镁合金中空螺钉固定治疗ⅡA型齿状突骨折的三维有限元分析

目的：建立正常枢椎及中空螺钉固定ⅡA型齿状突骨折的三维有限元模型，分析镁合金螺钉固定ⅡA型齿状突骨折的稳定性。方法：通过CT扫描1例正常成年男性志愿者颈椎获取枢椎的空间结构信息，导入三维重建软件Mimics 10.01、Solidworks 2010，建立正常枢椎及中空螺钉固定ⅡA型齿状突骨折的三维有限元模型。在有限元软件Ansys 13.0中分析正常枢椎模型、ⅡA型齿状突骨折中空螺钉（镁合金螺钉、钛合金螺钉）固定模型，分别模拟颈椎后伸、前屈时受到水平载荷50N、100N、150N、200N的作用力及颈椎旋转时分别受到50N·mm、100N·mm、150N·mm、300N·mm扭矩时，测量齿状突的最大位移与最大应力、枢椎椎体的最大应力及螺钉的最大应力。钛合金螺钉弹性模量为108000MPa，屈服强度为930MPa；镁合金螺钉弹性模量为45000MPa，屈服强度为193MPa。结果：所建正常枢椎及ⅡA型齿状突骨折中空螺钉固定有限元模型外形逼真，几何相似性好。颈部前屈、后伸、旋转三种活动状态下，受到不同载荷时镁合金螺钉的最大应力均小于钛合金螺钉，两种螺钉的最大应力均小于其屈服强度；两种材料中空螺钉固定的ⅡA型齿状突骨折模型中齿状突、枢椎椎体的最大应力均小于皮质骨应力阀值（200MPa），齿状突的最大位移是正常枢椎齿状突最大位移的5~8倍，均小于1mm（有限元模型中网格大小为1mm）。结论：应用CT扫描获取枢椎空间结构信息建立的枢椎三维有限元模型可用于生物力学实验，镁合金中空螺钉在固定ⅡA型齿状突骨折时足以维持其稳定性。

枢椎齿突Ⅱ型骨折中空螺钉固定的三维有限元分析

目的建立枢椎齿突Ⅱ型骨折螺钉固定的三维有限元模型,分析不同材料螺钉内固定对齿突Ⅱ型骨折术后稳定性的影响。方法通过CT扫描获取枢椎的空间结构信息,建立其三维有限元模型。模拟齿突骨折螺钉固定术后的受力情况,比较镁合金、钛合金两种材料螺钉固定下骨折端前后位移和骨折面及螺钉所承受的应力大小。结果 (1)所建枢椎有限元模型外形逼真,几何相似性好,共包含为32929个四面体单元、59265个结点;(2)头部后伸、前屈活动时,钛合金螺钉最大应力分别为42.3MPa、62.8 MPa,上骨折端最大位移分别为0.028mm、0.040 mm,;镁合金螺钉最大应力分别为33.6 MPa、52.1MPa,上骨折端最大位移分别为0.036mm、0.056mm。结论应用CT扫描获取枢椎空间结构信息建立的枢椎模型可用于生物力学实验,两种材料的螺钉固定枢椎齿突II型骨折时其最大应力均小于其材料的屈服强度,骨折端应力镁合金组大于钛合金组。

应用有限元分析优化设计应用于踝关节骨折可吸收镁合金螺钉的研究

目的探讨不同设计对于可吸收镁合金螺钉力学性能的影响,优化设计出可吸收镁合金螺钉。方法采用Solidwork软件对HA4.0标准螺钉进行优化设计,改变螺钉内径参数,设计出5种不同参数的螺钉,采用钛合金、不锈钢、聚乳酸、WE43镁合金材料制作。应用Hypermesh 12.0软件进行装配和网格化处理,建立三维有限元模型。应用Abaqus 6.11有限元软件模拟拔出试验和扭转试验。结果在模拟拔出试验中,HA4.0d2-25和HA4.0d2-27螺钉Von Mise最大应力大于其他参数螺钉,其中应力大小依次为不锈钢螺钉、钛合金螺钉、WE43镁合金螺钉、聚乳酸螺钉。设置屈服极限后计算得到HA4.0d2-27螺钉拔出力最大。在模拟扭转试验中,WE43镁合金材料HA4.0d2-27螺钉Von Mise应力最小。结论 HA4.0d2-27螺钉的设计方案为镁合金螺钉最优方案。

镁合金中空螺钉内固定齿状突ⅡA型骨折生物力学研究

目的研制应用于齿状突ⅡA型骨折前路内固定的新型镁合金中空螺钉,并进行生物力学研究。方法将30个新鲜人体枢椎标本,根据年龄、性别、齿状突大小配对分为2组:镁合金螺钉组、钛合金螺钉组。将2组枢椎按齿状突ⅡA型骨折锯断,造成统一齿状突骨折模型,分别用镁合金螺钉、钛合金螺钉固定,在生物力学机上测量不同垂直负荷下齿状突载荷-位移关系、扭矩-位移关系及最大拔出力。结果分别加载不同垂直负荷作用于齿状突矢状面,当加载负荷<400 N时,两组的位移差异无统计学意义(P>0.05),当载荷>500 N时骨折端产生的位移差异有统计学意义(P<0.05)。当颈部受到<100 N/mm扭矩时两种材料螺钉固定的齿状突位移差异无统计学意义(P>0.05),但当扭矩>200 N/mm时两者的位移差异有统计学意义(P<0.05)。结论镁合金中空螺钉在固定齿状突ⅡA型骨折端时足以防止前后移位的发生,但抗扭转能力较差,建议术后予以颈托制动。

枢椎影像学测量与镁合金中空拉力螺钉设计与制作

目的研究正常人齿状突及Ⅱ型齿状突骨折的基本影像数据,指导设计Ⅱ型齿状突骨折的内固定可降解AZ31B镁合金中空螺钉设计与制作。探讨采用镁合金中空拉力螺钉治疗Ⅱ型齿状骨折的可行性。方法来自广州军区广州总医院的正常成人齿状突螺旋CT影像资料150份,Ⅱ型齿状突骨折影像资料43份,在计算机上采用螺旋CT的影像标尺直接测量枢椎的总高度、齿状突长度、骨折线距齿状突尖的距离、齿突后倾角及枢椎可供中空螺钉固定长度。根据影像学数据设计出理想的镁合金中空螺钉并在6具尸体标本模拟ⅡB型齿状突骨折镁合金中空螺钉内固定,术后目测骨折端即时稳定性。结果枢椎高度为(35.11±4.15)mm,齿状突长度(14.99±1.26)mm,齿状突基底的冠状径为(8.94±1.26)mm,矢状径为(10.20±1.02)mm,骨折线距齿状突尖的距离为(10.49±1.75)mm,进针后倾角(17.56±5.29)°。结论国人Ⅱ型齿状突骨折内固定的螺钉长38 mm,直径3.5 mm,远端螺纹长约1 cm较合适。设计出可降解AZ31B镁合金中空螺钉外表美观,与临床使用钛合金中空螺钉外形基本相符,操作便利,目测骨折端即时稳定性好,为下一步行生物力学检测提供依据。