三种内固定装置应用于Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折的有限元分析

背景：目前临床上对于PauwelsⅢ型股骨颈骨折的内固定选用仍存在争议,选择提供稳定固定强度的内固定是实现PauwelsⅢ型骨折固定的关键基础。目的：利用三维有限元分析法测试3种类型内固定应用于PauwelsⅢ型股骨颈骨折的生物力学强度差异,为其临床治疗提供借鉴。方法：使用一名健康男性志愿者的左股骨CT数据,在Mimics软件中重建出一个完整的股骨及其骨松质,运用Geomagic studio软件进行逆向建模,并在UG-NX软件中创建出倒三角空心螺钉、动力髋螺钉、股骨颈动力交叉钉系统;将3种内固定模型分别装配至股骨模型上;通过Hypermesh软件模拟PauwelsⅢ型股骨颈骨折;最后应用Abaqus软件进行有限元实验分析,分析比较不同内固定系统固定股骨颈骨折所产生的应力分布、应力峰值、应变情况及位移分布。结果与结论：(1)股骨近端骨块的应力主要分布在骨折端附近股骨颈下方区域,动力髋螺钉组的应力峰值最大,股骨颈动力交叉钉系统组最小;(2)内固定装置的应力分布主要集中在骨折线附近的螺钉表面,股骨颈动力交叉钉系统组的应力峰值最大,动力髋螺钉组最小;(3)股骨近端骨块的主要应变场分布于骨与螺...     

三种空心钉构型固定PauwelsⅢ型股骨颈骨折的有限元分析

背景:临床中广泛使用空心钉治疗股骨颈骨折,传统的倒三角构型治疗PauwelsⅢ股骨颈骨折失效率较高,有学者提出使用"F"构型及偏轴构型能获得较好的治疗效果.从生物力学角度对以上3种构型的比较分析目前鲜有报道.目的:使用三维有限元法比较倒三角构型、"F"构型、偏轴构型3种空心钉置入方法对于PauwelsⅢ股骨颈骨折固定的...     

股骨颈骨折内固定方式的有限元分析

目的　研究股骨颈骨折不同内固定方式对骨折端应力分布规律的影响 ,寻找符合生物力学原理的最佳内固定方式 ,为临床应用提供理论依据。方法　在Pro/ENGINEER中建立股骨近端实体模型 ,导入ANSYS 5 7建立有限元模型。在单钉固定的情况下对Pauwel,s角为 5 0°的经颈型骨折模型施加载荷 ,通过不同固定角度时的力学特征综合评价固定效果 ,并找出最佳固定角度 ;对该最佳固定角度下多钉不同固定方式进行计算和分析 ,评价不同固定方式的优劣。结果　单钉固定时当固定角度为 5 0°时 ,各参数同时达到最小值 ,说明以该角度固定可取得最佳的力学效果 ;如采用多钉固定 ,两钉横放效果最差 ,两钉竖放抗扭性较差 ,两钉斜放和三钉固定时力学环境好。从临床实用角度综合分析 ,单钉固定力学效果较好 ,且操作简单。结论　不同固定角度和螺钉组合方式对骨折面的力学环境有重要影响。     

不同载荷条件下三种内固定方式治疗PauwelsⅢ型股骨颈骨折的有限元分析

背景：治疗PauwelsⅢ型股骨颈骨折的最佳内固定方式仍未达成共识,既往相关有限元分析大多采用单一简化载荷条件,对于常用内固定装置的生物力学特性还需进一步探究。目的：通过有限元方法分析空心加压螺钉、动力髋螺钉和股骨颈系统治疗PauwelsⅢ型股骨颈骨折在单腿站立载荷及侧方跌倒载荷条件下的生物力学特性。方法：通过CT扫描获取健康成人股骨DICOM数据,导入Mimics 15.0软件,得到骨组织的粗糙模型,再通过Geomagics软件对Mimics导出的数据进行优化处理,然后根据空心加压螺钉、动力髋螺钉和股骨颈系统的临床应用参数采用Pro/E软件建立3种内固定模型并与股骨模型组装,最后导入Ansys软件进行加载、计算,分析3种内固定模型在单腿站立载荷及侧方跌倒载荷的不同工况下股骨和内固定的应力分布和位移情况,以及股骨距和Ward三角区的应力特点。结果与结论：(1)单腿站立载荷及侧方跌倒载荷下,3种内固定模型的股骨近端应力均主要分布在股骨颈骨折端内上方,3种内固定模型的股骨近端、骨折端、Ward三角以及股骨距的应力峰值均为股骨颈系统内固定模型最小,空心加压螺钉内固定模型最大;(2)单腿站立载...     

