利用有限元分析对孤立性跨骨骨折的生物力学稳定性进行评估

《Scientific Reports》：Biomechanical stability evaluation of isolated straddle fracture using finite element analysis

　　

摘要

当骨盆后环保持完整时，跨骨骨折（即耻骨上下支的双侧骨折）在力学上被认为是稳定的。然而，即使是单纯的跨骨骨折，如果出现逐渐的移位或愈合延迟，也会对其真正的生物力学稳定性产生质疑。本研究旨在利用基于计算机断层扫描（CT）生成的三维骨盆模型，通过有限元分析定量评估骨盆后环完整的单纯跨骨骨折的生物力学稳定性。研究人员建立了两个模型：模型A为骨盆后环完整的单纯跨骨骨折模型；模型B为伴有骶髂关节骨折的骨盆后部骨折模型。在600牛顿（N）的轴向载荷作用下，模型A的最大位移为2.03毫米，仍在生理安全范围内，最大冯·米塞斯应力（von-Mises stress）为100.6兆帕（MPa），低于皮质骨的极限抗拉强度（UTS，110 MPa）。相比之下，模型B表现出严重的不稳定性，位移超过50毫米，应力超过了皮质骨的极限抗拉强度。在600牛顿的弯曲载荷和10牛顿米的扭转力矩作用下，模型A仍保持生物力学稳定性，位移小于2毫米，应力也低于极限抗拉强度。这些结果表明，完整的骨盆后环为单纯跨骨骨折提供了足够的生物力学稳定性，支持在骨盆后环完整的情况下采取保守治疗措施。相反，骨盆后环的损伤会导致严重的力学不稳定，这凸显了其在骨盆载荷传递中的关键作用。总体而言，这些定量生物力学证据进一步完善了单纯跨骨骨折的传统治疗原则，并为骨盆后环损伤的临床决策提供了依据。