 法 对 普 通 加 压 钢 板 固 均 给 定股骨干骨折 模型进行 生物力 学分 析 ， 合 临床 失败 病例 ， 图用生 物 力学 原则 分析 其 失败 原 结 试 因， 以利临床合理选 择和使用 内 固定物 ， 促进伤肢 的迅速恢复 。 一
【 摘要 】 目的
探讨内固定失败的生物力学原 因。方法
在用有 限元方法对普通加压钢板固定
除 手术 操 作 和
股 骨 干骨 折 进行 应 力分 析 的基 础上 ， 分析 了内植 物失 败病 例 ３ 例 的 失败 原 因 。结 果 － ４
内植 物 自身 的缺 陷外 ， 多 因素 如钢板 的安 放位 置 、 许 钢板 长 度 、 钉 安 放 不 足 、 钉 选 择 不 当 、 折 端 螺 螺 骨 有间 隙 、 皮质 有 缺损 等 方 面均 影 响骨折 的 稳定 性 和 钢板 的安 全性 。结 论 骨 应 强 调 骨 折 内 固定 中的 生物 力学 原 则 ， 可能 避 免应 力 集 中 ， 尽 以保 证 内植 物确 实达 到 坚 强有 效 的 内固定 作用 。
材 料 和方 法
有 限 元 模 型
考 虑 股 骨 中段 横 折 、 折 、 碎 折 三 种 情 况 ， 折 模 型 取 股 骨 直 径 ３ ｍ 骨 干 长 ２ ０ ｍ， 钉 斜 粉 骨 ０ ｍ， ２ｒ 螺 ａ 直径 ４ｍ 螺钉 长 ３ｒ ５ ｍ， ８ ｍ。普 通 钢 板 的 长 度 分 别 选 取 ８ １ 、５ １ ａ 、２ ｌ 、８和 ２ ｅ ０ ｍ。
加 压 钢 板 固 定 术 后 内植 物 失 败 的 生 物 力 学 分 析
赵 文 志 。 迎 曦 ，刘 ，张 军 ，李 宝文 。 ，杨 梁
（ ．大 连 医科 大学 第 二临 床学 院骨科 ， １ 大连 １６２ ； ． 连理 工 大学 工 程力 学 系 ， １０ ３ ２ 大 大连 １６２ ） １０４
缺 损 部位
最 大 应力 值 （Ⅱａ ｈ ，）
应 力集 中 的位 置
表 ４ 钢板 危 险处 及螺 钉应 力集 中处 的位 置和 应 力值 Ｔｂ ４ Ｄ ｎｅ ｕ ｔ ｎ ａｉ ｎｓｅｓｖｌ ｓｎｓ ｅ ｌｅａ ｄｓｒ ａ ． ａｇｒ ｓｓｅａｄｍ ｘ ｏ ｉ ｍｍ ｒ ａ ｅ ｔ ｌ ａ ｎ ｉ ｔｓ ｕ ｉ ｅ ｐ ｔ ｃｗ
Ｔ ｂ． １ Ｉ ｔ ｓ ｏ ａ ｉ ｎ ｕ ｄ ｒｄｆｅｅ ｔ ｏ ｄ ｔ ｎ ｏ ８ ｍ ｏ ｏ ０ 鹏 踞ｉｇ ｐ ａｅ ａ １ １ｅ ｓ ｅ ｓ ｃ ｍｐ ｒｓ ｎ ｅ ｉ ｒ ｎ ｎ ｉ ｏ ｆ １ ｃ ｃ ｍｍ ｎ ｃ 啤 ｒ ｏ ｃ ｉ ｎ ｌｔ
表 ２ 不 同钢板 长 度在 不 同断 面接 触情 况 下 的最大 应 力值 Ｉ ａ 加））
Ｔ ｂ． Ｓ ａｉｔ ａ ｇ ｒ ｆ ４ ｉ ｔｒ ａ ｘ ｔｒ ａｌ ｒ ａ ５ ｔｔ ｉ ｌｆ ｕ ｅ ｏ ｅ ｎ ｌｆ ａｕ ｅ ｆｉ ｓ ｓｃ ｉ ３ ｎ ｉ ｕ
