建模和模拟在工程

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建模和模拟在工程/2008年/文章
特殊的问题

建模与仿真:计算智能在医学

把这个特殊的问题

研究文章|开放获取

体积 2008年 |文章的ID 628120年 | https://doi.org/10.1155/2008/628120

Naresh Chaudhary,斯科特·t·Lovald乔恩•瓦格纳Tariq Khraishi Bret Baack, 实验和数值模拟的螺丝用于刚性下颌骨折的内固定”,建模和模拟在工程, 卷。2008年, 文章的ID628120年, 11 页面, 2008年 https://doi.org/10.1155/2008/628120

实验和数值模拟的螺丝用于刚性下颌骨折的内固定

学术编辑器:Ewa Pietka
收到了 2007年9月01日
修改后的 2008年1月02
接受 2008年2月06
发表 2008年5月15

文摘

实验和数值方法被用来探索周围的应力产生骨螺丝用于刚性下颌骨折的内固定。这些结果旨在帮助决策有关的设计和使用这些骨螺丝。有限元(FE)模型的创建一个人类下颌骨骨折固定在parasymphyseal地区。在解剖学上下颌模型加载,固定板上产生的力得到了简化的螺丝和转移到另一个螺钉植入的有限元模型嵌入一块trilaminate皮质的材料特性和松质骨。周围的骨螺钉植入的压力是获得和比较不同螺杆构型。子模型分析进一步比较和简单的轴向和验证实验和数值螺钉抗拔模型。螺杆有限元分析(FEA)子模型的结果显示,unicortical螺丝大直径2.6毫米和1.0毫米的间距会造成骨骼损伤比bicortical少螺丝的大直径2.3毫米和1.0毫米。这项研究的结果表明,bicortical钻井可以避免使用更大的大直径的螺丝。

1。介绍

失败骨螺丝用于骨折固定创伤手术是一个重要的问题,之前已经检查了。刚性的下颌骨折内固定(RIF)一直是研究的焦点螺钉性能由于下颌骨的承载功能和并发症率与这些类型的手术。螺钉在下颌骨失败是不受欢迎的任何运动的下颌骨异物的存在会导致感染。恩(1)表示,装载不当会导致过多的压力在外国植入骨头,可能导致骨吸收。螺丝放松不仅会增加感染的机会在螺钉失败网站但是为骨折愈合创造了一个更不稳定的环境。没吃(2和加3)都表示,稳定骨折区域可以帮助防御感染。感染可以减少氧化断裂网站创建一个环境更有利于纤维联盟比骨沉积。这个活动的结果是,感染会导致更严重的并发症包括衰弱疼痛、畸形愈合,骨折不愈合,慢性骨髓炎,收购了骨骼畸形(4]。这种性质的并发症可能在某些情况下,需要第二次手术。

最相关的指标来衡量骨螺钉的成功历来的撤军或控股强度螺丝当坐在骨(5]。在这样的机械组件,会有某种内部和/或外部生成的部队在这些螺丝,可以鼓励失败的螺丝或周围的骨头。每个骨螺钉设计参数,可能会影响螺钉植入失败的可能性。最重要的一个因素是决定使用bicortical或unicortical固定。Bicortical利用更长的螺丝固定两颊、舌中坐在皮质而unicortical固定使用短螺丝,坐在皮质骨的颊部分。利用bicortical螺丝源于共同认为bicortically钻螺丝可以维持一个强大加载之前失败。然而,bicortical固定也意味着更长的手术时间和并发症的可能性增加了更高的干扰概率牙科段和下牙槽神经。Unicortical固定,另一方面,更耗费时间,避免干扰牙科段和下牙槽神经。重要的是要了解螺杆长度的影响,以及其他设计参数,对于一个外科医生做出明智的决策水平的安全入侵必要注视下颌骨折。

先前的研究已经取得了许多深刻的观察到骨螺钉失败的模式和某些设计参数的影响不同类型的骨螺丝。斯金纳(6]比较四种不同的螺丝用于置钉固定。他们观察到抗拔强度的增加由于螺杆直径的增加和位移的增加造成故障前增加螺距。彻底失败发生时sharp-threaded螺钉退出是整个球场的距离,观察也报道Ryken [7使用颈椎板螺丝)。另一项研究通过Ryken [8控股)建议bicortical螺钉插入提供超过unicortical插入,同时找到一个直接联系的骨密度(BMD)周围的骨头和螺钉抗拔强度。使用卡斯珀颈螺钉,梅曼(9)观察到松质骨仍在螺纹失败,但这后皮质渗透并不能提高抗拔强度。关于小螺丝用于下颌骨和上颌骨骨折固定,博伊尔(10]表明,2.7毫米直径的螺丝不超过2.0毫米的螺丝有优势时坐在瘦猪肋骨,而至少有三个自攻螺纹应该用于最大的保留。一个类似的结论也达到了菲利普斯(11]。虽然大量的信息存在于螺杆拉拔力的研究中,没有研究已经完成了一次彻底的分析中使用的螺丝下颌骨折修复。作者的知识,这将是第一个研究。

