五种内固定方式用于不同Pauwels分型股骨颈骨折的有限元分析
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股骨颈骨折各种年龄段均可能发生股骨颈骨折,但以50岁以上的老年人最为多见,女性多于男性。
由于常在骨质疏松症的基础上发生,外伤暴力可以较轻。
而中青年股骨颈骨折常由较大暴力引起。
股骨颈骨折的致残率和致死率均较高,已成为导致老年人生活质量下降或死亡的主要威胁之一。
症状体征1. 症状老年人跌倒后诉髋部疼痛,不敢站立和走路,应想到股骨颈骨折的可能。
2. 体征(1) 畸形:患肢多有轻度屈髋屈膝及外旋畸形。
(2) 疼痛:髋部除有自发疼痛外,移动患肢时疼痛更为明显。
在患肢足跟部或大粗隆部叩打时,髋部也感疼痛,在腹股沟韧带中点下方常有压痛。
(3) 肿胀:股骨颈骨折多系囊内骨折,骨折后出血不多,又有关节外丰厚肌群的包围,因此,外观上局部不易看到肿胀。
(4) 功能障碍:移位骨折病人在伤后就不能坐起或站立,但也有一些无移位的线状骨折或嵌插骨折病例,在伤后仍能走路或骑自行车。
对这些病人要特别注意。
不要因遗漏诊断使无移位稳定骨折变成移位的不稳定骨折。
患肢短缩,在移位骨折,远端受肌群牵引而向上移位,因而患肢变短。
(5) 患侧大粗隆升高,表现在:①大粗隆在髂-坐骨结节联线(Nelaton线)之上②大粗隆与髂前上棘间的水平距离缩短,短于健侧。
股骨颈骨折分类方法有多种,概括起来可分为3类:①根据骨折的解剖部位。
②骨折线的方向。
③骨折移位程度。
①按解剖部位分型:许多作者曾根据骨折的解剖部位将股骨颈骨折分为3型:头下型、经颈型和基底型。
其中头下型和经颈型属于关节囊内骨折,而基底型则属于关节囊外骨折。
头下型是指位于股骨颈中部的骨折,基底型是指位于股骨颈基底部与粗隆间的骨折。
Klenerman、Garden等人认为在X线片上由于投照角度不同,很难区分头下型与经颈型。
Klenerman、Marcuson及Banks均认为单纯的经颈型骨折极为罕见。
由于经颈型骨折发生率很低,各型X线表现受投照角度影响很大,目前此类分型已很少应用。
②按骨折线方向分型(Pauwels分型):1935年,Pauwels根据股骨颈骨折线的方向将股骨颈骨折分为3型:Ⅰ型骨折线与水平线夹角为30°;Ⅱ型骨折线与水平线夹角为50°;Ⅲ型骨折线与水平线夹角为70°。
不同类型内固定方法治疗股骨颈骨折的临床对比分析发表时间:2014-07-25T10:03:09.967Z 来源:《中外健康文摘》2014年第23期供稿作者:杨建军[导读] 近年来,随着人口老龄化的发展和身体机能的减弱,老年人多伴有不同程度的骨质疏松病症,发生跌倒损伤时,容易造成股骨颈骨折[5]。
杨建军(河北省隆化县医院骨科 068150)【摘要】目的:探讨空心拉力螺钉与DHS附加防旋螺钉内固定治疗股骨颈骨折的临床疗效。
方法:选取本院2011年10月~2013年12月诊治的股骨颈骨折患者146例,采用数字随机法分为两组,73例患者采用空心拉力螺钉内固定治疗,73例患者采用DHS附加防旋螺钉内固定治疗,采用Harris评分评定患者的髋关节功能。
比较两组患者的治疗效果、骨折愈合情况、不良事件情况。
结果:观察组患者髋关节功能优良率明显高于对照组,观察组患者住院时间、骨折愈合时间均明显少于对照组,观察组患者股骨头缺血坏死发生率、内固定失效发生率均明显低于对照组,差异均有统计学意义(p<0.05)。
结论:空心拉力螺钉与DHS附加防旋螺钉均是治疗股骨颈骨折的有效内固定方法,其中DHS附加防旋螺钉内固定治疗效果更佳,可明显缩短患者的骨折愈合时间,不良事件少且安全性高,值得临床推广使用。
【关键词】空心拉力螺钉 DHS附加防旋螺钉股骨颈骨折【中图分类号】R687 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5085(2014)23-0097-02 股骨颈骨折是临床常见的骨科病症,多为高能量创伤所致,患者多伴有不同程度的供血血管损伤,会明显影响到患者的髋关节功能,可大幅降低患者的日常活动能力和生活质量[1-2]。
手术治疗是股骨颈骨折的有效治疗方法[3],但不同的内固定方法取得的临床疗效也是有所差别的。
为了探讨空心拉力螺钉与DHS附加防旋螺钉内固定治疗股骨颈骨折的临床疗效,本院选取2011年10月~2013年12月诊治的股骨颈骨折患者146例,采用数字随机法分为两组,实施不同的治疗方法,针对两组患者的治疗效果、骨折愈合情况、不良事件情况进行对比分析,现报告如下。