失 败原 因
钢板 位置 不 当 钢板 长度 不够 螺钉 安放 有缺 螺钉 选择 不 当 螺钉 未穿 透 皮质 骨折 端有 间 隙 骨皮 质有 缺 损 钢板 预 弯 １ １ ０ １ １ ４ １ １ ０ ３ １ １ １ ２ １ １ ２ ２ ３ ２ ８ ３ ３ １ １ ２ ４ １ ３ １ １ ２
结
实验资料
果
偏 心 载 荷 对 钢板 应 力 的影 响见 表 １ 。钢 板 长 度 对 应 力 的 影 响 见 表 ２ 骨 缺 损 对 钢 板 应 力 的 。 影 响见表 ３ 。螺 钉 安 放 不 足 对 钢 板 和 螺 钉 应 力 影 响 见 表 ４ 。
表 １ １ｃ ８ ｍ普通 加压 钢 板在 不 同载荷 和 端面 接触 情 况下 的应 力 比值
骨钢 板和 固定螺钉 均采用八点 块体元 ， 有限元 网格 如 图 １２所示 。其 中当钢板 长度 为 １ｅ 、 ５ｍ 时， 骨骼 、 钢板 和螺钉 总计 为 １７７个单 元 ，３ ７ 个 节点 ，８７ ０个 自由度 。其 他情况 下单元 数 ６８ ９ ５０ ２０ １
目与之 近 似 。
圈 １ 普通 钢 板 有限元 网格
内植 物 失败 的 生 物 力 学 分 析 钢 板 安 放 位 置 不 当 正 常 的 四肢 长 骨 干都 是 偏 心 性 负 荷 。本 研 究结 果 显 示 ， 心 载 荷 下 ， Ｊ 偏
应 力 增 大 而 且 应 力 集 中十 分 明 显 ， 大 应 力 由原 来 的 ３ ４５ ａ增 至 ４ ．ＭＰ ， 加 了 ２ ． ％。 最 ４．０ ＭＰ １６ ａ增 ０６ 如 果 骨 折 端 没 有 紧 密 接 触 ， 大 应 力 将 增 加 ７ ．％ 。 因 此 ， 骼 受 偏 心 载 荷 时 钢 板 的安 放 位 置 最 ８６ 骨
同性 材 料 ， ｌ＝Ｅ Ｅ ２＝ １ ． Ｇ ａ Ｅ ６ ５ Ｐ ， ３＝ １ ． Ｇ ａ ｌ ｔ ＝０ ３ ， ２＝０ ５ ， ｌ ８ ３ Ｐ ， ３＝ｔ３ ． ２ ｌ ｚ ． ８ Ｇ３＝
Ｇ１ ２＝５． ２ＧＰ ￣ｔ］ ２ ａ
＝６ ９ Ｇ ａ ．３ Ｐ ，
计算分析 软件 采 用 大 连 理 工 大 学 工 程 力 学 系 提 供 的 大 型 有 限 元 分 析 软件 Ａ Ｓ Ｓ６ １ 本 。 Ｎ Ｙ ． 版
Ｆ ｇ １ Ｆ ＿ ｓ ｏ ｉ ． Ｆ ｄ ｍｅ ｈ ｏ ｃ ｍｍｏ ｌｔ ／ ｆ ｎ ｐａｅ
图 ２ 骨 骼 钢 板 系 统 有 限 元 网 格 圈
ｒ ｇ． Ｆ Ｍ ｓ ｆｂ ｎ ｉ ２ Ｅ ｍｅ ｈ ｏ ｏ ｅ— ｐａ ｅ ｓ ｓ ｍ ｌ ｔ ｙ ｔ ｅ
【 稿 日期 】 ２Ｏ — ９ ７ 收 ０２ ０ —１
Ｉ 作者 筒介 】 赵 文 志（９５ ， ， 士生 ， 授 ， 究方 向 ： １ 一）男 博 ６ 副教 研 骨与关 节 损伤 及生 物力 学 【 叠讯 作者 】 赵文 志 ，ｅ：（４１４７２１ ３５ 或 ３５ ， —ｎ ｉ ｄａ ＠１３㈣ Ｔｌ ０１）６ １９ — ０１ ０３ Ｅ ｌｌ ｒ￣ ６ ． ｌ＊ ｆ．
