原生喙锁韧带及柔性重建后有限元仿真和实验测试

背景:对于以喙锁韧带断裂造成的肩锁关节脱位,单束和双束重建为常见修复方式,深化研究对比二者修复的应力分布和骨折风险具有重要意义。目的:研究喙锁韧带的生物力学性能,对比单束和双束重建肩锁关节的固定效果、应力分布和破坏形式。方法:①有限元仿真分析:利用Mimics、Wrap和SolidWorks软件分别建立正常喙锁韧带、单束重建和双束重建肩锁关节模型,利用Ansys软件分析锁骨垂向受载时各模型肩胛骨和锁骨的应力和变形情况;②标本实验:取15个完整的人体肩胛骨-锁骨标本,随机分为5组处理,每组3个:A组切断肩锁韧带,保留完整的喙锁韧带;B组切断肩锁和斜方韧带,保留完整的锥状韧带;C组切断肩锁和锥状韧带,保留完整的斜方韧带;D组切断肩锁和喙锁韧带,采用单束重建修复喙锁韧带;E组切断肩锁和喙锁韧带,采用双束重建修复喙锁韧带。利用力学试验机进行力学实验,分析肩胛骨和锁骨的生物力学状态、应力分布和破坏形式。结果与结论:①有限元仿真分析:正常喙锁韧带附着标本喙突的平均应力最小,其相对于单束和双束重建模型喙突骨折的风险较小;单束和双束重建模型的喙突平均应力相当,二者骨折风险接近;②标本实验:A-E组标本的刚度分别为(26.4±3.5),(19.8±2.8),(21.3±3.2),(57.7±4.1),(46.2±2.8)N/mm,极限载荷分别为(545.5±53.7),(360.1±42.1),(250.9±44.4),(643.5±39.1),(511.9±31.7)N,D、E组标本的整体刚度高于A组(P=0.00006,0.0003),D组极限承载高于A组(P<0.05),E组极限承载和A组无差异(P>0.05);A-C组为韧带断裂,D、E组为喙突骨折;③结果显示:从生物力学角度分析,对于肩锁关节脱位中的喙锁韧带断裂,单束和双束重建均为有效的治疗技术,但均增加了骨折风险,其中双束重建分散了钢板应力、减小了钢板和骨质的接触力,但稍微降低了极限承载力,应根据临床实际情况选用单束或双束重建。