第一个当前的研究的重点是使用下颌骨执行螺钉抗拔螺丝在一块trilaminate部分代表材料特性两部分类似于/层骨密质夹层的松质骨。这提供了一个更现实的决心骨螺钉设计参数的影响比使用单一的连续层材料。trilaminate块的螺丝将实验退出来观察实际的螺旋模式失败之前FE模型将模拟实验测试。有限元模型提供了灵活性对发现不同的设计参数对拉拔力的影响力量。这是第一个已知的相关尝试同时执行实验和模拟螺旋trilaminate材料拉拔力测试与皮质层和松质骨。

虽然实验测试和有限元分析螺旋加载和失败已经收到了一些关注,自然荷载对下颌植入螺钉在咀嚼还没有报道。之前的研究表明,螺杆拉拔力测试的有限元分析可以通过实验验证,取而代之的是一个有用的设计工具,当看着周围产生应力和应变螺钉植入物(1]。这些研究的价值迄今为止的限制一般未知力量在实际螺钉植入患者。

最近,工作由考克斯(12],费尔南德斯[13],瓦格纳[14],Lovald [15,16)表明,有限元分析(FEA)整个下颌骨可以模仿自然的人类加载下颌骨骨折能够确定骨内的应力和应变场和植入设备以及螺钉植入物产生的力量。鉴于这些模型的规模和复杂性,简化往往需要代表骨螺丝。瓦格纳和考克斯忽略了螺丝,焊接板直接下颌骨。Lovald气缸用于螺纹螺丝的地方。虽然这些模型能够确定固定板和裂缝流动压力,他们不产生精确的结果有关的压力在皮质和松质骨发出螺纹螺丝。

当前的学习提高工作的第二个焦点研究螺杆拉拔力有限元分析和下颌骨折固定有限元分析翻译三维军队从下颌FE模型螺旋铁子模型考虑骨螺钉嵌入trilaminate骨材料。比较使用•冯•米塞斯应力在周围的皮质骨螺钉。压力坐在周围的骨螺钉可以导致螺钉失败和先前描述的并发症。冯Misescriterion被选为了与之前的研究相一致的相似的性质(1,12- - - - - -15]。使用下颌的有限元模型的边界条件,某些螺丝设计参数的影响,包括bicortical与unicortical固定,将再次成为探索。为了简化本研究的第二部分,确定最优参数在研究的第一部分将被使用。设计参数分析将集中在四个配置不同的螺杆长度,球,大的直径。

2。材料和方法

目前的研究有三个组件:

(我)验证和设计参数实验和数值分析从trilaminate块螺钉抗拔性能的皮质和松质骨;(2)决心的力量应用于螺钉植入物在自然人类加载使用有限元分析下颌骨骨折和念念不忘的人类;(3)决定力量的应用程序组件(ii)的数值分析子模型螺钉嵌入trilaminate块组件(i)。方法部分被分解为三个各自的部分。

2.1。实验和数值分析螺旋撤军
2.1.1。实验螺钉抗拔

实验测试是通过使用骨螺丝嵌入trilaminate标准聚氨酯块。聚氨酯块有两个外皮质层和中间松质层,每3.0毫米厚,模仿下颌骨。这些层被合成的物质属性匹配下颌骨属性(太平洋研究实验室,Inc .)、瓦逊,洗,美国)。块的尺寸实验 。除了现实的材料特性,这些“人工骨”样品不太昂贵,在一层展览同质特性,很容易被操纵的实验。

钻定位孔后,钛自攻螺丝插入要么完全bicortical座位,或到松质层unicortical座位。自攻螺丝消除手术螺钉插入单独开发要求。提供的自攻螺钉Leibinger微植体(美国密歇根州卡拉马祖Stryker公司)。