股骨颈骨折复位内固定术(三翼钉内固定术)股骨颈骨折除老年人头下骨折,股骨颈粉碎骨折或Pauwel角>80°者倾向于人工股骨头置换外,其余均应及早复位内固定。
近年来内固定方法发展多有用螺纹钉、加压螺钉,滑动式鹅颈钉等内固定[图1]。
但三翼钉内固定仍为基本手术,掌握后可举一反三,本文将作详细描述。
图1 股骨颈骨折分型与内固定⑴股骨颈骨折分型⑵螺纹针内固定⑶加压螺钉⑷滑动式鹅颈钉[适应症]1.中间型或内收型股骨颈骨折,有移位或有移位倾向者。
2.外展型股骨颈骨折,股骨头有旋转移位者。
[禁忌证]1.股骨颈粉碎性骨折。
2.高龄、重要脏器有器质性病变,全身情况不佳者。
[术前准备]1.股骨颈骨折多见于老年人,术前应全面检查各主要脏器的功能,特别是心血管疾病、肺气肿、糖尿病等,发现脏器疾病者,应给以妥善的治疗。
2.新鲜股骨颈骨折入院后,应即行胫骨结节牵引,以缓解疼痛和协助复位。
3.如无手术禁忌,应尽力在入院后1周内施行手术。
术前在持续牵引下在床边摄股骨颈正、侧位X线片,观察骨折复位情况。
[麻醉]手术时间可能因反复摄片而延长,如无禁忌,一般多选用连续硬膜外麻醉或腰麻。
[设备与器械]1.骨科手术台如无骨科手术台,可用石膏手术台代替,用于骨折复位和维持对位。
2.移动式X线机最好有2台,用以摄股骨颈正、侧位X线片,监视手术过程。
3.手术室内应有洗片设备,能快速显影以缩短手术时间。
4.三翼钉根据测定股骨颈正位X线片上自软骨下的股骨头中心到大转子下1.5cm的皮质骨的距离,选出几种不同长度的三翼钉,消毒备用。
5.消毒三翼钉导针3根,三翼钉钉入器和拔出器各一。
6.如有条件,在双管球电视X线机监视下手术最为理想。
[手术步骤]1.体位仰卧位。
2.复位一般多采用闭合复位,方法有二:⑴屈膝、屈髋90°,手持踝,另一前臂插入腘窝内,轻轻摇转以松解骨折端嵌插部分。
然后向上牵引,并在持续牵引下外展、内旋,逐渐伸直伤肢[图2 ⑴ ⑵]。
股骨近端锁定钢板治疗头下型股骨颈骨折张国宁;张向阳;白建忠;于荣华;杨伟【摘要】目的:评估股骨近端锁定钢板治疗头下型股骨颈骨折的临床疗效。
方法:选择上海交通大学医学院附属同仁医院2013年6月—2014年6月收治的头下型股骨颈骨折患者15例,均采用股骨近端锁定钢板内固定治疗。
术后规律随访,通过X 线检查了解骨折愈合情况,采用Harris 评分评定髋关节功能,评估手术效果。
结果:15例头下型股骨颈骨折患者平均随访16.7个月(12~24个月),骨折均愈合良好,无伤口感染;1例出现股骨头部分坏死,但无关节活动障碍;未出现骨折延迟愈合及骨不连情况,无内固定松动,无脱钉、断钉,无股骨头旋转、短缩等并发症。
术后髋关节 Harris 评分提示13例优良,优良率为86.67%。
结论:头下型股骨颈骨折采用股骨近端锁定钢板固定,骨折复位满意,固定牢靠,术后恢复较理想,骨折愈合率较高。
%Objective :To assess the clinical efficacy of proximal femoral locking plate for the treatment of subcapital femoral neck fracture .Methods :A total of 15 patients with the subcapital femoral neck fracture who were admitted and treated with proximal femoral locking plate in Tong Ren Hospital ,Shanghai Jiao Tong University Schoolof Medicine during Jun .2013 and Jun .2014 were enrolled .Regular postoperative follow-up was done .Fracture healing was assessed by X-ray and function of hip joint was evaluated with Harris score .Results :All the15 patients were followed up for 12-24 months (mean 16 .7 