内收型股骨颈骨折不同固定方式的生物力学分析

目的通过有限元法对内收型股骨颈骨折的不同内固定方法对比评价,寻找合理的固定方式,为临床应用提供理论依据.方法以内收型股骨颈骨折为研究对象建立模型,模拟单腿站立时的受载情况,在固定角度一定的情况下分别进行有限元计算.结果两钉竖放固定时的抗弯抗张能力和稳定性较好,但抗扭性较差,三钉固定时按倒△方式固定时的名指标均比较好,单钉固定时综合效果并不最差,而且临床操作简单,手术时间短.结论固定效果与螺钉的数量和组合方式有着直接的联系,根据病人的实际情况合理选择固定方式对于股骨颈骨折的愈合具有重要的作用.     

股骨颈骨折单钉内固定的有限元分析

目的研究股骨颈骨折单钉内固定角度对骨折端应力分布规律的影响,寻找符合生物力学原理的最佳内固定角度,为临床应用提供理论依据.方法在Pro/ENGINEER中建立股骨上端实体模型,导入ANSYS5.7建立有限元模型.模拟单腿站立的情况,对Pauwel's角为50°的经颈型骨折模型施加载荷,分别计算固定角度为30°～60°范围内7种不同情况下骨折模型的力学特征,以应力、位移、张开位移等参数为指标,综合评价不同内固定角度的固定效果.结果固定角度在30°到55°之间时,各参数值在一定范围内波动,并存在基本相同的变化趋势.当螺钉的固定角度为50°时,各参数同时达到最小值,说明以该角度固定可取得最佳的力学效果.固定角度为60°时,各参数显著增大,固定后的股骨颈稳定性较其它角度明显降低.结论当骨折线Pauwel's角为50°时,紧固螺钉固定角度在30°～55°均可以取得良好的力学效果,并以50°最佳.     

三枚与四枚螺钉置入治疗Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折的有限元分析

BACKGROUND: Femoral neck fracture is mainly fixed by three inverted triangle cannulated screws. Scholars have proposed to add a cannulated screw to enhance the fixation strength of femoral neck fracture of Pauwels III type based on three cannulated screw fixation, but the stability is not verified.     

不同复位条件下股骨颈骨折最优固定方式的有限元分析

背景：股骨颈骨折的传统固定方式为3枚空心螺钉倒三角固定,对于未达到解剖复位的股骨颈骨折的最优固定方式尚无定论。目的：基于有限元分析法比较空心钉固定不同复位条件下头下型股骨颈骨折的生物力学性能。方法：选取一名健康成年男性股骨近端CT数据重建三维模型,进行头下型骨折造模,将骨折模型分为解剖复位组、髋内翻组、髋外翻组,各骨折模型组均分出3个亚组,用标准组、螺钉压低组、螺钉抬高组进行转配,于髋臼顶向股骨头施加垂直向下1 400 N的应力,观察不同固定方式下股骨及内固定物的位移和应力分布,对比股骨和固定物的应力和位移最大值。结果与结论：(1)解剖复位时,标准组、螺钉压低组、螺钉抬高组固定物应力峰值分别为41.35,31.27,43.32 MPa,螺钉抬高组的股骨应力峰值最大(28.58 MPa),股骨的位移峰值标准组最大;(2)髋内翻时,3个亚组的应力均相对分散且均匀;标准组的股骨应力峰值最小,但位移峰值最大,固定的稳定性可能不佳;螺钉压低组股骨的位移峰值最小;(3)在髋外翻时,螺钉压低组出现明显的螺钉应力集中,且位移峰值为3个亚组中最大,出现in-out-in现象;螺钉抬高组螺钉的应力峰值为3...     