英斯特朗机的拉拔力试验(4400 r控制器模型)。图1(一)给出了实验装置。标本被夹在一个特别设计的虎钳。螺丝举行一个夹具,夹具提供的螺钉头在座位上休息。这个夹具安装在固定端,英斯特朗机器的上横梁。英斯特朗、下横梁的虎钳的连接,然后逐步拆除5毫米/分钟的速度,直到螺旋离合器完全从块。计算机数据采集记录所有的力和位移测试。

2.1.2。抛光的实验标本

screw-bone界面假设开始的失败之前螺丝完全退出。因此,验证假设,重要的是做一个微骨损伤的检查在负荷远低于遇到的最大拉拔力载荷。这是通过把部分把标本和磨细高分辨率显微镜下检查。使用均值从拉拔力实验数据加载失败,不同的样本获得的在不同的负载。标本被地面上各种磨料粗燕麦粉,粗糙的罚款,直到样品被切割成两半。

2.1.3。螺杆拉拔力的数值分析

2.1.3.1。创建几何
3 d CAD建模系统Pro /工程师野火(美国PTC,李约瑟,质量)是用于构建的模型trilaminate与嵌入式螺钉植入下颌骨标本。有限元分析(FEA)模拟螺旋撤军过程进行了使用Pro / Mechanica软件,软件Pro /工程师野火是伴侣。几何数据提供的screwswas Stryker-Leibinger集团(美国密歇根州卡拉马祖)。
为了简化模型,trilaminate骨标本是建模为一个长方体(图2)。被建模为trilaminate的块 广场有三个3毫米厚层的外层皮质骨和松质骨内。这些层完美结合。铝夹的尺寸 被放置在顶部的边缘块模拟实验虎钳。块的螺丝孔是直接复制的螺杆几何促进CAD装配。钛螺丝插入块和assumedto钻被完全连着块材料。

2.1.3.2。材料特性
所有材料都假定为线性弹性和各向同性。材料属性被直接从各自的制造商的骨螺丝和合成trilaminate块材料。表1给出了螺旋拉拔力有限元分析中使用的材料属性。


螺杆拉拔力有限元分析的材料属性

弹性模量(Gpa) 泊松比
骨螺钉 113.800 0.342
皮质块层 1.190 0.300
松质块层 0.267 0.300
铝夹 69.000 0.300

2.1.3.3。边界条件
数值分析的边界条件是模拟实验。螺杆的顶面从各个方向运动的限制。恒力600 n是应用在顶部的铝夹一个向下的方向。
不同参数的模型解决了数值研究螺距的影响,大直径,螺纹深度在抗拔强度。参数值如下:大直径:2.0,2.3,和2.6毫米;节距:1.0,1.2,和1.4毫米;螺纹深度:0.2,0.3,和0.4毫米。这些参数是不同的在研究过程中使用的基线值为大直径2.3毫米,1.0毫米的间距,0.3毫米的螺纹深度。

2.2。下颌骨骨折的有限元分析
2.2.1。下颌有限元几何创建

电子计算机断层扫描(22岁男性从西门子Somatone感觉获得多层螺旋扫描。病人有完整的牙齿和正常的闭塞。扫描被导入到模仿7.3(美国实现,来自美国密歇根州安阿伯市)阈值和编辑功能用于创建实体皮质骨、松质骨和牙齿。最初的图形交换规范(IGES)曲线近似卷并导入到ANSYS 8.0左右。联合创建卷,随后保税,parasymphysis,身体,角,分支,冠状的和髁区域使用各自的IGES曲线。

是网状使用tetrahedral-shaped固体元素创建的卷。下颌骨的最后网格与硬件由67年的434元素和107 352个节点。网格细化是用于板、螺丝、断裂区域,和周围的皮质和多孔的地区建立了所有相关的措施,直到收敛。在所有分析一致的网格大小使用。从有限元模型几何信息与原始CT扫描数据以确保模型的有效性。此外,载荷类似于先前的研究是模仿为了验证应力结果。CAD模型验证,本研究详细Chaudhary [17]和Lovald [15,18]。

骨折被模拟为一个2毫米厚线性骨折parasymphyseal地区。下颌骨的联合是该地区附近的两个对称的半结的矢状面。几何数据提供的板是Stryker-Leibinger集团(美国密歇根州卡拉马祖)。分析了板是3 d矩阵 孔小板。有少量的模拟板和骨之间的间隙,如临床情况。Unicortical螺钉固定用于上级边境而bicortical固定下边界。螺丝被模拟为实心圆柱体直径2.3毫米插入,形成骨材料。

