桥接内固定系统髓内固定治疗锁骨中段骨折的有限元分析

摘要

背景:髓内固定治疗锁骨中段骨折已是一种有效且安全的固定方式,然而髓内钉松动移位、钉尾软组织激惹等问题突出。部分带锁髓内钉手术操作难度大,难以推广应用。髓内固定治疗锁骨骨折仍有较大的改进空间,有待设计出一种新型髓内固定产品来减少这些问题。目的:使用有限元分析方法探讨桥接内固定系统髓内固定治疗锁骨中段骨折的生物力学稳定性,为临床应用提供科学参考。方法:利用1名青年志愿者的锁骨CT数据通过相关软件建立锁骨中段横行骨折的有限元模型,根据骨折内固定原则,分别组装成锁定板、桥接内固定系统和钛制弹性钉内固定有限元模型。最后使用ANSYS 15.0软件进行网格划分、施加载荷和数据处理,比较各模型锁骨和内固定的应力分布、最大Von Mises应力及最大位移情况。结果与结论:①不同载荷下,桥接内固定系统髓内固定锁骨中段骨折的应力分布与钛制弹性钉固定类似,髓内连接棒在骨折断端附近出现应力集中现象,异同点是桥接内固定系统髓外锁定处出现次级应力集中,使桥接内固定系统组整体应力较钛制弹性钉组更分散;②轴向压缩载荷下,桥接内固定系统组锁骨最大Von Mises应力为251.96 MPa,高于其他两组;骨折面的最大Von Mises应力为33.79 MPa,低于其他两组;悬臂弯曲、顺/逆时针扭转载荷下,桥接内固定系统组锁骨和骨折面的最大Von Mises应力均小于钛制弹性钉组而大于锁定板组;③不同载荷下,3组中植入物的最大Von Mises应力均出现在骨折端附近,其中钛制弹性钉的应力峰值最大,桥接内固定系统次之,锁定板最小;④不同载荷下,各组中锁骨的最大位移均在锁骨远端,其中钛制弹性钉组中锁骨远端及骨折端的位移峰值最大,桥接内固定系统组次之,锁定板组及无损锁骨较小;⑤提示桥接内固定系统髓内固定治疗锁骨中段骨折的生物力学稳定性优于钛制弹性钉固定,内固定松动移位风险较钛制弹性钉低,但固定强度不如锁定板。