months) . All the cases were well healed and there was no wound infection .Partial necrosis of the femoral head was found in 1 case , however there was no joint function limitation .The delayed union of fracture or bone nonunionwas not found ,and there was no internal fixation loosening ,nailoff ,broken nail ,neck rotation ,or neck shortening .The Harris score indicated that the excellent and good rate was 86 .67%(13/15) .Conclusions :Proximal femoral locking plate provides good fracture reduction , stable fixation ,good postoperative recovery ,high healing rate for the treatment of subcapital femoral neck fracture .【期刊名称】《中国临床医学》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】3页(P781-783)【关键词】股骨近端锁定钢板;头下型股骨颈骨折;内固定【作者】张国宁;张向阳;白建忠;于荣华;杨伟【作者单位】上海交通大学医学院附属同仁医院骨科,上海 200336;上海交通大学医学院附属同仁医院骨科,上海 200336;上海交通大学医学院附属同仁医院骨科,上海 200336;上海交通大学医学院附属同仁医院骨科,上海 200336;上海交通大学医学院附属同仁医院骨科,上海 200336【正文语种】中文【中图分类】R683.42·论著·Abstract Objective:To assess the clinical efficacy of proximal femoral locking plate for the treatment of subcapital femoral neck fracture. Methods:A total of 15 patients with the subcapital femoral neck fracturewho were admitted and treated with proximal femoral locking plate in Tong Ren Hospital, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine during Jun. 2013 and Jun. 2014 were enrolled. Regular postoperativefollow-up was done. Fracture healing was assessed by X-ray and functionof hip joint was evaluated with Harris score. Results: All the 15 patients were followed up for 12-24 months (mean 16.7 months). All the cases were well healed and there was no wound infection. Partial necrosis of the femoral head was found in 1 case, however there was no joint function limitation. The delayed union of fracture or bone nonunion was not found, and there was no internal fixation loosening, nail off, broken nail, neck rotation, or neck shortening.The