2.2.2。材料特性

有限元(FE)的齿状下颌骨模型包含以下材料:皮质骨、松质骨、牙段(牙本质,牙釉质,和牙周韧带)。坐标系统和正交的皮质骨的属性只有在每个指定的12下颌卷创建和前面提到的。表2使下颌有限元分析的材料特性。正交的皮质骨的值都被Schwartz-Dabney和Dechow[从一项研究19]。各向同性性质对松质骨取自[13]。牙质的属性被来自另一个有限元研究[20.),他们将与克雷格和佩顿的研究(21]。在当前的研究中,只有物质本质属性建模在牙科领域由于其高弹性模量。骨折区域给出了初始结缔组织的属性(22)(3 MPa的杨氏模量和泊松比为0.4)。钛钢板和螺钉的属性被来自另一个铁下颌角骨折的研究(12]。


材料特性 联合 Parasymphysis 冠状的 多孔的 牙质

(MPa) 492 21 728 793年23 24日607年 500年23 28 000 930年7 17 600年 110 000
(MPa) 092年12 700年12 757年12 971年12 650年12 000年14 930年7 17 600年 110 000
(MPa) 350年16日 17 828年 19日014年 18 357 17 850年 17 500年 930年7 17 600年 110 000
νxy 0.43 0.45 0.41 0.38 0.32 0.28 0.3 0.34 0.34
νyz 0.22 0.2 0.22 0.23 0.25 0.28 0.3 0.34 0.34
νxz 0.34 0.34 0.3 0.28 0.24 0.23 0.3 0.34 0.34
(MPa) 317年5 533年5 493年5 386年5 500年5 750年5 3 050 567年6 41 045
(MPa) 825年4 083年5 986年4 014年5 150年5 300年5 3 050 567年6 41 045
(MPa) 908年6 450年7 579年7 407年7 150年7 150年7 3 050 567年6 41 045

2.2.3。边界条件

该有限元分析中使用的咬力是一个单边摩尔握紧。实验得到的肌肉力向量特定咬下颌骨周围分布。每一个力都有一个方向,附件,和大小。肌肉力量的大小和方向在模拟咬获得Korioth et al。20.和详细Lovald et al。15]。这个引用的数据属于健康的成年的咬完好的下颌骨。据估计,下颌骨骨折患者的咬力是60%的健康成人(23]。咬力数据修改相应的研究。肌肉附着区域对下颌骨获得(24]。侧正常和正确的第一磨牙的咬合的表面限制运动向四面八方扩散。图3显示了网状下颌模型。

2.3。子模型的有限元分析螺纹螺丝
2.3.1。创建几何

螺杆有限元分析子模型中使用的几何描述2.1.3.1节几乎是相同的。为了简化建模,铝夹没有建模。

2.3.2。材料特性

螺杆的材料特性有限元分析子模型与下颌有限元分析的部分完全相同2。2。的外层trilaminate块assumedto是正交的,直接取自parasymphyseal地区从下颌的材料特性有限元分析。作者的知识,这是第一个铁的研究使用正交的皮质骨螺钉抗拔特性。的内在部分trilaminate块assumedto是松质骨的各向同性,在给定的材料属性。钛螺丝植入了材料的性质。所有材料属性的螺杆有限元分析子模型给出了表2

2.3.3。边界条件

Thesubmodel trilaminate块是克制它的四个方面从三个方向的运动。一种力量,从下颌有限元分析获得2。2是应用于螺钉植入的顶面(图4)。特殊螺丝的力量显示最高的大小下颌有限元分析是唯一的力量应用于螺杆有限元分析子模型。2.1.3.2部分和相同的本构方程2.2。2这里也适用于螺钉抗拔子模型。

这个螺丝有限元分析子模型是用来比较不同的螺杆设计配置设置。表3为每个分析显示了配置。bicortical螺杆配置被认为是基础分析。其他bicortical螺杆配置的配置进行了分析比较。0.3毫米的螺纹深度保持不变在所有分析。所有螺杆参数配置是商用。


固定 大直径(毫米) 音高(毫米)

Bicortical 2。3 1.0
Unicortical 2。3 1.0
Unicortical 2。3 1.2
Unicortical 2。6 1.0

3所示。结果

3.1。实验和数值分析螺旋撤军
3.1.1。实验螺钉抗拔

实验结果是依赖于如何螺丝完全失败了。三种不同模式的失败观察:

