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儿童肱骨髁上骨折的有限元分析

发布于:2016-10-07 14:46
有限元分析

      对于完全移位的儿童肱骨髁上骨折,闭合复位经皮交叉克氏针固定技术因其创伤小、可避免骨折再移位、防止前臂挛缩等优点,成为儿童肱骨髁上骨折最常用的治疗方法之一。但内侧穿针致医源性尺神经损伤较常见,轻者可逐渐恢复,重者则为永久性损伤。为减少尺神经损伤的发生,人们对克氏针的固定方法进行了改良,仅从外侧穿针固定骨折断端。但对于外侧克氏针固定肱骨髁上骨折的稳定性,生物力学研究少见报道。本研究采用有限元分析方法研究外侧克氏针的固定效果,为临床应用提供参考依据和理论支撑。
      选取3名健康男性儿童志愿者,3岁,身高,体质量,无上肢疾患或外伤史,其父母签署知情同意书。行肱骨正侧位L线片,排除肱骨异常病变情况。志愿儿童仰卧位于GM扫描床上,上肢肩关节及肘关节保持中立位,静止状态,使用飞利浦对志愿儿童左侧肱骨进行水平扫描。扫描条件为矩阵,扫描范围由肩关节至肘关节。将得到的二维断层扫描图像输入工作站并以数字化三维医学影像处理App,根据GM序号自动读入全部图像,指定上端及下端平面界线,App自动识别图像前后方向,建立三维立体坐标系。依据肱骨剖解结构确定GM图像的阈值范围为,在阈值范围内,对扫描数据进行筛选处理,提取肱骨骨组织,去除伪影,利用基于灰度值的阈值分割提取#区域增长#形态学操作等功能将肱骨与其他组织分离,生成二维三角形单元包裹的几何面,计算(三角面片表征)然后得到肱骨三维模型,并进行高斯运算光滑壳模型表面, 中建立克氏针模型,设定克氏针光滑无螺纹,直径,以文件导入切割工具将已生成的肱骨三维模型于髁上区切开的裂隙,模拟骨折线,并予布尔运算将不同方式固定的外侧克氏针与肱骨装配将不同克氏针固定的儿童肱骨髁上骨折三维模型文件导入,对面网格进行重划、优化,利用自动划分体网格功能,采用单元,生成三维3节点四面体实体单元。界定阈值在为松质骨,为皮质骨,并分别定义材料属性,得到克氏针固定儿童肱骨髁上骨折有限元模型不同克氏针固定儿童肱骨髁上骨折模型的有限元分析。
      实验中不考虑克氏针在肱骨内的微动,耦合交界面附近不同组件的节点相同的自由度。对已经构建的儿童肱骨髁上骨折三维有限元模型定义边界条件:设定Lp构成的平面平行于扫描的横断面,其外髁至内髁方向为p轴正方向,鹰嘴窝至冠状窝方向为L轴正方向,其垂直方向为L轴。将模型远端固定,要求近端各节点在总体坐标系下和L轴上的位移,而肱骨近端的自由边界,在轴上的位移均不受约束。予模拟侧方弯曲实验、扭转实验,分析不同固定方式下骨折模型的最大位移值及扭转角。
      侧方弯曲实验(内翻实验):约束肱骨远端各节点在总体坐标系下轴上的自由度,肱骨上端表面给予p轴上的静力。扭转实验:App并不能直接加载扭矩,需在模型中间部位建立一个节点,然后与模型上端面节点耦合,形成刚性区域,再将扭力加载到节点上实现模型的加载。将定义好边界条件和载荷状况的模型利用稀疏矩阵求解器进行力学模拟计算分析,然后在后处理模块中查看分析结果。本实验计算结果的分布对象是各网格单元和节点,主要求解指标为承受弯矩和扭转载荷时的骨折模型的最大位移值。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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