Delbet Ⅱ型儿童股骨颈骨折不同内固定方式的有限元分析

背景：儿童DelbetⅡ型股骨颈骨折后股骨头坏死率较高,有限元法已广泛应用于研究成人股骨颈骨折内固定后的稳定性,但儿童股骨颈骨折的相关分析较少。目的：研究3种不同内固定方式治疗DelbetⅡ型儿童股骨颈骨折的生物力学性能。方法：选择1例8岁儿童健康志愿者为研究对象。CT扫描患儿股骨近端影像数据导入Mimics 17.0,在Geomagic 14.0,Cero 3.0,Hyper Works13.0中建立3种内固定方式治疗DelbetⅡ型儿童股骨颈骨折的有限元模型,分别为空心钉模型（CS模型）、空心钉联合克氏针模型（CS+K模型）、锁定钢板模型（LP模型）,观察3种模型的内固定应力、骨骺应力及骨折断端相对位移。结果与结论：（1）CS+K模型骨折端和股骨头内的应力显著大于CS模型、LP模型（P <0.001）;LP模型的股骨侧应力显著大于CS+K模型、CS模型（P<0.001）;（2）CS模型的相对位移量显著大于CS+K模型和LP模型（P<0.001）;（3）LP模型的骺板平均应力显著大于CS+K模型、CS模型（P<0.001）;（4）结果表明,空心钉联合克氏针固定...     

非解剖复位下股骨颈系统内固定治疗股骨颈骨折的有限元分析

背景：难复性股骨颈骨折很难获得解剖复位,作为一种新型内固定装置,目前关于股骨颈系统内固定治疗非解剖复位的股骨颈骨折尚是空白。目的：运用有限元分析方法,探讨股骨颈系统内固定治疗未能获得解剖复位的股骨颈骨折的生物力学稳定性。方法：收集一名健康女性成年人的髋关节CT数据,利用Mimics 21.0、Geomagic Wrap 2021和SolidWorks 2020制作Pauwels角分别为30°,50°和70°的解剖复位股骨颈骨折模型,将以上3个解剖复位模型的骨折近端沿骨折线向上移位2 mm,得到3个不同Pauwels角的阳性支撑模型;相反,得到3个阴性支撑模型。使用SolidWorks 2020制作股骨颈系统内固定,并与以上9个模型装配。使用Ansys 19.0软件进行有限元分析,记录2 100 N应力下股骨和股骨颈系统的位移分布和最大位移、应力分布和最大应力。结果与结论：(1)Pauwels角为30°,50°,70°时,股骨颈系统最大应力均集中在螺栓与抗旋螺钉交界处,股骨最大应力集中在股骨内侧皮质,最大位移均分布于股骨头上部和股骨颈系统顶端;(2)Pauwels角为30°,50°时,股...     

空心钉与股骨颈动力交叉钉系统治疗PauwelsⅡ～Ⅲ型股骨颈骨折的疗效比较

目的 探究空心钉（CCS）内固定与股骨颈动力交叉钉系统（FNS）治疗PauwelsⅡ～Ⅲ型股骨颈骨折的疗效。方法选取于本院就诊的84例PauwelsⅡ～Ⅲ型后侧壁粉碎股骨颈骨折患者为研究对象。根据治疗方式不同分为CCS组（n=42）和FNS组（n=42）。比较2组患者围术期指标、随访结果、疼痛情况、Oswestry功能障碍指数（ODI）、日常生活能力、治疗前后炎症指标水平[白介素-6(IL-6)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、C反应蛋白（CRP）、降钙素原（PCT）水平]及术后12个月生活质量评分。采用随机行走模型评价2组患者炎症指标的改善情况。结果 FNS组手术时间短于CCS组（P<0.05）,切口长度及术中出血量长/多于CCS组（P<0.05）;2组患者住院时间、Garden力线指数及辅助复位情况比较差异无统计学意义（P>0.05）。FNS组患者骨折愈合时间、术后部分及完全负重时间、股骨颈短缩长度及程度、颈干角变化、大腿外侧激惹症状发生率均短/小/低于CCS组,末次随访髋关节Harris评分高于CCS组（P<0.05）,2组患者股骨头坏死发生率无明显差异（...     

