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肱骨近端记忆接骨器的生物力学研究及临床意义探讨

王冠军  
【摘要】:目的: 通过实验生物力学、计算生物力学手段,研究生物记忆材料肱骨近端记忆接骨器(PHMC)治疗骨折、骨不连、畸形愈合的生物力学基础,并对三维立体固定,动态记忆应力治疗骨折、骨不连、畸形愈合的临床意义进行探讨。 方法: 利用实验生物力学的电测、计算生物力学的三维有限元分析及力学稳定性实验进行研究。电测:通过贴片、标定,得到肱骨近端记忆接骨器的载荷-应变曲线,并通过聚合固定新鲜人体近端肱骨,得到接骨器的动态持骨力值。三维有限元分析:利用ANSYS5.6软件,通过计算机仿真三维有限元技术,对肱骨近端记忆接骨器的生物力学行为进行模拟。接骨器有限元模型共划分了57231个单元,节点数为33174,单元采用10节点四面体三维砖块单元;肱骨近端有限元模型共划分52524个单元,节点数为77234,单元采用10节点,四面体三维单元。力学稳定性实验:轴向拉伸试验分析肱骨近端骨折内固定后的应变与强度及位移与刚度。应变与强度通过载荷-应变变化、拉伸强度进行描述;位移与刚度通过载荷-位移变化及轴向刚度进行描述。三点弯曲试验分析弯矩-挠度变化及弯曲刚度。扭转试验分析扭矩-扭角关系及扭转刚度。临床应用肱骨近端粉碎骨折、畸形愈合、骨不连22例,平均随访18.5个月。 结果:电测:肱骨近端记忆接骨器动态记忆持骨固定加压的生物力值可达到12.51kg;三维有限元分析:接骨器固定肱骨近端后其内表面受拉力,外表面受压力,第一结构主应力最大值分别为136.2Mpa和-16Mpa,远小于其极限应力及疲劳极限;其维持轴向动态记忆持骨力为127.75N,纵向动态记忆加压力为184N;被固定的肱骨近端应力分布均匀,各节点所受应力主要为正应力。力学稳定性试验:通过对应变与强度得出载荷-应变曲线及拉伸强度,1000N时其值为1.77Mpa;位移与刚度得出载荷-位移曲线及轴向刚度,1000N时为581N/mm。弯矩-挠度变化及弯曲刚度得出弯矩-挠度曲线及弯曲刚度为27 .05Ncm/Deg。扭矩-扭角关系及扭转刚度得出扭矩-扭角曲线及扭转刚度为302.11Ncm/Deg。临床:骨折骨性愈合时间,平均3.6月;骨不连骨性愈合时间,平均4.5个月。骨愈合形式均呈骨板样骨替代,未见凌乱骨痂出现。PHMC术后弃用外固定,创伤反应(7-12d)后,主动渐进功能锻炼。肩关节功能按Michael Reese评分平均88.5 WP=6 分。 结论: 肱骨近端记忆接骨器设计安全,且有良好的重复使用性。 肱骨近端记忆接骨器体部标准内径,在一定范围内小于“非标”管骨外径,形成多点位固定,有利于血供,产生的全场应力分布有利于植骨条块的稳定与固定。 肱骨近端记忆接骨器各部连接一体,相互协调,各司其职,克服了钢板螺钉等非整体效应组合件的缺点,形成三维立体固定应力场,可提供足够的稳定,因此术后可弃用外固定,早期进行功能锻炼。 肱骨近端记忆接骨器特有的体部加压枝保证骨断端不会因骨折线的吸收而消失其加压应力,这种在骨折端产生的动态记忆加压且不断变化的应力场,以及正应力为主的应力特点,可能是“无骨痂、无应力遮挡效应”, “解剖型”板状骨替代的生物力学基础,尚需进一步探索。 力学稳定性试验表明肱骨近端记忆接骨器能提供足够的稳定性。 肱骨近端记忆接骨器能有效治疗肱骨解剖颈始至肱骨近端的各类型骨折与骨不连,亦为减少该部的假体置换,探索了新路。


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