胫骨骨折的有限元研究:分析胫骨骨折后的应力分布和位移,为后续的智能传感器监测做准备

目的本研究的目的是通过监测骨折区的生物力学,包括应力分布、最大应力值的变化和位移,来评估骨愈合的过程,从而弥补传统影像学检查的不足,为未来的智能传感器监测奠定基础。方法开发了代表胫骨骨折不同愈合阶段的有限元(FE)模型,应用生理条件下的轴向载荷、扭转载荷、弯曲载荷,模拟正常胫骨应力下LP固定系统的应力应变。结果术后不同阶段骨折区的最大应力值、应力分布、位移均有不同,LP上的应力逐渐减小,而骨痂上的应力逐渐增大,直至术后第12周达到稳定状态,LP和骨痂的位移值随时间减小并趋于稳定,此外,最大应力点的位置随骨愈合过程逐渐变化。结论本研究利用有限元分析,分4个阶段评估胫骨骨折愈合过程中锁定板与骨之间的应力传递和位移。研究结果表明,在各种载荷条件下,锁定板表面的应力逐渐减小,而骨痂上的应力在骨愈合过程中逐渐增大。而且,骨痂和锁定板的位移逐渐减小,第12周后观察到明显变化。在最大应力点方面,在轴向和扭转载荷下,逐渐从骨折端上方第一螺钉与锁定板的连接处向顶部螺钉与锁定板的连接处偏移。传感器的位置可以根据应力分布来确定,应力值可以作为传感器显示值的参考。通过结合这些方面,可以评估骨愈合的程度。这项研究使骨科医生能够监测骨折愈合的进展,而不仅仅依靠影像学检查。此外,它有助于指导患者接受适当的康复训练,以获得更好的康复。