桡骨远端FrykmanⅧ型骨折钢板固定有限元模型的建立及力学分析

背景:临床中对于桡骨远端骨折或是关节脱位的治疗普遍比较重视,但却很少关注尺骨茎突骨折,而且对尺骨茎突骨折是否需要固定存在争议。骨科生物力学研究中,选用尸体实验可能会遇到尸体模型选择标准不一以及力学测量手段不同等问题。目的:选用有限元分析方法,基于Mimics软件构建桡骨远端FrykmanⅧ型骨折钢板螺钉固定的有限元仿真模型,并设定工况与载荷进行力学分析,希望给此类骨折修复方案的选择提供参考。方法:基于1例健康志愿者的前臂及手部CT图像建立正常腕关节三维有限元基础模型,调试后通过轴向加载100 N应力得出桡骨远端的应力分布云图,与文献中尸体实验数据对比来验证模型的有效性。通过有限元相关软件分网、切割造模建立桡骨远端FrykmanⅧ型骨折合并尺骨茎突Ⅰ型和Ⅱ型骨折的2种有限元模型,并完成桡骨远端钢板螺钉固定模型的组装。在旋转工况下设定载荷,分析2个模型中钢板内植物单元的应力分布、下尺桡关节的相对位移及尺骨茎突骨折端位移的变化情况。结果与结论:①建立并验证了正常腕关节的三维有限元模型,以此为基础延伸建立出桡骨远端FrykmanⅧ型骨折合并尺骨茎突Ⅰ型和Ⅱ型骨折桡骨远端钢板螺钉固定的2种有限元模型;②在设定相同旋转载荷条件下,桡骨远端FrykmanⅧ型骨折合并尺骨茎突Ⅰ型骨折的钢板固定模型中钢板单元承受的应力及应力分布范围均小于合并尺骨茎突Ⅱ型骨折钢板固定的骨折模型,下尺桡关节的相对位移值及尺骨茎突骨折端位移值也小于后者;③提示构建的腕关节三维有限元模型可用于腕部骨折的力学机制分析;通过有限元分析研究显示,桡骨远端FrykmanⅧ型骨折中尺骨茎突骨折会影响下尺桡关节的稳定性,其中合并有尺骨茎突Ⅱ型骨折时较为明显,可以给此类骨折修复方案的选择提供一定的临床参考。