(我)圆柱形失败(图1 (b)):在这种情况下,块的螺丝拿出大量的材料被困在线程之间。样品显示这种类型的失败的平均抗拔力大于样本在以下场景。样品与圆柱失败表现出光滑的荷载位移曲线,与单一的最大值(即。,较低的曲线在图5);(2)失败与垂直裂缝(1 (c)):显示裂缝正常夹块样品的面孔。宽垂直裂缝出现在物体的顶面。一般来说,噼啪声听起来之前,伴随着失败。这种性质的裂缝被认为是由于弯曲。这种假设是支持的事实,这些裂缝是主要当更大的块大小。本例中的曲线起伏与多个的山峰(即。多个局部极大值);(3)失败与斜裂缝(图1 (d)):这些样品显示裂缝顶部表面传播的块的周长的螺旋夹他们狭窄的角落相比,垂直裂缝。曲线在这种情况下,不被视为锯齿状的垂直的裂缝。

bicortical实验荷载位移曲线,unicortical螺丝显示一个非常一致的趋势或特征形状为圆柱形类型失败(类似于较低的曲线在图5)。曲线在图5获得使用大直径2.3毫米的螺丝和1.0毫米。曲线可以分为三个不同的区域。区域1代表一个大概弹性区域。区域2预计包含塑性变形的开始通过微裂隙的形成和发展。区域3是失败的地区宏观裂缝清晰可见表面的块。

拉拔力实验进行了样本容量为15标本为每个unicortical和bicortical研究。最大负荷和最大位移的结果如表所示4。Bicortical固定显示抗拔强度高于unicortical固定,类似于发现的各种工作其他类型的外科螺丝(7,8]。


的意思是 圣开发。

Bicortical螺丝 全球最大负载(N) 975.02 83.15
位移(毫米) 1.61 0.20
Unicortical螺丝 全球最大负载(N) 372.96 38.77
位移(毫米) 0.96 0.24

均值位移失败在unicortical撤军的情况下是约等于使用螺杆的螺距,类似于Ryken[发现7]。Ryken然而,研究表明,bicortical螺丝有平均失效到达位移大于unicortical螺丝约8%。这与当前的研究结果显示大约增加了67%。论文研究不同测验材料,螺旋式/几何,拉拔力率,实验装置内的flex,所有可以改变抗拔力(25]。Ryken专注于颈椎板螺丝时,当前的研究被认为是更合适用于修饰或说明螺丝用于刚性固定下颌骨折。

3.1.2。抛光

五个不同的样品,标签S1, S2、S3、S4, S5(见图5),切割和抛光,揭示其内部损伤状态。标本S1没有观察到microdamage放大400倍。S1是一个弹性区域内(Region1)展品线性行为。标本S2只是过去的弹性区域但不相关的宏观表面裂纹(图6(a))。标本S3如图的形象6(b)。剪切的皮质材料可以看到图像的顶部附近。与负载增加螺丝正在慢慢退出,直到最线程芯片材料(图6(b))。标本S4,除了失败在S3,骨头进行显微裂纹(图6(c))线程立即劣质的线程。

在更高的负载,S5附近微裂缝也发生在较低的皮质层(图6(d))。它值得提及,从裂缝形成的抛光标本,似乎总是从最主要的线程在上部和下部皮质层。

3.1.3。数值螺钉抗拔

所有螺丝一般应力轮廓首先讨论分析。图7(一)显示了一个典型的分布·冯·米塞斯应力数值分析的块使用的负载600 n。应力集中发生在周围的屏蔽材料立即螺纹压力最高的区域观察到物体的顶面附近。这一发现是一致的另一个作者工作的三维有限元建模进行下颌骨骨折与常见的电镀固定配置(15]。也符合损伤发生的顶部表面发现在上面的微观研究。在当前的工作中,应力集中在顶部表面被发现在一个方向遍历对角blockThis很清楚在高负载和实验观测符合几乎所有的bicortical,和一些unicortical标本,失败与斜表面裂缝。

数据7 (b)7 (d)情节描述应力分布沿对角线和额叶剖面视图。压力是集中在千斤顶接口和一般的螺丝。测量表明,插入手术螺钉由直径或更会各自应力场之间的互动很少。

7 (c)显示了一个典型的体积等高线图。情节只显示螺钉周围的材料,强调·冯·米塞斯应力超过一定阈值。正如前面提到的部分,大多数测试失败发生在这样的螺丝是用皮质材料块裹入之间的线程。这种类型的失败是因此被称为“圆柱形失败”。数据7 (b),7 (c),7 (d)显示螺钉周围的圆柱包络块材料最高压力。这是符合实验观察圆柱失败。