Harris score indicated that the excellent and good rate was 86.67%(13/15). Conclusions: Proximal femoral locking plate provides good fracture reduction, stable fixation,good postoperative recovery, high healing rate for the treatment of subcapital femoral neck fracture.Key Words Proximal femoral locking plate;Subcapital femoral neck fracture;Internal fixation股骨颈骨折是骨科常见骨折,依据骨折部位、稳定性、骨密度及年龄等的不同,治疗方法也不尽相同。
股骨颈空心钉锁定板与空心钉固定股骨颈骨折的有限元分析摘要:目的采用有限元分析法对股骨颈空心钉锁定板与空心钉固定股骨颈骨折的生物力学特点。
方法以1名男性健康志愿者为研究对象,使用64排螺旋CT进行扫描,以右侧股骨数据当做样本,使用逆向工程软件依次建立股骨颈骨折三维模型、空心钉锁定板模型和空心钉固定模型,并对股骨的应力肺部和位移情况进行分析,对比内固定与股骨模型的生物力学的特征。
结果内固定物应力大都集中在骨折线附近,空心定锁定板和空心钉固定模型的应力峰值分别为65.8MPa、118.2MPa,骨端的应力大都集中在股骨近端内侧,空心定锁定板模型的应力峰值为13.8MPa、空心钉固定模型的峰值为28.1MPa。
结论2种固定方式均应用在股骨颈骨折中,空心定锁定板固定稳定性较好,能有效避免股骨颈缩短,成为最佳的治疗办法。
关键词:股骨颈空心钉锁定板;空心钉;股骨颈骨折;有限元分析股骨颈骨折主要发病症状为骨不连和股骨头缺血性坏死,空心钉锁定板系统是2枚交锁拉力螺钉组合而成的交锁系统,能在一定程度上避免股骨颈短缩[1]。
文中以2中固定方式展开研究,探讨哪种固定方式更好,现报道如下。
1资料与方法1.1一般资料本次研究选择一名男性志愿者,其年龄为26岁,身高和体重分别为175cm、72kg。
主要设备:笔记本电脑一台、使用的操作系统为Windows 7 Home、三维软件Mimics 13.0和交互软件CAD/CAM。
1.2方法采用X线对志愿者检查,证实其髋部并未出现骨折、畸形、或肿瘤等情况,使用64排螺旋CT对其股骨进行扫描检查,扫描的层厚度为7.5mm,电压设置为120kV,管电流为250~300mA,从而获取相应的二维CT图像,数据保存的格式为DICOM。
Mimics可以自动检测数据格式,把数据转换为文本自身格式。
把DICOM格式的文件导入Mimics10.0软件内,明确二维空间的位置,展现出冠状面或矢状画面。
根据不同组织其CT值,设置合理的阀值范围,合理区分骨骼与其他位置。
“F”形空心钉内固定技术治疗股骨颈骨折的有限元分析许景红;汤志辉;毛成鹏;欧阳国新【摘要】目的通过三维有限元法,比较应用“F”形空心钉固定方式与传统空心螺钉固定治疗股骨颈骨折力学优缺点,为临床应用提供理论依据.方法利用逆向建模技术,将包含正常成人志愿者股骨近端的三维CT数据导入Mimics10.0、Geomagic2012软件中对相关组织进行重建,在Cero3.0中模拟出骨折线为(Pauwels角=70°)的骨折模型.并按照两种空心钉植入方式,建立对照组(正三角形固定)及实验组(F形固定)两组模型.在Abaqus 6.14中计算单足站立及双足站立两种状况.结果 a)对照组中,应力集中在上方空心钉钉尾上方、下方2枚空心钉钉尾的下方及骨折断端股骨矩区域.实验组中,应力主要集中在钉头的螺丝螺杆结合处,并沿螺杆均匀分布到钉尾及周围的骨质,在骨折断端骨质特别是股骨矩部位应力分散明显.b))与对照组相比,实验组能够明显减小股骨矩断端的应力载荷(P<0.01),并减小股骨头总位移量及骨折断端的相对位移量(P<0.05).结论“F”形空心钉技术,不仅能够在维持骨折断端轴向压应力的同时消除扭转应力和剪切应力,而且能够通过“强斜”形植入的空心钉,在内固定悬臂梁结构中形成新的支柱核心,从而有效的降低了骨折端的剪切应力,为骨折的愈合提供了良好的力学环境.【期刊名称】《实用骨科杂志》【年(卷),期】2018(024)006【总页数】3页(P516-518)【关键词】股骨颈骨折;内固定;空心钉;有限元分析【作者】许景红;汤志辉;毛成鹏;欧阳国新【作者单位】新疆建设兵团第一师医院外一科,新疆阿克苏843000;新疆建设兵团第一师医院外一科,新疆阿克苏843000;新疆建设兵团第一师医院外一科,新疆阿克苏843000;新疆建设兵团第一师医院外一科,新疆阿克苏843000【正文语种】中文【中图分类】R683.42股骨颈骨折是中老年人常见的髋部损伤,手术复位空心加压螺钉内固定是主要的治疗手段,但术后骨折不愈合发生率仍在9.3%左右[1],即使骨折愈合,后期仍可能出现股骨颈短缩。
Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折的治疗研究进展秦月鹏;宋莹;侯洪涛【摘要】股骨颈骨折是临床常见的骨折类型,根据骨折线与髂前上棘连线所成的夹角大小可分为3型,其中Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折的力学特点特殊,其承受了巨大的剪切应力,术后各种并发症的发生率较高,是难治类型的股骨颈骨折.临床上治疗Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折的常用手术方法主要分为四大类型:空心钉类、钉板系统类、骨瓣移植术和关节置换术.每种方法均各有优缺点,其中空心钉内固定术是治疗股骨颈骨折的常用方法,但其稳定性不如钉板系统;钉板系统可以取得坚强固定,但创伤相对较大;骨瓣移植术减少了术后两大并发症的发生率,但操作难度大、技术要求高;关节置换术适用于高龄患者,从根本上杜绝了股骨颈骨折的一些并发症,但却带来了关节置换的并发症.【期刊名称】《中国医药导报》【年(卷),期】2019(016)006【总页数】4页(P32-35)【关键词】股骨颈骨折;Pauwels Ⅲ型;手术方法;优缺点【作者】秦月鹏;宋莹;侯洪涛【作者单位】河南中医药大学研究生学院,河南郑州450046;河南中医药大学研究生学院,河南郑州450046;河南省洛阳正骨医院(河南省骨科医院)髋部损伤中心,河南洛阳471002【正文语种】中文【中图分类】R687.3Pauwels分型是重要的股骨颈骨折分型方法之一,它由德国医生Friedrich Pauwels于1935年提出,其依据骨折线与两髂前上棘连线的夹角大小将股骨颈骨折分为 3 型:Ⅰ型<30°;Ⅱ型30°~50°;Ⅲ型>50°[1]。
骨折线与水平面的角度大小将影响股骨颈骨折的稳定性和预后,Pauwels角越大,提示骨折越不稳定,其预后越差。
PauwelsⅢ型骨折生物力学稳定性较差,其承受的剪切应力和张力较大,固定困难,预后发生骨折再移位和骨折不愈合的概率较高[2]。
临床上主要采用手术的方法治疗PauwelsⅢ股骨颈骨折,其治疗方法主要分为四大类:空心钉类,钉板系统类,骨瓣移植术和关节置换术。
五种内固定方式用于不同Pauwels分型股骨颈骨折的有限元分析研究背景:股骨由于其在运动及承重中的重要作用,为历年来运动医学和骨科学的研究热点。
股骨颈骨折具有多发性和多样性,其治疗的并发症较多,因此针对股骨颈骨折治疗的方式层出不穷,然并未得到较好的解决,其因而成为临床上治疗的难题。
股骨颈骨折占髋部骨折的50%~60%,高发于老年患者,多合并不同程度的骨质疏松,女性多于男性。
其治疗方式的选择受到多种因素的影响,包括年龄、骨折类型、精神因素等,股骨颈骨折主要包括内固定、半髋或全髋关节置换术。
关节置换术为股骨颈骨折的终末治疗方法,一般患者首选内固定治疗,给股骨头一个恢复的机会。
目前主流观点认为,对于小于60岁的患者,如无明确股骨头缺血征象,首选内固定治疗;对于80岁以上的移位型骨折患者,最好行髋关节置换术;60~80岁之间的患者则根据患者的伤情、骨折类型、精神因素及是否合并其他系统性疾病来综合选择治疗方式。
目前可选用的内固定方式比较多,最常用的有空心钉,DHS,股骨近端钢板等。
Pauwels分型根据骨折线的夹角将骨折分为3型,Pauwels Ⅰ型骨折线小于300,Pauwels Ⅱ型骨折骨折线为30°~50°,Pauwels Ⅲ型骨折骨折线为大于50°。
骨折线的夹角度数越大,即骨折线越垂直,骨折端所受到的剪式应力越大,骨折越不稳定,不愈合率随之增加。
此种分型以往并未得到重视,然而由于近年来骨折不愈合及股骨头缺血性坏死的研究不断深入,较多学者对此分型的不同疗效进行了相关研究。
