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摘要 目的 比较改良与传统构型髂腰钉棒系统固定垂直不稳定骨盆后环脱位的生物力学特性。
方法 选用1名31岁健康男性志愿者的腰椎、骨盆及股骨CT图像,通过有限元方法利用三维虚拟软件建立骨盆后环脱位模型、改良与传统构型髂腰钉棒系统单侧与双侧固定模型。通过约束双侧股骨下端于L1椎体上施加500 N纵向载荷,评估完整骨盆模型最大应力及骨盆后环脱位模型刚度,以验证模型的可靠性;模型验证完成后,沿L1椎体曲线方向施加400 N跟随载荷模拟上部躯干力量,比较改良与传统构型髂腰钉棒系统模型骶骨最大垂直位移、最大后方位移、最大右侧位移及整体最大位移;比较内固定及骨盆的应力分布情况。
结果 (1)完整骨盆模型最大应力为22. 0 MPa,骨盆后环脱位模型刚度为180. 03 N/mm。(2)在骶骨最大垂直位移方面,改良与传统构型髂腰钉棒系统双侧固定基本相当;但在骶骨最大后方位移、最大右侧位移及整体最大位移方面,改良构型髂腰钉棒系统双侧固定分别为0. 57 mm、0. 19 mm、0. 68 mm,传统构型髂腰钉棒系统双侧固定分别为1. 38 mm、0. 26 mm、1. 41 mm,前者均明显小于后者。(3)在骶骨最大垂直位移、最大后方位移、最大右侧位移及整体最大位移方面,改良构型髂腰钉棒系统单侧固定分别为0. 70 mm、0. 73 mm、0. 17 mm、0. 88 mm,传统构型髂腰钉棒系统单侧固定分别为1. 17 mm、2. 21 mm、0. 31 mm、2. 29 mm,前者均明显小于后者。(4)改良构型髂腰钉棒系统中内固定应力主要集中在髂骨钉棒与腰椎弓根钉棒之间的连接棒上,而传统构型髂腰钉棒系统中内固定应力主要集中在髂骨钉上缘的连接棒上。在内固定最大应力方面,改良构型髂腰钉棒系统双侧固定为340. 84 MPa,传统构型髂腰钉棒系统双侧固定为489. 77 MPa,前者较后者减小30. 4%;改良构型髂腰钉棒系统单侧固定为351. 23 MPa,传统构型髂腰钉棒系统单侧固定为415. 82 MPa,前者较后者减小15. 5%。(5)改良与传统构型髂腰钉棒系统中骨盆应力主要集中在髂骨钉与皮质骨接触的区域。在骨盆最大应力方面,改良构型髂腰钉棒系统双侧固定为19. 21 MPa,传统构型髂腰钉棒系统双侧固定为87. 59 MPa,前者较后者减小78. 1%;改良构型髂腰钉棒系统单侧固定为39. 91 MPa,传统构型髂腰钉棒系统单侧固定为134. 98 MPa,前者较后者减小70. 4%。
结论 与传统构型髂腰钉棒系统相比,改良构型髂腰钉棒系统能有效降低垂直不稳定骨盆后环脱位各方向位移,使内固定及骨盆的应力明显减小,具有良好的生物力学稳定性。
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