投掷性肱骨骨折力学机制及骨退变影响的仿真研究

目的随着人类寿命的延长以及人类竞技运动的增加,肱骨干骨折在临床的病发率正在逐年增加。本文的目的是清楚理解投掷性骨折的力学机制和投掷性骨折与骨退变的关系,对投掷性骨折进行预防。方法依据健康成年的左肱骨医学图像,建立正常肱骨有限元模型,并按照力学性能下降、松质骨体积分数下降和皮质骨厚度下降3种骨退变评定指标构建了骨退变的左臂肱骨有限元模型,研究肱骨在远端固定,肱骨头部受扭矩作用下的破坏行为。结果3种骨退变模型都显示裂纹萌生处均位于肱骨干远1/3区域的肱骨形态过渡交界区域,均在肱骨外侧萌生,初始断裂线与肱骨大约成45°夹角,沿肱骨前侧螺旋向远端扩展,沿后侧螺旋方向向肱骨中段扩展。肱骨骨折所需的断裂扭矩范围在47.334~63.333 N·m之间。肱骨骨折时头部的扭转角度范围在8.42°~11.5°之间。结论投掷性骨折的发生与肱骨结构相关,骨折的原因是拉应力达到了骨抗拉强度的极限,约为67 MPa;3种骨退变模型都可以反映断裂扭矩随着骨退变程度的增加而明显降低的趋势。由于骨干皮质骨厚度容易定量,所以临床医生采用肱骨干皮质骨厚度作为骨退变和骨折风险预测最方便。这些结果也有助于对运动员进行有针对性的训练,减少运动损伤。