七个不同参数情况下研究了使用有限元模型bicortical和unicortical设置。每种情况下有不同的大直径、螺距和螺纹深度。基本情况代表了一种大直径2.3毫米的间距为1.0毫米,0.3毫米的螺纹深度。所有的这些基本情况数据标准手术螺钉(用Stryker公司的许可,卡拉马祖,密歇根州,美国)。注意,每次一个参数(例如,大直径)是不同的,所有其他参数保持不变(例如,螺距和螺纹深度)。对于一个给定的情况下,·冯·米塞斯应力从压力水平最高,审问时螺纹顶部附近的应力水平,完全围绕螺钉。在这个压力,我们的术语“信封压力,”任何材料一点的压力在这个信封将等于或高于这个值到最大应力水平附近的线程。信封压力基本上描述了最弱的点圆柱失败之前,他使用来权衡不同螺杆参数。低价值的“信封压力”是可取的,当考虑到不同的骨螺丝。

故事情节在图8描述两bicortical螺杆参数的影响和unicortical螺丝螺旋包络线压力。图8(一个)显示的效果不同的参数对unicortical撤军。最优的条件与信封压力是一个大的大直径和一个更大的螺纹深度。有趣的是,人们发现一个小螺杆直径也有一个理想的“信封压力,”但这是伴随着更高的顶部表面压力测量相比,其他参数的影响。螺距的变化影响了信封压力小于其他螺纹参数。

8 (b)显示各种螺丝的影响参数对拉拔力信封bicortical样品的压力。最优条件表明一个更小的音高和大直径。比unicortical结果不同,场上没有很大程度上影响到压力。更深的螺纹深度似乎低”信封压力,“但是它被发现有很高的顶部表面局部应力,又不同于unicortical螺钉的结果。更深层次的螺纹深度似乎不宜bicortical情况。unicortical样本相似的结论,一个大型螺杆直径有积极影响,低压力值“信封压力”情节。

3.2。下颌有限元分析

结果的力量传播在咀嚼从固定板的螺钉植入了四个螺钉植入最近端骨折(表5)。的x,y,z轴对应轴正交的材料中所描述的部分2.2。2,积极y方向对应于拉拔力方向(正常骨表面)。一个负y方向是指一个螺钉植入的“推动”。只有最大的“退出”力被认为是螺杆有限元分析子模型。


螺丝的位置 x y z

优越的后内侧 55.3 −13.2 39.4
优越的前内侧 −57.6 8.9 −26.3
下后内侧 −67.6 −16.4 22.2
不如前内侧 51.0 21.8 −30.0

这些结果翻译成相关载荷和应用于螺纹螺钉植入子模型,以比较不同螺杆构型的影响在压力诱导的骨就座。这项研究是收集信息,进行援助的设计和使用螺杆在刚性的下颌骨折内固定植入物。结果收集相关预计将超过线性螺旋拉拔力数值分析。

下颌有限元分析的结果显示,力量应用于四个螺钉植入最近端骨折。最大抗拔力从当前下颌有限元分析是21.8 n。这是相当不足导致实验失败的力量拉拔力分析。我们看到进一步的横向部队(xz方向)主要负载在螺丝用于下颌骨折的固定,这是相反所有拉拔力实验文献中只关注轴向方向。

3.3。螺杆有限元分析子模型

结果为·冯·米塞斯应力在周围的骨螺钉植入螺钉有限元分析子模型。图9显示了一个等距的情节·冯·米塞斯应力骨的所有四个螺杆配置进行了分析。等角图显示只强调超出材料被认为是骨材料的破坏应力。弗罗斯特认为这破坏应力是60 MPa (26]。所有数值分析的最大误差范围是2%的最大主应力。

简化比较,·冯·米塞斯应力峰值得到分析的描述加载下的四种不同螺杆构型。表6包含这些峰值压力的四个螺钉构型。


固定 大直径(毫米) 音高(毫米) •冯•米塞斯应力峰值(MPa)

Bicortical 2。3 1.0 147年
Unicortical 2。3 1.0 322年
Unicortical 2。3 1.2 226年
Unicortical 2。6 1.0 106年

应用临床相关部队所说的螺钉的真正影响参数对下颌骨骨折的固定功能。像以前的作品,包括以前在这工作,最高压力位置最近的皮质骨表面,在植入首先进入骨材料(1,15,16]。峰值应力为unicortical螺钉的最低2.6毫米外径(表6)。这甚至优于bicortically固定螺杆配置。结果从图9支持这一结论。显然表明,2.6毫米unicortical螺钉有最少的材料上面指定的故障阈值。根据应力结果,这些证据表明,外科医生可以避免bicortical钻井用unicortical螺丝与一个更大的大直径。这是幸运的,因为神经的可能性和牙科段可以显著减少干扰而不需要穿透过去的外皮层壳下颌语料库。

