实验研究
有限元生物力学分析对眶颧颌骨折不同内固定方式稳定性的评价
中华实验眼科杂志, 2020,38(11) : 916-922. DOI: 10.3760/cma.j.cn115989-20200727-00529
摘要
目的

通过有限元生物力学分析方法评价眶颧颌骨折不同内固定方式的稳定性,为选择最佳内固定方式提供新的研究方法和客观的量化依据。

方法

选择2016年10月于大连医科大学附属第二医院确诊为眶颧颌骨折(Zingg B型)的患者1例,术中固定颧额缝、眶下缘,术后功能恢复良好,无张口受限、咬合功能正常、无复视、无内固定植入物移位、面部外观对称。收集术前眼眶CT图像,利用Mimics、Geomagic、Solidworks、Abaqus软件对健侧镜像处理模拟构建正常的颅面部骨骼有限元模型(FEM/intact)并进行验证,在此基础上根据骨折位置进行分割、装配,结合临床手术固定位点构建骨折内固定模型,分别为固定颧额缝有限元模型(FEM/ZFS)、固定眶下缘有限元模型(FEM/IOR)、固定颧额缝及眶下缘有限元模型(FEM/ZFS+IOR)和固定颧额缝、眶下缘及颧上颌缝有限元模型(FEM/ZFS+IOR+ZMS)。对不同内固定模型加载咬肌牵拉力,分析材料与骨折段的应力及位移、计算颧骨的旋转角度。并根据患者实际的手术情况建立术后模型(FEM/Post),与术前模拟的FEM/ZFS+IOR分析结果进行对比。

结果

建立的FEM/intact外观逼真,几何相似性好,模型通过准确性验证。FEM/ZFS+IOR与FEM/ZFS+IOR+ZMS内固定钛板的最大应力分别为396 MPa和426 MPa,均低于其屈服强度483 MPa,骨折线最大位移分别为0.10 mm和0.06 mm,均≤0.1 mm,颧骨旋转角度均<2°;FEM/ZFS与FEM/IOR内固定钛板的最大应力分别为730 MPa和501 MPa,均高于其屈服强度,骨折线最大位移分别为0.27 mm和0.15 mm,均>0.1 mm,颧骨旋转角度均<2°。FEM/Post应力及位移情况与FEM/ZFS+IOR分析结果一致。

结论

有限元生物力学分析方法可以在术前对眶颧颌骨折不同内固定方式的稳定性进行数字化分析评价从而选择出最佳固定方式,为眶颧颌骨折的精准治疗提供新的研究方法和客观的量化依据。

引用本文: 李岩, 吴鹏森, 马越, 等.  有限元生物力学分析对眶颧颌骨折不同内固定方式稳定性的评价 [J] . 中华实验眼科杂志, 2020, 38(11) : 916-922. DOI: 10.3760/cma.j.cn115989-20200727-00529.
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眶颧颌骨折是同时涉及眼眶、上颌骨、颧骨和鼻窦、鼻泪管等结构的复合型眼眶骨折,约占面中部骨折的40%[1]。眶颧颌骨折不仅造成颜面部畸形、眼球内陷等外观改变,而且导致视功能受损、眼球运动障碍及咬合错乱等功能障碍,严重影响患者的生活[2]。近来随着计算机辅助设计、制作和术中导航技术的应用,骨折复位的准确性明显提高,然而目前对于眶颧颌骨折内固定方式的选择仍缺乏客观量化的指标,主要依靠术者的临床经验,无法做到精准的个性化修复,常导致术后出现骨折复位不佳、内固定装置移位、断裂等并发症,治疗状况仍待改善[3,4]。眶周的力学环境是眶颧颌骨折修复的重要影响因素。正常情况下,眶周附着的咬肌、表情肌等肌肉完成咬合、表情等生理功能,同时牵拉着眶缘,使眶缘承受一定的负荷。在选择内固定方式时,若选用的固定角度及位点与骨折处力学环境不相符,当周围牵引力持续存在时,会导致修复材料变形、移位,甚至断裂,造成骨折复位不佳、骨组织畸形愈合等并发症。有限元法是把一个复杂整体分解为有限个简单物体的组合来模拟、计算、分析的方法,即是先化整为零分析,然后积零为整的研究方法,其优势在于可将具有不规则外形结构的物体分割成许多可以单独负载的简单小单元,从而评估整个不规则物体结构的受力情况,先离散、后整合的方法是有限元法的基本思想[5]。近年来有限元法被广泛应用于正常人体四肢脊柱及软组织的生物力学研究、骨折的受力机制、骨科内固定器械的生物力学、内植物应力遮挡研究及内固定器械设计等[6]。目前有限元法在眼科被成熟应用于眼眶有限元模型构建、爆裂性眼眶骨折修复的生物力学研究,与传统的力学实验手法相比,数字化有限元模型具有可重复计算、节约时间经费、结果精确度高等优点,使骨折发生机制、手术方式的研究取得新的进展[7,8,9]。目前鲜见将有限元生物力学分析方法用于眶颧颌骨折不同内固定方式评价的相关研究。本研究尝试将有限元生物力学分析方法应用于眶颧颌骨折的临床治疗研究中,以期为骨折复位效果提供客观的评估指标,为研究手术方式以及内固定的选择提供新的途径。

 
 
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