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目的:
1.应用快速应用程序开发工具Delphi及Oracle数据库建立集建模、有限元分析、内固定设计等功能为一体的骨科数字化手术系统。
2.应用所研发的骨科数字化手术系统,比较胫骨平台骨折所采用的两种内固定方式,即解剖钢板固定和LISS钢板固定在生物力学上的优劣性,从而对临床手术内固定方式的选择做出指导。
方法:
1.快速应用程序开发工具Delphi提供系统框架、Oracle数据库行使关系型数据存储功能,将Mimics的建模,Ansys的有限元分析及Solidworks的图形处理三个独立的过程集成为骨科数字化手术系统,实现软件操作的任意切换及操作数据的储存、调用。
2.选取胫骨无病变,健康的男性志愿者为实验对象,利用东芝64排螺旋CT对患者胫骨进行扫描,得到的CT图像导入计算机。应用骨科数字化系统Mimics模块进行建模并制作胫骨平台骨折模型,将解剖钢板及LISS钢板分别固定于骨折模型。应用Ansys模块将骨折内固定模型实体化并进行有限元分析。有限元模型的建立方法:模拟患者术后的活动情况,将患者胫骨的受力情况简化为压缩、弯曲及扭转三种形式,并分别加载于解剖钢板内固定模型以及LISS钢板内固定模型上,比较两种内固定的在有三种形式的力的作用下,应力值的大小、应力值的分布以及位移情况,并作出相应的分析。
结果:
1.开发出了集建模、有限元分析、内固定设计等功能为一体的骨科数字化手术系统。
2.建立了胫骨平台骨折内固定模型,并对解剖钢板及LISS钢板进行了有限元分析,有限元分析结果:对解剖钢板施加压缩、弯曲及扭转三种形式的力,结果显示应力主要集中在钢板与螺钉接触部,故此部位钢板及螺钉易磨损甚至断裂。对LISS钢板施加压缩、弯曲及扭转三种形式的力,结果显示应力主要集中在钢板与螺钉接触部,故此部位钢板及螺钉易磨损甚至断裂。两种内固定方式的应力大小比较:解剖钢板压缩、弯曲、扭转的最大应力值分别为:1359MPa、180MPa、72MPa; LISS钢板压缩、弯曲、扭转的最大应力值分别为:340MPa、127MPa、62MPa。解剖钢板应力值普遍大于LISS钢板应力值,因此可认为,LISS钢板的抗疲劳性要优于解剖钢板。
结论:
1.骨科数字化手术系统具有骨折模型的建立、模拟手术操作、内固定选择比较、内固定设计等功能,可用于骨科术前评估及指导治疗。
2.有限元分析结果显示,胫骨平台骨折内固定的应力主要集中于钢板螺钉接触处。LISS钢板最大应力值普遍小于解剖钢板,LISS钢板的抗疲劳性要优于解剖钢板,故可优先选择LISS钢板治疗胫骨平台骨折。
3.应用骨科数字化手术系统,可在现有研究成果的基础上,对LISS钢板进行力学性能上的优化,以为临床治疗提供抗疲劳性好、力学性能完美的骨科内固定器械。