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内侧开放高胫骨截骨在不同外翻角及后倾角下的有限元分析

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Abstract

缩略语/符号说明

前言

研究现状、成果

研究目的、方法

一、高胫骨截骨后不同外翻角对胫骨的生物力学影响

1.1对象和方法

1.1.1临床病例的选择

1.1.2 实验设备

1.1.3双下肢模型的建立

1.1.4截骨矫形

1.1.5高胫骨截骨不同外翻角模型的构建

1.1.6网格划分和材料赋值

1.1.7边界条件和负荷加载

1.2结果

1.2.1模型有效性的验证

1.2.2不同外翻角下胫骨截骨后的生物力学变化

1.2.3不同外翻角下骨块的生物力学特点

1.2.4不同外翻角下锁定钢板的生物力学特点

1.3讨论

1.3.1有限元分析和内固定系统的应用

1.3.2高胫骨截骨后外翻角变化的生物力学分析

1.4小结

二、高胫骨截骨后不同后倾角对胫骨的生物力学影响

2.1对象和方法

2.1.1胫骨平台后倾角的测量及调整

2.1.2不同后倾角模型的构建

2.1.3有限元模型的分析

2.2结果

2.2.1不同后倾角下胫骨近端的生物力学

2.2.2不同后倾角下骨块的生物力学

2.2.3不同后倾角下钢板的生物力学

2.3.1胫骨后倾角的测量和建模

2.3.2后倾角变化下的生物力学分析

2.4小结

结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

综述

高胫骨截骨治疗单间室膝关节骨性关节炎的进展

综述参考文献

致谢

个人简历

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摘要

目的:(1)通过有限元分析方法研究膝关节骨性关节炎行内侧开放高胫骨截骨术后不同外翻角对矫形后胫骨应力分布和稳定性的影响。(2)研究在相同外翻角下胫骨的后倾角对高胫骨截骨术后应力分布及稳定性的影响。 方法:(1)选取临床诊断为内侧间室膝关节骨性关节炎病例1例,术前双下肢进行CT扫描。然后将CT数据导入计算机三维重建软件Mimics17.0中进行三维模型重建。在三维模型上按照高胫骨截骨原则确定截骨位置及方向,在冠状面上矫正下肢机械轴,使其分别通过自内侧平台起胫骨平台的50%、55%、60%、65%、70%位置。随后在Geomagic studio中进行光顺降噪处理,将数据导入SolidWorks软件中构建模型。每个模型楔形开口处植入大小合适的松质骨块,与TomoFix钢板进行有限元模型的装配。将装配好的模型导入到网格划分软件Hypermesh中进行网格划分及材料属性的定义。最后在有限元处理软件Aabaqus中约束边界条件,分别施加1000N、1500N、2000N的轴向载荷及20NM的扭转载荷,比较不同外翻角下高胫骨截骨模型的应力分布、应力峰值、位移大小。(2)高胫骨截骨后将外翻角维持在下肢机械轴通过胫骨平台55%的位置,在矢状面上旋转胫骨,使胫骨的后倾角分别为4°、7°、10°、13°,按照第一部分的步骤进行有限元模型的装配,同样施加1000N、1500N、2000N的轴向载荷及20NM的扭转载荷,比较不同后倾角下模型的应力分布情况。 结果:(1)在轴向载荷下,不同外翻角下高胫骨截骨模型应力集中趋势无明显差异,均位于胫骨外侧合页点处。胫骨所承受的最大应力峰值在胫骨平台55%时最小,50%时最大。钢板的应力集中区域在前侧缘和最后一枚螺钉处,同样钢板应力集中部位不随外翻角变化而改变,各组应力均小于100MPa。随着载荷的增加,胫骨及钢板的应力逐渐增大,位移逐渐增加,各组间位移差别不大,相差在1mm内。骨块应力变化特点与胫骨保持一致,在骨块内侧尖端为应力集中部位,随外翻改变未见明显变化。(2)在轴向载荷下,后倾角的变化对胫骨和钢板应力分布情况无明显影响,仍然集中于胫骨外侧合页处和钢板前侧缘、最后一枚螺钉。但是,从骨块的应力云图上可以发现应力集中部位随着后倾的增大自后内侧向前内侧移动。当后倾角10°时,胫骨所受的最大应力明显小于其他三组。在扭转载荷作用下,应力云图无明显变化,各组间胫骨的位移大小无明显区别。 结论:(1)内侧开放楔形高胫骨截骨后,胫骨的应力集中区域位于胫骨外侧合页处;当下肢机械轴通过自胫骨内侧起55%胫骨平台位置时,生物力学性能更加稳定。(2)在相同外翻角下,胫骨后倾角在截骨矫形中维持原来位置时所受应力最小,提示临床中保持后倾角的重要性。

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