腓骨内植入物材质的选择及螺钉布局方式

为了探究不同螺钉数量的布局方式、接骨板材质对腓骨骨折愈合过程中的影响。利用组合梁理论验证了腓骨内固定模型的有效性后,在ANSYS Workbench中模拟3种腓骨骨折内固定方案术后康复前期、后期的受力过程,分析螺钉的布局方式、接骨板材质对腓骨、接骨板的应力的影响,并计算了骨折区域的应力遮挡率。研究结果表明：B₁、B₂和B₃内固定方案的接骨板应力集中现象均主要在接骨板的中间区域,而腓骨的应力集中现象主要在骨折块末端内侧的螺钉孔处。螺钉的不同布局方式对应力遮挡率的影响小于接骨板材质对应力遮挡率的影响,接骨板材质的杨氏模量越大,对应力遮挡率的影响愈大。从生物力学角度考虑,金属接骨板联接的腓骨内侧表面最容易受到损伤,康复期可佩戴护具来减少损伤。组合方案B₂C₁既能够提供在骨愈合时内固定系统所需的稳定性,也可以保证较低的应力遮挡和足够的刚度,是腓骨远端骨折值得推荐的内固定方式之一。     

基于轴向功能梯度模型的人体胫骨运动力学特性分析

为了研究人体胫骨运动状态时力学特性,采集健康志愿者下肢精细计算机断层扫描图(computed tomography,CT)数据,利用MIMICS构建人体胫骨轴向功能梯度精确三维模型,在ANSYS Workbench中仿真分析人体胫骨运动状态下的应力分布与位移变形情况。模拟正常位姿屈曲状态与动态膝外翻屈曲状态人体胫骨的应力与变形,研究结果表明：①正常位姿组应力集中现象主要发生在胫骨中下段的正面,而动态膝外翻组的应力集中现象主要发生在胫骨中段内侧;②在4种屈曲角度下动态膝外翻组最大等效应力比正常位姿组分别增加了38.8%、39.65%、34.95%、27.52%;③对于胫骨平台而言,两组仿真研究的最大等效应力相差不大,但是正常位姿组等效应力为胫骨内侧大于胫骨外侧,而动态膝外翻组为胫骨外侧大于胫骨内侧。因此相较于正常位姿,动态膝外翻屈曲时,胫骨的应力分布情况发生改变,最大等效应力显著增加,胫骨骨干中段以及胫骨平台外侧为易损区域,日常生活及体育运动时应避免出现动态膝外翻位姿。