骨折 内 固定 的 力 学 原 理
加压 钢板 固定骨折 时 ， 弯矩 和横 向力常 由接 触 区域 的压 力产生 的反应 力来平衡 ， 而扭转和轴 向力经 常直接 由螺钉或 螺钉依靠接骨板 与骨之 间的摩擦 来 传递 。螺钉 发挥 锚 的作用 ， 的轴 向 它 力 使 接 骨 板 同骨 质 紧贴 ， 骨 承 受 载 荷 时 ， 与板 界 面 产ห้องสมุดไป่ตู้生 很 大 的 摩 擦 力 ， 样 获 得 了钢 板 与 骨 在 骨 这 界 面力的静止性 的刚性 传导 。骨折 内 固定除 了应达 到解剖复位 、 稳定有效 固定促进骨折 愈合外 ， 还要 符合 力学原则 和医学原理 。接 骨板应 以张力带原 则 固定 ， 形成坚 固的力学 系统 ， 进行 内力 分
５例 ， 中段 １ １例 ， 段 ４例 ； 折 ８例 ， 折 ７例 ， 碎 折 ３例 。胫 骨 骨 折 ｌ 下 横 斜 粉 ０例 ， 段 ３例 ， 中 中下 段 ７例 ； 折 ２例 ， 折 ５例 ， 碎 折 ３例 。 肱 骨 骨 折 ４例 ， 为 肱 骨 干 斜 折 ； 后 失 败 时 间 最 短 ｌ 横 斜 粉 均 术 ｌ 天 ， 长 ６个 月 。失 败 的 具 体 原 因 分 析 见 表 ５ 最 。
临 床 资 料
本组 患者 ３ 例 ， ２ 例 ， ７ 。年龄 １ — ２ ， ４ 男 ７ 女 例 ８ ６ 岁 平均 ３ ． 。股骨骨折 ２ 例 ， 中上段 ４６岁 ｏ 其
医用 生 物力 学
５２
２０ 年 ３ 第 ｌ 卷 ０３ 月 ８
第ｌ 期
Ｊｕｎ ｌｏ ｄｃ ｌＢｏ ｅ ａ ｉｓ ｏ ｒａ ｆＭｅ ｉａ ｉｍｅ ｈ ｎｃ ，Ｖｏ ． ８ Ｎｏ １ １１ ． ，Ｍａｃ ２ ０ ｒｈ ０３
Ｔｂ． Ｔ ｅｍａｉ ｍｎｓ ｅｓｖｌｅｉ ｅｌ ｌ ｅ０ ｉｅｅｔ ａ ２ ｈ ｘ ｍ ｒ ａ ｓ ｅ ｐａ ｆｄ ｒｎ ｔｓ ｕ ｎｔ ｔ ｆ ｌ ｕ ｄｒｄ ｅ ｎ ｒｓ—ｓｃ ｏ ｏ ｔ ｔ ｏｄ ｏ ＭＰ ） ｎｅ ｉ ｒ ｔ ｏｓ ｅｔ ｎｃｎａ ｎｉ ｍ（ ａ ｆｅ ｃ ｉ ｃｃ ｆ ｉ
赵 文 志 ， ． 通加 压 钢板 固定 术后 内植物 失 败 的生物 力学 分 析 等 普
５ １
载 荷 的简 化 和 材 料 性 质
载荷采用 ７ ｌ 体 重的成年人缓 慢行走单足承 受的弯矩 。假设钢板 螺钉 均为各 向 同性材料 ， ０ｇ 【 且 材 料 性 质 相 同 。弹 性 模 量 Ｅ＝１５ Ｐ ， 松 比 ＝０．５ 剪 切模 量 Ｇ＝５ Ｇ ａ ２Ｇ ａ泊 ２， ０ Ｐ 。股 骨 为 横 观 各 向
合计
６ １ ４ ２ ５ ３ ７ ４ ３ ４
１ ２
塑堑亟量堡鳖
合 计 ２
．
２
讨
论
