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基于有限元分析的骨盆骨折后环不同内固定方式力学稳定性探究

一、引言

1.1研究背景与意义

骨盆作为连接人体躯干和下肢的关键结构，在支撑体重、传递载荷以及保护盆腔脏器等方面发挥着不可或缺的作用。骨盆骨折多由高能量创伤引发，如交通事故、高处坠落等，常伴有严重的并发症，包括出血性休克、腹膜后血肿、尿道或膀胱损伤、直肠损伤以及神经损伤等，严重威胁患者的生命健康和生活质量。据统计，骨盆骨折约占全身骨折的2.3%-3.3%，其中骨盆后环损伤是最为严重的类型，文献报道的死亡率高达8%-15%。

骨盆骨折的治疗目标在于恢复骨盆的解剖结构和稳定性，促进骨折愈合，减少并发症的发生，并最大程度地恢复患者的功能。内固定手术是治疗骨盆骨折，尤其是不稳定骨盆骨折的重要手段。通过使用各种内固定器械，如螺钉、钢板、髓内钉等，将骨折断端固定在一起，为骨折愈合创造良好的条件。骨盆后环作为骨盆结构的重要组成部分，承担着主要的负重功能，其稳定性对于骨盆整体功能的恢复至关重要。因此，选择合适的后环内固定方式对于提高骨盆骨折的治疗效果具有关键意义。

不同的骨盆后环内固定方式在力学性能、手术操作难度、并发症发生率等方面存在差异。例如，骶髂螺钉固定具有创伤小、手术时间短等优点，但对手术技术要求较高，且螺钉位置不当可能导致神经、血管损伤；钢板固定能够提供较强的稳定性，但手术创伤较大，出血较多，感染风险相对较高。因此，深入了解各种内固定方式的力学稳定性，对于临床医生根据患者的具体情况选择最优的治疗方案具有重要的指导价值。

有限元分析作为一种强大的工程分析方法，近年来在医学领域，特别是骨科生物力学研究中得到了广泛应用。通过建立精确的骨盆有限元模型，可以模拟不同的骨折类型和内固定方式，并在虚拟环境中施加各种载荷和边界条件，从而准确地分析和比较不同内固定方式在不同工况下的力学性能，如应力分布、位移变化、应变能等。与传统的生物力学实验相比，有限元分析具有可重复性高、成本低、能够模拟复杂工况等优势，为骨盆骨折内固定方式的研究提供了新的思路和方法。

本研究旨在通过有限元分析方法，系统地比较多种常见的骨盆后环内固定方式的力学稳定性，为临床治疗骨盆骨折提供更为科学、准确的理论依据，以优化内固定方式的选择，提高骨盆骨折的治疗效果，减少患者的痛苦和并发症的发生，促进患者的康复。

1.2国内外研究现状

1.2.1骨盆骨折后环内固定方式的研究进展

在骨盆骨折的治疗历史中，早期多采用保守治疗方法，如骨盆悬吊、骨牵引、石膏固定等，但这些方法存在卧床时间长、复位效果不理想、致残率高等问题。随着医学技术的不断进步，内固定手术逐渐成为治疗不稳定骨盆骨折的重要手段。

20世纪80年代以前，对骨盆骨折行切开复位内固定的报道较少。此后，随着内固定技术和器材的不断发展，越来越多的内固定方式被应用于骨盆骨折的治疗，尤其是骨盆后环损伤的固定。目前，临床上常用的骨盆后环内固定方式包括骶髂螺钉固定、钢板固定、张力带钢板固定、TightRope?系统固定以及LC-II螺钉固定等。

骶髂螺钉固定最早由Letournel和Judet于20世纪70年代提出，通过将螺钉经皮或切开置入骶髂关节，实现对骨折部位的固定。该方法具有创伤小、手术时间短、对周围组织损伤小等优点，能够有效减少出血量和感染风险。然而，骶髂螺钉固定对手术技术要求较高，需要精确的定位和操作，以避免螺钉位置不当导致神经、血管损伤等并发症。

钢板固定是另一种常见的骨盆后环内固定方式，通过在骨盆后环表面放置钢板，并使用螺钉将钢板与骨骼固定，提供较强的稳定性。钢板固定能够较好地适应骨盆的复杂解剖结构，对于一些复杂的骨折类型具有较好的固定效果。但钢板固定手术创伤较大，需要广泛切开软组织，增加了出血和感染的风险，同时也可能对周围的神经、血管造成损伤。

张力带钢板固定结合了张力带原理和钢板固定的优点，通过在骨折部位的张力侧放置钢板，将张力转化为压应力，促进骨折愈合。这种固定方式在一些特定的骨折类型中具有较好的应用效果，但同样存在手术创伤大、出血多等问题。

TightRope?系统是一种新型的内固定器械，利用缝线和纽扣的组合，通过韧带重建的方式实现骨盆后环的固定。该系统具有创伤小、操作相对简单、固定效果可靠等优点，近年来在临床上得到了一定的应用。相关研究表明，TightRope?系统固定不稳定骨盆骨折具有良好的临床和生物力学效果，且安全、可靠。

LC-II螺钉固定是一种针对特定类型骨盆后环骨折（如C1.1型骨盆后环骨折）的微创固定方法，通过将螺钉从髂前下棘置入髂后下棘，实现对骨折部位的固定。研究表明，LC-II螺钉固定治疗髂后骨折具有创伤小、出血少、感染率低、早期功能锻炼等优点。对于C1.1型骨盆后环骨