刘畅1，王跃1，何永兵1，王强2，曾永吉3 

1. 中国人民武装警察部队安徽省总队医院外二科，安徽合肥230051； 

2. 郑州大学附属郑州中心医院骨科，河南郑州450000；3.重庆两江新区人民医院骨科一病区，重庆401121

摘要：

目的 对肩锁关节脱位采用不同长度及材质的锁骨钩钢板进行内固定时的应力分布进行有限元分析。

方法 选 取锁骨钩钢板内固定肩锁关节脱位患者CT数据，数据导入Mimics21.0软件进行锁骨钩钢板内固定肩锁关节脱位建模， 通过Ansys Workbench 17.0对模型进行有限元分析。A组为6孔不锈钢锁骨钩钢板内固定模型，B组为6孔钛合金锁骨 钩钢板内固定模型，C组为8孔不锈钢锁骨钩钢板内固定模型，D组为8孔钛合金锁骨钩钢板内固定模型。设定边界及 载荷条件，模拟肩锁关节正常活动情况下（用手拿起杯子模拟进食动作）锁骨与钢板应力分布。

结果 VonMises应力 云图显示，锁骨应力主要分布于锁骨中外1/3处，钢板应力主要分布于锁骨钩钢板的弯曲部分。钛合金锁骨钩钢板内固 定后在相同位置上锁骨的应力要高于不锈钢锁骨钩钢板内固定。6孔钢板内固定后锁骨中外1/3处产生更大的应力。 不锈钢锁骨钩钢板内固定后钢板上应力大于钛合金锁骨钩钢板内固定时产生的应力。6孔钢板内固定后锁骨钩与钢板 连接处受到的应力更大。与钛合金锁骨钩钢板相比，肩峰对不锈钢锁骨钩钢板产生的压力更大。与8孔钢板相比，肩 峰对6孔钢板产生的压力更大。

结论 肩锁关节脱位通过8孔锁骨钩钢板内固定可降低锁骨应力并减轻钢板对肩峰的 作用力。采用钛合金锁骨钩钢板内固定肩锁关节脱位时，锁骨体应力略有增加，但是对肩峰施加的外力减小。 

关键词：肩锁关节脱位；锁骨钩钢板；不锈钢；钛合金；有限元分析；应力分布

   锁骨钩钢板主要用于治疗锁骨远端骨折及Rock⁃ wood Ⅲ、Ⅳ型肩锁关节脱位，通过复位固定脱位的肩 锁关节恢复其正常功能。临床上有多种锁骨钩钢板， 各种钢板的区别主要在于材质及长度不同，如果选择 不合适的锁骨钩钢板内固定，手术效果可能不理想［1］。 目前在临床上应用最广泛的是6孔钛合金锁骨钩钢 板，与6孔锁骨钩钢板相比，8孔锁骨钩钢板内固定能 够获得更好的稳定性，但是8孔锁骨钩钢板内固定手 术切口更长。本研究采用计算机有限元分析技术模 拟肩锁关节脱位通过不同长度及材质的锁骨钩钢板 进行内固定时的生物力学情况，为临床医师选择合适 的锁骨钩钢板提供参考，报道如下。

1 资料与方法

1.1 数据采集 各选取1例采用6孔或8孔不锈钢或 钛合金锁骨钩钢板内固定肩锁关节脱位患者，提取患 者术前及术后CT影像资料（飞利浦64排螺旋CT扫 描，层厚1mm，数据保存为Dicom格式），将数据导入 Mimics 21.0软件进行锁骨钩钢板内固定肩锁关节脱 位建模，通过AnsysWorkbench 17.0对模型进行有限元分析。A组为6孔不锈钢锁骨钩钢板内固定模型， B组为6孔钛合金锁骨钩钢板内固定模型，C组为8孔 不锈钢锁骨钩钢板内固定模型，D组为8孔钛合金锁 骨钩钢板内固定模型。

1.2 建立肩锁关节模型 将CT资料导入Mimics21.0 软件，分别定义矢状面、冠状面及水平面，构建锁骨、 肩锁关节、肌肉、韧带、锁骨钩钢板及螺钉的模型，将 Mimics软件处理过的图像导入AnsysWorkbench 17.0 软件中进行有限元网格处理，最终形成肩锁关节脱位 三维模型。将构建的三维模型进行移动分割，制作肩 锁关节脱位模型，分别采用6孔或8孔不锈钢或钛合 金锁骨钩钢板进行复位内固定（图1）。参考既往文 献报道对各材料进行赋值，其中肩锁关节周围软组织 的材料属性在既往文献中未有报道，文献报道肌肉组 织的弹性模量多为0~20MPa，泊松比为0.4，因此本研 究定义软组织弹性模量为10MPa，泊松比为0.4。骨 性组织弹性模量为11000MPa，泊松比为0.3。锁骨 钩钢板弹性模量为200000MPa，泊松比为0.3。螺钉 弹性模量为118000MPa，泊松比为0.3。