金属 内植 物 的松动 、 曲和折 断 ， 弯 其原 因错综复 杂 ， 现把 有 限元分 析结 果 同临床病 例资 料相 结合 ， 就生物力学 方面 的原 因作 初步分析 ， 有待于在试验 研究和 临床实践 中验证 和探 索 。
配， 对抗 张力 和转 化张力 为压 力 ， 骨折端 紧密接触 ， 使 增加接 触面压力 Ｊ 。骨折 的修 复和重建 依
赖 于其 断 端 的载 荷 情 况 和 力 学 环 境 ， 同 的应 力 可 能 会 最 终 决 定 间 充 质 细 胞 的 分 化 方 向 与 修 复 不 机 制 ］ 。在 利 用 钢 板 治 疗 骨 折 时 应 充 分 考 虑 它 们 所 产 生 的 力 学 效 果 。
医用 生 物力 学
２０ ０ ３年 ３月 第 ｌ ８卷
第 １ 期
Ｊｕ ｎ ｌｏ ｄｃ ｌＢ ｏ ｃ ａ ｉｓ ｏ ｒａ ｆＭｅ ｉａ ｉｍｅ ｈ ｎｃ ，Ｖｏ． ８ Ｎｏ． ，Ｍａｃ ２ Ｏ １１ １ ｒｈ ０ ３
【 文章编号】 １０ —７ ２ （ ０ ３ ０ —０ ５ ０ ４ ２ ０ ２ ０ ） １ ０ ０—０ ５
【 关键词】 普通加压钢板 ； 内植物失败 ； 限元方法 ； 有 生物力学 【 中圈分类号 】 Ｒ３８０ ； ７３ １．１Ｒ６ ． ８ ２ 【 文献标识码】 Ａ
加 压 钢 板 固定 治 疗 长 骨 骨 折 是 骨 科 最 常 用 的 手 术 方 法 之 一 。伤 肢 的 迅 速 恢 复取 决 于 骨 折 块 的 解 剖 复 位 ， 折 块 和 软 组 织 良好 的 血 运 ， 足 局 部 生 物 力 学 要 求 的 内 固 定 及 早 期 、 动 无 痛 的 骨 满 主 活 动 ， 中 完 整 无 缺 的 内 固定 是 以 上 诸 因 素 的 先 决 条 件 ｕ 。 我 院 自 １９ 其 Ｊ ９０年 至 ２Ｏ Ｏ２年 共 收 治 内
十分重要 。骨 的偏心载荷是 在一侧皮质 为张力 ， 另一侧 为压力 。将 钢板安放 在骨骼 的张力侧 ， 偏 心载荷增加 时 ， 钢板 可阻止张力侧 骨折间隙 的增大 ， 同时钢 板对侧 的皮 质可产生压力 ， 符合 “ 理论 上 无 预 应 力 的钢 板 ， 固定 在 骨 骼 的 张 力 侧 ， 若 当肌 肉收 缩 或 肢 体 承 重 时 它 将 处 于 张力 状 态 具 有 张 力 带 作 用 。这 个 张 力 导 致 轴 向 加 压 … 。有 分 析 显 示 ， 板 安 放 的位 置 对 钢 板 一骨 骼 系 统 的 刚 度 ” 钢 以及钢板所要 承受 的荷 载是大不相 同的 ， 钢板安 放张 力侧 时 ， 钢板 一骨骼 复合 梁 的刚度 最大 ， 其 抵抗外界 载荷 时变形最小 。如果将钢板 置于压力侧 ， 钢板 对 侧 的皮质 骨 由于弯 曲张 力 的作 用 而
