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医用生物力学 2024年第1期39卷 98-105页

作者：张嘉宁袁霄张静高永昌张志峰陈瑱贤长安大学工程机械学院西安710064 内蒙古医科大学第二附属医院关节外科呼和浩特010110

目的针对个体化开放式胫骨高位截骨术(open wedge high tibial osteotomy,OWHTO),设计一种新型内固定板,并研究几何参数和材料选择对其生物力学固定性能的影响。方法通过个体化OWHTO解剖型固定板设计建模,采用有限元分析方法,参数化... 详细信息

目的针对个体化开放式胫骨高位截骨术(open wedge high tibial osteotomy,OWHTO),设计一种新型内固定板,并研究几何参数和材料选择对其生物力学固定性能的影响。方法通过个体化OWHTO解剖型固定板设计建模,采用有限元分析方法,参数化研究固定板厚度、宽度和长度设计参数以及不锈钢、钛合金、镁合金和聚醚醚酮(PEEK)4种不同材料选取对OWHTO固定系统生物力学的影响,对比了解剖型固定板与TomoFix固定板的生物力学差异。结果相比于固定板的长度与宽度,厚度对截骨间隙微位移的影响最大。与不锈钢和PEEK材料相比,钛合金或镁合金固定板更有利于同时获得合理的稳定性和力学传递。与TomoFix固定板相比,解剖型固定板最大von Mises应力降低了13.5%,螺钉和胫骨最大von Mises应力分别增大了9.8%与18.4%,最大截骨间隙cc处微位移增大了49.3%。结论解剖型固定板在保证稳定性的前提下对减轻应力屏蔽效应以及提高生物力学性能有更积极的影响。研究结果为OWHTO解剖型固定板的开发提供参考。

关键词：开放式胫骨高位截骨术解剖型固定板有限元分析生物力学

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开放式胫骨高位截骨术解剖型固定板+填充块设计及生物力学研究

开放式胫骨高位截骨术解剖型固定板+填充块设计及生物力学研究

引用

作者：袁霄长安大学

学位级别：硕士

开放式胫骨高位截骨术(Open-wedge high tibial osteotomy,OWHTO)是内侧单间室膝关节骨性关节炎的常用外科手术治疗方法之一。OWHTO的核心在于使用合理的固定系统来保持正确的截骨角度。尽管众多固定系统被开发应用,但是OWHTO术后胫骨... 详细信息

开放式胫骨高位截骨术(Open-wedge high tibial osteotomy,OWHTO)是内侧单间室膝关节骨性关节炎的常用外科手术治疗方法之一。OWHTO的核心在于使用合理的固定系统来保持正确的截骨角度。尽管众多固定系统被开发应用,但是OWHTO术后胫骨骨折、固定板断裂、截骨切口难以愈合等并发症一直困扰着患者和医生,严重阻碍了OWHTO技术的发展。固定系统设计不合理依然是OWHTO临床失效问题的重要原因。基于文献报道的有限元建模方法构建了OWHTO固定系统的有限元模型,通过与文献报道对比间接验证了现有建模方法的可靠性。考虑个体化胫骨材料赋值方法、实际步态行走中胫骨负载工况,提出了更合理的个体化OWHTO固定系统的有限元建模方法。研究表明,膝关节力与关节运动同时影响着固定系统与胫骨的应力分布以及截骨间隙微位移变化。因此,建议采用个体化OWHTO有限元建模方法评估固定系统的生物力学性能。本研究提出的个体化OWHTO有限元建模方法为后续OWHTO固定系统的设计研发提供了技术手段。在归纳总结现有OWHTO固定系统设计及临床问题的基础上,提出了一种新型解剖型固定板设计,通过有限元方法评估了其生物力学性能,参数化研究了固定板长度、宽度和厚度设计参数以及材料对OWHTO固定系统生物力学的影响。研究表明新型解剖型固定板改善了固定系统的生物力学性能。在解剖型固定板设计时优先考虑厚度尺寸影响,推荐选择钛合金或镁基合金材料。考虑到固定系统引入填充块对OWHTO固定板设计和固定效果的影响,设计了个体化解剖型填充块,研究了填充块几何形状、填充位置、材料、孔隙率等因素对OWHTO固定系统生物力学的影响,进一步探讨了OWHTO固定板+填充块的耦合设计机制。引入填充块后,增加了截骨区域稳定性。引入填充块后,固定板厚度可以从3mm减小为2.25 mm。因此,OWHTO固定系统引入填充块不仅提供了更好的固定效果,还有利于优化固定板设计。本文参数化研究的结果有助于推动解剖型固定板+填充块的设计,对临床上医生选择合理的固定系统有重要的参考价值。

关键词：开放式胫骨高位截骨术解剖型固定板填充块有限元分析生物力学

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