1.3 边界条件及加载 加载条件：用手拿起杯子（模 拟进食动作，端着1个重量为0.5kg的茶杯在口前静 态位置）时胸锁乳突肌的应力，锁骨近段胸锁乳突肌 对于锁骨的载荷（X轴为1.5N，Y轴为14.2N，Z轴为4.2 N）模拟肩锁关节运动时承受的压应力。通过 Workbench模块将肩锁关节、锁骨钩钢板、螺钉网格 进行适当加密。分析不同长度及材质的锁骨钩钢板 固定肩锁关节时钢板的应力分布情况。

2 结 果

   锁骨VonMises应力云图显示，锁骨应力主要分 布于锁骨中外1/3处。A组锁骨应力为0.912MPa，B 组锁骨应力为0.932 MPa（图2），C组锁骨应力为 0.881 MPa，D组锁骨应力为0.891 MPa。钛合金锁骨 钩钢板内固定后在相同位置上锁骨的应力要高于不 锈钢锁骨钩钢板内固定。与8孔锁骨钩钢板内固定 相比，6孔锁骨钩钢板内固定后锁骨中外1/3处产生更大的应力。

   钢板VonMises应力云图显示，钢板应力主要分 布于锁骨钩钢板的弯曲部分（图3）。A组钢板应力为 29.777 MPa，B组钢板应力为26.236 MPa，C组钢板应 力为24.901 MPa，D组钢板应力为20.631 MPa。不锈 钢锁骨钩钢板内固定后钢板上应力大于钛合金锁骨 钩钢板内固定时产生的应力。与8孔锁骨钩钢板内 固定相比，6孔锁骨钩钢板内固定后锁骨钩与钢板连 接处受到的应力更大。

   肩峰对锁骨钩钢板产生的压力：A组为3.838N， B组为3.456 N，C组为3.723 N，D组为3.397 N（图4）。 肩锁关节脱位通过不锈钢锁骨钩钢板内固定时肩峰 对钢板产生的压力较钛合金钢板明显增大。6孔锁骨钩钢板内固定肩锁关节脱位时，肩峰对钢板产生的 压力较8孔钢板明显增加。

3 讨 论

   锁骨钩钢板内固定被广泛用于临床上治疗肩锁 关节脱位，但是术后存在肩峰下骨溶解及钢板断裂的 问题，多数手术医师建议术后尽早取出锁骨钩钢板以 避免上述并发症发生［2］，然而过早取出锁骨钩钢板 时，损伤的肩锁韧带及喙锁韧带尚未完全愈合，容易 导致再次断裂［3-4］。通常情况下8孔锁骨钩钢板主要 用于内固定发生于喙锁韧带内侧或附着区的锁骨远 端骨折或严重的锁骨远端粉碎性骨折。与6孔锁骨 钩钢板相比，8孔锁骨钩钢板能够提供更加强大的内 固定强度及稳定性，但是目前较少关于8孔锁骨钩钢 板能够分散锁骨远端及肩峰下应力的研究［5］。许多 学者针对肩锁关节脱位的力学机制进行研究，但目前 关于不同长度及材质的锁骨钩钢板内固定治疗肩锁 关节脱位的生物力学比较研究却鲜有报道［6-7］。

   本研究中锁骨钩钢板内固定肩锁关节脱位时应 力主要集中于锁骨中外1/3处，考虑主要与锁骨的几 何形状有关，锁骨中外1/3为较薄的部分，其移行处应 力较高［8］。临床上常由于锁骨骨折内固定不牢固导 致的二次骨折同样发生在锁骨的1/3处［9-10］。当采用 不同长度的锁骨钩钢板内固定治疗肩锁关节脱位时， 6孔锁骨钩钢板比8孔锁骨钩钢板对锁骨中外1/3处 造成更高的应力，这主要是因为8孔锁骨钩钢板在锁 骨上占有较大的面积导致锁骨变形较小［11］。根据胡 克定律，同一材料变形越小时产生的应力越小，因此 采用较长的锁骨钩钢板内固定肩锁关节脱位时有利 于减少对锁骨的压力，降低钢板周围锁骨骨折风险。 本研究中8孔锁骨钩钢板内固定肩锁关节脱位时钢 板弯曲部分应力明显低于6孔钢板内固定，且不锈钢 锁骨钩钢板内固定后钢板上应力明显高于钛合金锁 骨钩钢板内固定时产生的应力。肩峰对于锁骨钩钢 板的压力理论上应当与锁骨钩钢板长度及材质无关， 但是在本研究结果显示采用不锈钢锁骨钩钢板内固 定时肩峰对锁骨钩钢板产生的压力较钛合金锁骨钩 钢板内固定明显增大，这主要是因为不锈钢锁骨钩钢 板内固定后钢板上应力大于钛合金锁骨钩钢板内固 定时产生的应力，不锈钢锁骨钩钢板在肩锁关节内存 在变形，力的方向发生变化［12-13］。采用较长的锁骨钩 钢板可以使肩峰受到的外力更小，而且采用钛合金锁 骨钩钢板内固定也会使肩峰受到更小的外力［14］，然而 这一结果是否表明采用较长的钢板可以降低肩峰骨溶解的可能性还需要进一步的临床验证。

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