固定物松动 、 曲 、 弯 变形 、 脱落 或折断 的患者 ３ ４例 ， 由于骨折 块 间失去 坚强 而有 效 的 内固定 而不 能 正 常 愈 合 ， 需 二 次 手 术 ， 病 人 和 社 会 带 来 沉 重 负 担 。本 文 用 有 限 元 方 法 对 普 通 加 压 钢 板 固 均 给 定股骨干骨折 模型进行 生物力 学分 析 ， 合 临床 失败 病例 ， 图用生 物 力学 原则 分析 其 失败 原 结 试 因， 以利临床合理选 择和使用 内 固定物 ， 促进伤肢 的迅速恢复 。 一
【 摘要 】 目的
探讨内固定失败的生物力学原 因。方法
在用有 限元方法对普通加压钢板固定
除 手术 操 作 和
股 骨 干骨 折 进行 应 力分 析 的基 础上 ， 分析 了内植 物失 败病 例 ３ 例 的 失败 原 因 。结 果 － ４
内植 物 自身 的缺 陷外 ， 多 因素 如钢板 的安 放位 置 、 许 钢板 长 度 、 钉 安 放 不 足 、 钉 选 择 不 当 、 折 端 螺 螺 骨 有间 隙 、 皮质 有 缺损 等 方 面均 影 响骨折 的 稳定 性 和 钢板 的安 全性 。结 论 骨 应 强 调 骨 折 内 固定 中的 生物 力学 原 则 ， 可能 避 免应 力 集 中 ， 尽 以保 证 内植 物确 实达 到 坚 强有 效 的 内固定 作用 。
材 料 和方 法
有 限 元 模 型
考 虑 股 骨 中段 横 折 、 折 、 碎 折 三 种 情 况 ， 折 模 型 取 股 骨 直 径 ３ ｍ 骨 干 长 ２ ０ ｍ， 钉 斜 粉 骨 ０ ｍ， ２ｒ 螺 ａ 直径 ４ｍ 螺钉 长 ３ｒ ５ ｍ， ８ ｍ。普 通 钢 板 的 长 度 分 别 选 取 ８ １ 、５ １ ａ 、２ ｌ 、８和 ２ ｅ ０ ｍ。
加 压 钢 板 固 定 术 后 内植 物 失 败 的 生 物 力 学 分 析
赵 文 志 。 迎 曦 ，刘 ，张 军 ，李 宝文 。 ，杨 梁
（ ．大 连 医科 大学 第 二临 床学 院骨科 ， １ 大连 １６２ ； ． 连理 工 大学 工 程力 学 系 ， １０ ３ ２ 大 大连 １６２ ） １０４
缺 损 部位
最 大 应力 值 （Ⅱａ ｈ ，）
应 力集 中 的位 置
表 ４ 钢板 危 险处 及螺 钉应 力集 中处 的位 置和 应 力值 Ｔｂ ４ Ｄ ｎｅ ｕ ｔ ｎ ａｉ ｎｓｅｓｖｌ ｓｎｓ ｅ ｌｅａ ｄｓｒ ａ ． ａｇｒ ｓｓｅａｄｍ ｘ ｏ ｉ ｍｍ ｒ ａ ｅ ｔ ｌ ａ ｎ ｉ ｔｓ ｕ ｉ ｅ ｐ ｔ ｃｗ
Ｔ ｂ． １ Ｉ ｔ ｓ ｏ ａ ｉ ｎ ｕ ｄ ｒｄｆｅｅ ｔ ｏ ｄ ｔ ｎ ｏ ８ ｍ ｏ ｏ ０ 鹏 踞ｉｇ ｐ ａｅ ａ １ １ｅ ｓ ｅ ｓ ｃ ｍｐ ｒｓ ｎ ｅ ｉ ｒ ｎ ｎ ｉ ｏ ｆ １ ｃ ｃ ｍｍ ｎ ｃ 啤 ｒ ｏ ｃ ｉ ｎ ｌｔ
表 ２ 不 同钢板 长 度在 不 同断 面接 触情 况 下 的最大 应 力值 Ｉ ａ 加））