丹麥中場悍將傷別世界杯：仿真如何幫助骨折恢復
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| https://www.simright.com/zh/blogs/shijiebei-guzhe/ 在世界杯C組小組賽中，丹麥1：0戰勝秘魯，而丹麥中場球員威·奎斯特在一次爭搶中與法爾范相撞受傷，被擔架抬離球場，被診斷為兩根肋骨骨折。 在比較激烈的身體對抗運動中，比如足球、籃球、橄欖球，運動員對抗時均處于高速運動的狀態，骨折就一種常見的嚴重傷病。在骨折治療中，需要將骨折后發生移位的骨折斷端重新恢復正常或接近原有解剖關系，以重新恢復骨骼的支架作用。骨折復位后，因不穩定，容易再次發生移位，因此要采用不同的方法將其固定在滿意的位置，使其逐漸愈合。常用的固定方法有：小夾板、石膏繃帶、外固定支架、牽引制動固定等，這些固定方法稱外固定。如果通過手術切開用鋼板、鋼針、髓內針、螺絲釘等固定，則稱內固定。醫療器械尤其是骨折固定器，對力學性能的要求非常嚴格。以骨折內固定用的接骨板為例，板上的鋼釘安裝孔容易造成應力集中，導致接骨板斷裂。同時，接骨板又不能做得過于堅硬，否則會對愈合骨產生強大的應力遮擋作用，影響骨愈合。而有限元法的出現有效解決了上述問題。有限元法是機械工程中用來分析結構應力應變的一種數值算法。通過有限元計算，能夠顯示固定結構的應力、應變和位移分布，使設計者了解其力學特性，發現結構強度或剛度的薄弱點，從而改進和優化設計，以滿足醫療器械的力學性能要求。往往醫療行業從業人員不具備有限元分析的理論基礎，大型通用有限元分析軟件分析流程復雜、需要設置的參數較多，基礎比較薄弱的人員在短時間內掌握分析方法的難度較大。Simright旨在讓仿真變得簡單、高效。推出的Simulator軟件可以很好地解決上述問題。Simulator是一款基于有限元法的云端結構仿真分析軟件，可以幫助設計師和工程師通過Web瀏覽器在線進行結構快速校驗分析。該軟件操作簡單、計算響應迅速，同時提供人性化的導航式菜單欄，方便用戶快速掌握。以Simulator進行脛骨骨折內固定的接骨板應力分析為例，首先通過CT掃描，獲得骨骼原始數據，再通過三維重建技術獲得脛骨的精確三維模型，以便有限元分析使用。脛骨三維模型如下圖所示。  將獲取的幾何模型及接骨板模型導入至Simulator中進行前處理，軟件的智能接觸識別功能會自動將接骨板螺釘與脛骨綁定，為初學者省去繁雜的接觸設置工作。軟件強大的網格剖分引擎可以自動適應復雜特征幾何，生成高質量的網格，輕松完成前處理工作。 通過約束脛骨兩端位移及施加載荷，模擬骨折后內固定的接骨板在受力狀態下的應力狀態及斷骨的應力分布，以確定接骨板結構是否會影響骨骼愈合。通過提前預判手術后骨骼及接骨板受力狀態，大大降低手術方案風險。 而外固定支架對于力學的要求也同樣嚴苛，臨床研究表明外固定架的生物力學性能較差，但因其操作方便，不損傷骨折處血運，且適用于嚴重開放損傷和感染病例，仍然是比較有效的骨折治療方法。 以目前臨床上常用的某型骨折外固定架為例，骨折模型幾何形狀簡化為厚壁圓筒，兩骨折段間的間隙為1cm，骨-架間的距離取為4cm，外固定架與骨折段的連接如下圖所示。 骨折模型的受力狀況簡化為上部骨折段壓縮、彎曲和扭轉載荷，下部骨折段根部固定不動。骨骼簡化模型受力狀態下位移云圖及骨折外固定支架應力分布如下圖所示。 Simulator具有多種載荷加載方式及邊界約束方式，可以輕松模擬出骨折模型及固定支架的受力情況。同時，材料庫提供常見的金屬及非金屬材料，即使基礎較薄弱的人員也能快速完成外固定支架力學性能分析。www.simright.com |
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