肩关节复合体模型构建及该领域有限元研究与进展

背景:肩关节作为人体上肢的一个非负重关节,被认为是灵活性与稳定性的完美折中。肩关节传统实验力学研究受限于体内结构的复杂性及测量技术、伦理问题等,存在一定的局限性。将有限元分析方法应用于肩关节领域研究,对肩关节疾病探讨、手术方式决策等方面提供了有价值的参考结论。目的:综述肩关节领域的有限元研究现状,对后续研究前景提出展望。方法:使用计算机在PubMed、Web of Science及中国知网、万方数据库已发表的文献中,检索使用有限元分析方法研究肩关节复合体相关疾患的相关文献。中文检索词:“肩关节、有限元分析、肩袖损伤、盂唇、肩关节置换”,英文检索词:“FE、should joint、glenohumeral joint、rotator cuff tears、glenoid labrum、shoulder arthroplasty”。检索时限重点在2010年1月至2023年1月,对部分重要文献另加以追踪并检索、阅读。结果与结论:①随着模型数据的网络公开化及相关模型数据库的建立,现如今的有限元研究越来越具备规范化、数据可复制性。②经广泛验证的肩关节有限元模型,深化了对肩关节领域的理解,从而实现更高效的临床决策。③随着计算机技术及软件开发等方面的不断发展,未来的有限元研究必然成为临床科研工作不可或缺的实用工具。

下肢巨大破骨细胞样巨细胞未分化肉瘤1例

1临床资料患者王某,男,60岁,因发现右大腿后侧肿物半年余,肿物逐渐增大伴疼痛4个月,于2020年10月9日收住我院。患者半年前发现右股部后侧肿物,初如鸡蛋大小,局部无红肿,无疼痛,无局部发热,皮温不高,不影响髋膝关节活动,未行特殊治疗,后逐渐增大;近4个月来无明显诱因出现右侧大腿后侧胀痛,伴有膝关节伸直及髋关节屈曲障碍,无局部发热及皮温升高,未出现下肢放射痛及其他关节疼痛,无远端肢体麻木,无肌力减退。患者既往体健,无外伤及手术史。体检(图1):右侧大腿后侧见局部皮肤隆起,皮肤表面呈花斑样,可扪及一肿物,皮温不高,质韧,局部轻压痛,界限不清,波动感,肿物与周围组织固定,移动度差,大小约20 cm×15 cm×7.5 cm。

髓内钉和钢板3种固定组合治疗成人前臂双骨干骨折生物力学三维有限元分析

目的 采用三维有限元方法分析髓内钉和钢板3种固定组合治疗成人前臂双骨干骨折整体生物力学特征。方法 采集志愿者右前臂中立位CT影像数据,建立A3.2型前臂双骨干骨折模型,同时建立双骨钢板固定、双骨髓内钉固定、桡骨钢板尺骨髓内钉固定3种内固定组合模型。将骨折模型与内固定组合模型进行装配,最后应用Ansys软件进行加载、运算,分析不同模型的骨折线处及与骨质连接处应力,前臂远端尺桡骨的位移分布及位移峰值,前臂骨折端尺桡骨平均应力。结果 在100 N垂直载荷条件下,双骨钢板固定组合模型内固定承受载荷最大,双骨髓内钉固定组合模型和桡骨钢板尺骨髓内钉固定组合模型内固定承受载荷最小,其中桡骨钢板尺骨髓内钉固定组合模型内固定承受载荷更均匀、更分散,力的传导性更好;双骨髓内钉固定组合模型的桡骨远端位移最小,双骨钢板固定组合模型的桡骨远端位移最大。在1 000 Nmm扭转力矩条件下,双骨钢板固定组合模型内固定承受载荷最大,双骨髓内钉固定组合模型承受载荷最小,钢板、髓内钉混合固定组合模型内固定承受载荷更均匀、更分散,力的传导性更好;桡骨钢板尺骨髓内钉固定组合模型与双骨钢板固定模型位移均较小。结论 相较于双骨钢板固定组合、双骨髓内钉固定组合,桡骨钢板尺骨髓内钉固定组合对于A3.2型前臂双骨干骨折可提供更好生物力学稳定性,可以为骨折提供更好的愈合环境。

Dubberley IIA型肱骨小头骨折内固定的有限元分析

[目的]采用有限元法比较克氏针(Kirschner wire,KW)、Herbert螺钉(Herbert screw,HS)、微钢板(mini plate,MP)、微钢板+克氏针(MP-KW)、微钢板+Herbert螺钉(MP-HS)固定Dubberlery IIA型肱骨小头骨折的生物力学特点。[方法]采集志愿者的右肘中立位CT影像数据,运用Mimics、3-matic软件建立DubberleyIIA型肱骨小头骨折模型,在此基础上分别建立KW、HS、MP、MP-KW、MP-HS固定模型。在ANSYS软件中添加不同载荷,分析骨折端位移量及内固定应力分布。[结果]骨折端位移量,伸直载荷下由大到小依次为KW>HS>MP-KW>MP-HS[(2.7±0.1)mm,(0.7±0.0)mm,(0.4±0.0)mm,(0.2±0.0)mm,P<0.05];屈曲载荷下由大到小依次为KW>HS>MP-KW>MP-HS[(2.0±0.0)mm,(0.6±0.0)mm,(0.3±0.0)mm,(0.2±0.0)mm,P<0.05];扭转载荷下依次为KW>MP-KW>HS>MP-HS[(2.0±0.0)mm,(1.1±0.0)mm,(0.8±0.0)mm,(0.6±0.0)mm,P<0.05]。骨折线处内固定应力,伸直载荷下由大到小依次为KW>HS>MP-KW>MP-HS[(8478.5±30.1)MPa,(1790.3±33.8)MPa,(1173.4±32.7)MPa,(645.3±3.5)MPa,P<0.05];屈曲载荷下次为KW>HS>MP-KW>MP-HS[(4540.2±60.0)MPa,(1331.9±6.5)MPa,(824.8±4.9)MPa,(450.9±2.7)MPa,P<0.05];扭转载荷下依次为KW>MP-KW>HS>MP-HS[(6260.4±39.6)MPa,(2786.6±4.0)MPa,(1141.0±35.7)MPa,(1050.9±26.6)MPa,P<0.05]。[结论]对于DubberleyIIA型肱骨小头骨骨折,微钢板+Herbert螺钉可提供更好的生物力学稳定性,可以为骨折提供更好的愈合环境。

三维有限元分析在髌骨骨折治疗中的应用与研究进展

髌骨骨折占全身骨折的0.5%~1.5%,其手术方式以多样的骨折内固定为主,针对临床中不同类型、不同程度的骨折,适当的术前规划和骨折固定方案的选择对于手术治疗至关重要。三维有限元分析对膝关节生理、病理状态的机理模拟可得到近乎真实的数据结果,现已被成功应用于人体骨骼、关节系统及相关韧带、肌肉等软组织的模拟研究,推动了骨科生物力学领域的进步发展,并在髌骨骨折治疗中的术式改进、内固定物设计等方面表现出色。本文归纳整理近年来国内外运用有限元技术研究髌骨骨折治疗问题的文献资料,通过对有限元技术在髌骨骨折生物力学研究及手术治疗中的应用进展进行回顾及展望,以期能为临床手术治疗方案的选择提供更加全面和系统的理论依据。