恩(1)报道,植入物的长度是一个因素分析模仿骨质量差和纯轴向载荷。虽然他们的研究集中于牙科植入物,螺旋载荷在本质上类似的实验测试。少的影响骨被建模为具有良好质量和分析进行横向加载。同样Van Steenburgh [27]发现长度并不影响患者成功率质量好骨头。目前的研究只考虑骨质量好,这里的加载应用有更高的横向分量相对于轴向分量。这些都是有利于结果影响植入插入长度。尽管当前加载的研究被认为是比之前的作品,更相关的骨质量的影响结果不是当前范围内。

读者应该通知过于自信到这种类型的有限元分析的定量结果。有一个大范围的可能的输入到下颌有限元分析考虑到不同骨材料属性,咬力大小,断裂位置,和下巴之间的几何图形的病人,病人名字几个变量参数。然而,对比不同的螺杆配置基于峰值应力和材料的数量预计失败了破坏应力阈值提供定性见解,有助于螺杆设计和craniomaxillofacial外科实践。

4所示。结论

当前的研究实验螺钉拔出试验,使用有限元分析(FEA)的详细螺钉抗拔模型,有限元分析骨折和固定下颌骨确定骨螺杆的设计参数对应力的影响中产生周围骨螺钉植入物用于开放复位内固定术患者下颌骨骨折(提)。实验结果和数值螺钉退出测试相关。相关参数数值分析了不同结论unicortical螺纹深度和间距,bicortical螺丝,但得出的结论是,大直径相关在降低高应力在周围骨头。下颌有限元分析的结果表明,横向应用力量占主导地位的植入。螺杆有限元分析子模型确定生成有较低的压力在2.6毫米unicortical螺钉比周围2.3毫米bicortical受到临床相关加载时螺钉。这表明可以实现更好的固定,同时避免bicortical钻井通过增加的大直径unicortical骨螺丝用于提。

