关键词:
改良骶髂螺钉
三维重建
螺钉参数
数字解剖学
骨盆模型
三维有限元
生物力学
建模软件
骨盆模型
有限元分析
骶髂螺钉
固定效能
生物力学
骨盆标本
骶髂螺钉
位移
摘要:
第一部分 改良骶髂螺钉的三维数字化解剖学基础研究目的建立三维数字化骨盆模型,模拟M1SI-M4SI螺钉的钉道轨迹,测量每枚MSI的参数,分析评估成人改良骶髂螺钉的通道和参数的安全性、可行性,针对骶髂复合体损伤提供一种新的置钉方法。方法随机选取100例(男、女各50例)正常成人骨盆的CT数据资料,导入Mimics 20.0软件,建立100例三维数字化骨盆模型,在每一例三维骨盆模型中模拟建立了理想的M1SI-M4SI螺钉及其通道,并通过Mimics 20.0、3-matic 13.0软件精准测量螺钉的各项参数,应用SPSS 25.0对各项参数进行统计分析。结果(1)螺钉参数的左、右对比结果,M1SI的各项参数结果均无统计学意义(P>0.05);在M2SI各项参数中,左、右侧螺钉到骶正中线的距离(BS)有显著统计学意义(P<0.01);在M3SI各项参数中,入钉点到髂后上棘的距离(AP)有统计学意义(P<0.05)、螺钉到骶正中线的距离(BS)有显著统计学意义(P<0.01);在M4SI各项参数中,入钉点到髂后上棘的距离(AP)有统计学意义(P<0.05)、螺钉的长度(L)、螺钉到骶正中线的距离(BS)有显著统计学意义(P<0.01)。(2)螺钉参数的男、女对比结果,M1SI、M2SI两枚螺钉各项参数对比均无统计学意义(P>0.05);M3SI、M4SI两枚螺钉在半径(R)、长度(L)、与矢状面的夹角(a)男、女对比结果有统计学意义(P<0.05),需特别注意的是M4SI的螺钉半径(R),如R>3.5mm,有52例(52%男28例、女24例)不能置入M4SI螺钉,如R>3.0mm,共有10例(10%男2例、女8例)置入螺钉困难。结论(1)通过建立100例正常成人三维数字化骨盆模型,模拟置入改良骶髂螺钉,精准测得了每枚螺钉的半径、长度、入钉点到解剖标志的距离,测得置钉时的三个角度,为临床工作提供一种新的置钉思路和方法;(2)成人骨盆存在M1SI-M4SI的螺钉置入通道,可以置入一枚理想螺钉;(3)M4SI的置入存在半径要求,术前需提前测量。第二部分 骨盆三维有限元模型的建立及有效性验证目的收集一名健康成人志愿者的骨盆CT数据,利用逆向工程软件建立骨盆骨骼、韧带、骶髂关节软骨及耻骨联合在内的高度仿真的三维有限元骨盆模型,经过验证后为骨盆内固定物、骨盆骨折等生物力学研究提供可靠的三维数字化有限元模型。方法选取一名健康成人志愿者,经影像学检查排除骨肿瘤、结核、外伤骨折、先天骨盆结构异常等情况,通过螺旋CT扫描后获取骨盆数据(DICOM格式保存),将该数据导入Mimics软件中,重建骨盆的三维数字化模型,以“STL”格式保存后并导入到Geomagic studio逆向工程软件中,经过各项命令及操作得到两块髋骨,一块骶骨的“NURBS”曲面,以“Step或Stp”格式保存后导入到Solidworks软件中,进行骨盆诸骨的实体化,同时完成“耻骨联合、骶髂关节软骨”的构建,一并在该软件中进行装配,以“X-T”格式保存后,导入“Ansys workbench”软件中,根据骨盆韧带的起止点通过“Spring”建立韧带,同时划分网格,针对骨盆每一个不同的部位进行材料赋值,对边界条件进行约束,施加一定的载荷,设置分析步,求解后查看骨盆的应变、应力、位移分布情况等分析结果。结果(1)利用逆向工程软件,我们建立了包含骨、韧带、关节软骨在内的高度仿真的骨盆三维有限元模型,其中包含:节点数1269162个、单元数881652个;(2)原始骨盆模型与经过优化的三维有限元骨盆模型在具有标志性的骨性结构之间的距离对比无统计学差异,即骨盆的真实形态及大小未发生明显变化;(3)通过在骶骨上施加载荷,我们得到了骶髂关节的位移,扭转角度,与有关文献报道的尸体力学实验的结果基本保持一致;(4)建立的三维有限元骨盆模型的应力传导方向是经骶骨翼通过两侧骶髂关节沿髂骨弓状线传导至双侧髋臼(站立位)或坐骨结节(坐位),与文献中报道的力学传导方向一致;(5)骨盆模型的应变是围绕骶骨开始变化,逐渐向两侧减弱,两侧髂骨应变基本对称,所得结果与之前有关骨盆有限元模型研究相差不大,所建立的模型有效。结论利用逆向工程软件建立的三维骨盆有限元模型,客观、真实的反应了尸体生物力学的骨盆的形态和生物力学数据,建立的模型真实、有效,可用于后续的应用及研究。第三部分 改良骶髂螺钉与普通骶髂螺钉的有限元对比分析目的建立有限元骨盆模型,模拟右侧骶髂关节损伤,置入改良骶髂螺钉、普通骶髂螺钉:(1)通过骨盆有限元模型比较、分析两种螺钉固定后骨盆模型的应变情况;(2)通过骨盆有限元模型比较、分析两种螺钉固定后骨盆、螺钉的应力及分布情况;(3)根据有限元模型的实验数据,分析、总结两种螺钉的固定效能和抗疲劳程度。方法招募成