FEM具有强大的建模功能,在动静状态下能够对具有复杂的几何形状、材料参数和不同受力条件下的物体进行模拟仿真研究,其已经越来越多的被应用到人体生物力学中。
目的:1.利用数字化技术,建立股骨颈骨折的三维数字虚拟仿真模型及有限元模型,并同时通过尸体标本验证有限元模型的有效性;2.依据三维绘图软件绘制5种不同类型的股骨颈内固定模型,分别为上下平行的两枚空心拉力螺钉、“倒品字”形排列的三枚空心拉力螺钉模型、“倒品字”形排列的三枚全螺纹拉力螺钉模型、股骨颈锁定钢板模型、InterTan钉板系统模型,并建立5种内固定方式固定三种不同Pauwels股骨颈骨折的有限元模型;3.以Ansys软件分析比较5种内固定方式对三种不同Pauwels分型的股骨颈骨折的应力分布、位移部分、生命周期,综合评价每种内固定的固定特点,通过比较不同内固定方式生物力学稳定性,为临床应用提供理论依据;方法:1.数字化股骨三维有限元模型的构建:经X线检查证实髋部无骨折、畸形、肿瘤等骨质破坏,采用Philips/Brilliance64排螺旋CT行股骨扫描,扫描参数:管电压120kV,管电流100mA,自股骨大转子上方,层厚0.625mm,共获取二维CT图像489层。
数据以DICOM格式保存,输入个人计算机的Mimics10.01软件,经自动或手动阈值分割后三维重建出完整股骨的三维结构,再以点云输出并导出的STL格式数据导入Geomagic Studio10.0软件,根据在多边形阶段提取设定的特征和编辑的曲面片自动拟合成NURBS曲面,以Iges格式输出保存。
同时,建立股骨颈Pauwels-Ⅱ型骨折模型,骨折线为50°,并以“倒品字”拉力螺钉固定。
根据骨骼、内固定两种不同的材料属性,不计关节之间的摩擦,而将软骨忽略,肌肉及肌腱应力则简化处理。
假设为骨折面完全断裂并处于接触状态,摩擦系数为0.2。
将股骨三维有限元模型内外髁下缘全部节点的自由度约束为0作为边界条件,即远端各节点在x、y、z轴上的位移为0。
采用目前常用的简化模型,即仅考虑骨盆髋臼窝作用于股骨头上的力,对于肌肉力,仅取大转子附近的外展肌力(臀中肌与梨状肌)和股外侧肌力外展肌作为有限元分析的外载荷,予以轴向600N应力,平均作用于股骨头与髋臼接触面,沿轴向向下,然后设置好网格划分密度生成网格并设置算例属性进行运算。
2.有限元模型有效性验证:取1具成人尸体的股骨颈标本,去除标本周围的软组织,保存完整的骨性结构,X线片检查排除肿瘤、骨折等病变,骨密度测试值为1.17g/cm2。
用双层塑料袋密封在-80℃冷冻备用。
测试前24h取出,室温下自然解冻后根据股骨颈Pauwels-Ⅱ型骨折模拟截骨,骨折线为50。
,并以空心螺钉固定。
股骨颈空心钉:空心钉全长90mm,直径6.5mm,螺纹部分长20mm,空心钉中空部分直径2.5mm。
空心钉固定为“倒品字”固定,螺钉互相平行,且尽量分离。
将骨折内固定模型固定于电子万能动静态材料试验机上,股骨远端双髁连线与水平面平行,所得股骨轴线与矢状线呈23。
夹角,分别于梨状窝及大转子外侧固定尼龙线(拉伸弹性模量分别为9.7N/mm2和0.15N/mm2)予以固定,固定强度为10MPa。
其后予以股骨头垂直方向600N应力,通过压敏片记录八个点的应力值,测量三次,取平均值,并与有限元分析结果进行比较。
3.内固定三维模型的绘制:本研究共涉及4种内固定结构,分别为,空心拉力螺钉、全螺纹空心螺钉、股骨颈锁定钢板、InterTan钉板系统。
其中空心钉全长90mm,直径6.5mm,螺纹位于螺钉远端,螺纹部分长20mm,空心钉中空部分直径2.5mm;全螺纹空心螺钉,空心钉全长90mm,直径7.3mm,近端及远端螺纹为松质骨螺纹,近端自螺钉尾端始长约35mm,远端自螺钉部分长25mm,螺钉中部25mm为皮质骨螺纹,空心钉中空部分直径2.5mm;股骨颈锁定钢板,其结构包括一块倒三角形的解剖型钢板及三枚锁定螺钉;钢板上方两个万向锁定孔,下方一个锁定孔,锁定孔的斜率为140。
,每个锁定孔上方为克式针孔;锁定螺钉钉3枚,两枚直径6mm,长度85~90mm,为半螺纹松质骨拉力螺钉,远端螺纹长度为20mm,中空部直径为2.0mm;另一枚为全螺纹螺钉,长度90~100mm,直径6.5mm,中空部直径为2.5mm;InterTan钉板系统数据由(Smith&Nephew公司,英国)提供,应用proE4.0(PTC,美国)三维绘图软件对其进行三维虚拟重建。