承认

作者承认Stryker-Leibinger inc .)对STL和数控的支持。

引用

  1. 美国恩,r . Stegaroiu e . Kitamura o . Miyakawa和h . Kusakari”植入设计和骨质量的影响在骨植入物周围的应力/应变分布:一个三维有限元分析,“国际口腔及颌面部移植杂志》上,18卷,不。3、357 - 368年,2003页。视图:谷歌学术搜索
  2. 答:没吃和j·a·雷曼Jr .)”在颌面创伤症状板切除:回顾76例,“年报的整形手术,55卷,不。6,603 - 607年,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  3. m·a·c·加·m·f·r·加e·莱和e . Hochuli-Vieira“固定下颌骨骨折与2.0毫米miniplates:回顾191例,“口腔颌面外科杂志》上,卷61,不。4、430 - 436年,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  4. j . Lamphier诉威胁、a . Ruvo和m .吉娜“下颌骨折并发症在城市教学中心,“口腔颌面外科杂志》上,卷61,不。7,745 - 749年,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  5. e . c . Benzel“Implant-bone接口”脊柱的生物力学稳定:原则和临床实践,e·c·Benzel Ed,页127 - 134,麦格劳-希尔,纽约,纽约,美国,1995年。视图:谷歌学术搜索
  6. r·斯金纳j .也许是e . Transfeldt r·文特尔和w·查尔默斯,”实验的拉拔力测试和比较变量置钉固定。生物力学研究中,“脊柱15卷,第201 - 195页,1990年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  7. t . c . Ryken j·d·克劳森v c . Traynelis诉k·高尔,“骨矿物质密度的生物力学分析,插入技术,螺杆扭矩,并持有颈椎前路钢板螺钉的强度,”神经外科杂志》,卷83,不。2、324 - 329年,1995页。视图:谷歌学术搜索
  8. t . c . Ryken v . k .高尔j·d·克劳森和v c . Traynelis”评估unicortical bicortical固定在准静态尸体模型:骨矿物质密度和螺杆扭矩的作用,“脊柱,20卷,不。17日,第1867 - 1861页,1995年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  9. d . j .梅曼f.a.h ayek涂涂:Yoganandan et al .,”卡斯帕颈螺钉抗拔强度”,神经外科没有,卷。31日。6,1097 - 1101年,1992页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  10. j·m·博伊尔·d·e·弗罗斯特,w·l·福利和j·j·格雷迪,“六转矩和撤军分析目前自动攻丝和“紧急”螺丝。”口腔颌面外科杂志》上,51卷,不。1,45 - 50,1993页。视图:谷歌学术搜索
  11. j·h·菲利普斯和b . a . Rahn”比较压缩和自攻,pretapped螺钉的扭矩测量,”整形外科,卷83,不。3、447 - 456年,1989页。视图:谷歌学术搜索
  12. t·考克斯·m·w·科恩,t . Impelluso”计算机分析resorbable聚合物刚性固定钢板和螺钉的下颌角骨折,”口腔颌面外科杂志》上,卷61,不。4、481 - 487年,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  13. j·r·费尔南德斯·m·加拉m . Burguera和j·m·Viano”三维数值模拟下颌骨骨折与螺纹miniplates减少,”生物力学杂志,36卷,不。3、329 - 337年,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  14. A .瓦格纳w . Krach k . Schicho g . Undt o .沉重的步伐,和r .大口水壶,“三维有限元分析研究下颌骨的生物力学行为和板骨缝术在例髁突骨折的过程中,“口腔外科、口腔医学、口腔病理学、口腔放射学和牙髓学,卷94,不。6,678 - 686年,2002页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  15. s . t . Lovald t . Khraishi j .瓦格纳b . Baack j .凯利和j .木”的比较plate-screw系统用于下颌骨折减少:有限元分析,“生物力学工程杂志,卷128,不。5,654 - 662年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  16. t . s . t . Lovald j·瓦格纳Khraishi, j·凯利,j .木材和b . Baack“加压系统的有限元分析的固定parasymphyseal下颌骨骨折,”力学杂志,23卷,不。1,第77 - 69页,2007。视图:谷歌学术搜索
  17. n . Chaudhary s . t . Lovald j·瓦格纳,t . Khraishi j .凯利和j .木”为下颌骨折修复加压系统的建模美国ASME国际机械工程国会和博览会会议(IMECE ' 04)生物工程部门美国加利福尼亚州阿纳海姆的生物工程部门,2004年11月,纸没有。62256年。视图:谷歌学术搜索
  18. t . s . t . Lovald j·瓦格纳Khraishi, j·凯利,j .木材和b . Baack“固定板的有限元分析下颌骨折减少”美国ASME夏天生物工程会议(SBC 05)科罗拉多州维尔,页1406 - 1407,美国,2005年6月。视图:谷歌学术搜索
  19. c . l . Schwartz-Dabney和p . c . Dechow”整个人类齿状下颌骨皮质材料特性的变化,“美国自然人类学杂志》上,卷120,不。3、252 - 277年,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  20. t·w·p·Korioth、d . p . Romilly和a·g·Hannam“齿状人体下颌骨的三维有限元应力分析,“美国自然人类学杂志》上,卷88,不。1,第96 - 69页,1992。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  21. r·g·克雷格·f·a·佩顿,“弹性和人类牙质的机械性能,”牙科研究杂志》,37卷,不。4、710 - 718年,1958页。视图:谷歌学术搜索
  22. a . Bailon-Plaza和m·c·h·范德Meulen“温和的有益影响,早期的延迟加载和不利影响或过度加载在骨愈合,”生物力学杂志,36卷,不。8,1069 - 1077年,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  23. g·s·泰特·e·艾利斯三世,g .思罗克莫顿“咬部队在病人治疗下颌角骨折,”口腔颌面外科杂志》上,54卷,不。7,734 - 736年,1994页。视图:谷歌学术搜索
  24. h .灰色,灰色的解剖巴恩斯和高贵的书籍,纽约,纽约,美国15日版,1995年。
  25. a . Shirazi-Adl m . Dammak, d . j . Zukor“固定拉拔力响应测量骨螺丝和porous-surfaced帖子,“生物力学杂志,27卷,不。10日,1249 - 1258年,1994页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  26. h . m .霜,“2003年更新的骨骼生理和沃尔夫定律对临床医生来说,“牙齿矫正医师的角度,卷74,不。1,3日- 15日,2003页。视图:谷歌学术搜索
  27. d . van Steenburgh Lekholm, c·伯兰德et al .,“适用性的vt .骨结合口腔植入康复部分edentulism: 558设备前瞻性多中心研究,“口腔颌面外科杂志》上,5卷,不。3、272 - 281年,1990页。视图:谷歌学术搜索

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