4.骨折内固定有限元模型建立及分析:根据Pauwels三种骨折类型建立三种股骨颈骨折有限元模型,同时建立5种内固定模型,分别为:a:两枚拉力螺钉模型b:三枚“倒品字”形排列拉力螺钉模型c:三枚“倒品字”型排列全螺纹空心螺钉;d:股骨颈锁定钢板的内固定模型e:InterTan钉板系统固定模型。
均将绘制的内固定三维实体模型与股骨模型导入有限元分析前处理软件Hypermesh10.0中进行装配完成,生成节点和单元后导入有限元分析软件Ansys13.0进行处理分析,所有模型均采用solid185单元(材料赋值及边界约束同方法一)。
通过5种指标对5种内固定模型(a-e)的力学性能进行综合分析:①内固定的应力分布位置及应力峰值;②股骨的应力分布位置及应力峰值;③内固定位移分布和峰值;④股骨的位移分布和峰值;⑤骨及内固定的疲劳测试:予0.5Hz频率,600N的垂直方向应力行疲劳测试,计算达到骨及内固定达到屈服的压力次数。
结果:1.基于CT扫描数据,利用Mimics、Geomagic Studio、UG软件,建立股骨颈骨折的三维数字仿真模型,这种方法可行、有效,建模速度较快,且对人体无损害。
三维有限元法是生物力学研究的一种理论方法,可以模拟各种结构的几何模型,赋予各种组织的生物材料属性,能很好的反映其生物力学特性的总体趋势,因而可以作为标本实验生物力学研究方法很好的补充。
本研究利用人体股骨CT数据,借助Mimics、Geomagic Studio、Hypermesh、Anasys等软件,建立了股骨颈骨折的的有限元模型与正常人体具有良好的几何相似性。
通过尸体模型进行了有效性验证,证明本模型具有良好的物理相似性,更能够准确和完整地模拟股骨颈骨折的其受力特点,有利于对其进行生物力学分析。
2.Pauwels Ⅰ型股骨颈骨折,5种模型的应力峰值均集中于骨折线处的内固定下方,其中模型b、c、e分布较为均匀,模型a、d分布较为集中,其峰值为a:136.90MPa; b:52.47MPa; c:27.16MPa:d:118.69MPa; e:50.40MPao所有模型的位移均集中于股骨头处,其峰值为:a:1.49mm; b:1.62mm; c:1.33mm:d:1.40mm; e:0.89mm.通过疲劳测试得出,内固定在1e6时均未发生屈服,骨端的生命周期分别为:a:1.5367e5次;b:1.8578e5次;c:1.9458e5次;d:1.2111e5次;e:1.769e5次。
3.Pauwels Ⅱ型股骨颈骨折,5种模型应力集中区域有所不同,模型a、d分布较为集中,应力集中区域主要位于近骨折线的内固定下方;模型b、c应力分布较为均匀;模型e应力主要集中于内固定上方螺钉处。
其峰值为a:188.07MPa; b:88.96MPa; c:57.43MPa:d:167.92MPa;e:53.63MPa;所有模型的位移均集中于股骨头处,其峰值为:a:1.63mm; b:1.27mm; c:1.06mm: d:1.52mm; e:0.89mm,通过疲劳测试得出,内固定在1e6时均未发生屈服,骨端的生命周期分别为:a:1.5089e5次;b:1.1689e5次;c:1.849e5次;d:1.6932e5次;e:1.7964e5次。
4Pauwels Ⅲ型骨折,骨折端主要受力为垂直方向上的剪切力,5种模型应力集中区域有所不同,模型a、d分布较为集中,应力集中区域主要位于近骨折线的内固定下方;模型b、c应力分布较为均匀;模型e应力主要集中于内固定上方螺钉处。
其峰值为a:210.91MPa; b:116.49MPa; c:62.56MPa:d:142.49MPa; e:65.72MPao所有模型的位移均集中于股骨头处,由图中可得出,其峰值为:a:1.59mm; b:1.61mm; C:1.33mm:d:1.48mm; e:0.91mm。
内固定在1e6时均未发生屈服,骨端的生命周期分别为:a:1.4647e5次;b:1.3438e5次;c:1.9156e5次;d:1e6次;e:1.6254e5次。
结论:股骨颈骨折Pauwels分型不同其生物力学特点各不相同,Pauwels Ⅰ型骨折断端压力较大,使用空心钉固定时骨折线不与螺钉方向垂直,预防股骨颈短缩为主要治疗目的。
5种内固定方式均可以用于本型股骨颈骨折的治疗,使用带全螺纹的“倒品字”形排列的空心钉固定既能够达到较为稳定的生物力学稳定性,又能够有效防止股骨颈短缩,且具备微创的优点,可作为推荐治疗方式。