三角稳定固定系统对股骨颈骨折生物力学特性的有限元分析

目的:运用有限元分析,探讨三角稳定固定系统对股骨颈骨折的生物力学特性。方法:选取1名健康青年志愿者,获取其股骨CT影像学资料,构建股骨三维模型及股骨颈骨折三维模型。运用Ansys12.1有限元分析软件,模拟人体直立情况下正三角、倒三角稳定固定系统对内固定物应力分布、骨折处位移的影响。结果:正三角内固定、倒三角内固定模型的股骨头最大等效应力接近,倒三角内固定模型的内固定物最大等效应力低于正三角内固定。正三角内固定、倒三角内固定模型的股骨近端、内固定物最大位移接近。结论:正三角、倒三角稳定固定系统的股骨头最大等效应力、股骨近端最大位移、内固定物最大位移接近,倒三角内固定模型的内固定物最大等效应力更低。 【关键词】三角稳定固定系统;股骨颈骨折;生物力学;有限元分析     

三种内固定方式修复股骨颈骨折的有限元分析

BACKGROUND: Finite element method is widely used in the femoral neck fracture, but the study concerning different fixation methods of femoral neck fracture is not much.     

新型内侧支撑钢板固定青壮年不稳定型股骨颈骨折的有限元分析

目的 应用有限元分析技术探究3枚空心钉联合Y型内侧支撑钢板治疗青壮年Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折的生物力学特性,为临床应用提供参考。方法 采集股骨三维CT,建立青壮年Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折三维模型;建立3种内固定模型（3枚空心钉、3枚空心钉联合1/3管型内侧支撑钢板及3枚空心钉联合Y型内侧支撑钢板）,通过有限元分析模型,对不同内固定方式所对应的内固定应力分布及峰值,内固定与股骨的位移分布及峰值进行分析。结果 3种内固定方式下内固定应力均分布于股骨颈骨折断端周围,3枚空心钉内固定应力峰值为40.98 MPa,3枚空心钉联合1/3管型内侧支撑钢板固定时空心钉、钢板及配套螺钉应力峰值分别为28.92 MPa、22.58 MPa、51.13 MPa,3枚空心钉联合Y型内侧支撑钢板时空心钉、钢板及配套螺钉应力峰值分别为29.66 MPa、45.50 MPa、63.65 MPa。3种内固定方式中股骨的最大位移均集中在股骨头顶端,3枚空心钉、联合1/3管型支撑钢板、联合Y型支撑钢板固定股骨位移峰值分别为0.93 mm、0.68 mm及0.60 mm,内固定位移峰值分别为0.87 mm、0.65 mm及0.56 mm。结论 对于青壮年Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折,3枚空心钉联合Y型内侧支撑钢板内固定的生物力学性能优于单纯3枚空心钉及3枚空心钉联合1/3管型内侧支撑钢板,是值得推荐的固定方式。     

股骨颈骨折中空钉内固定的有限元分析

运用Mimics医学有限元仿真软件对股骨的CT图像进行了分割、精炼和渲染处理,并运用Geomagic Studio逆向工程软件进行了股骨NURBS曲面重构,从而建立了股骨的几何模型,导人ANSYS11．0建立有限元模型后进行力学分析。在单钉固定的情况下对骨折线Pauwel’s角为50°的经颈型骨折模型施加载荷,通过不同固定角度时的力学特征综合评价固定效果,并找出最佳固定角度;对该最佳固定角度进行三钉内固定的接触计算和分析,考虑中空钉和股骨之间的接触以及摩擦作用,分析不同的摩擦系数对于固定方式的影响。单钉内固定计算结果表明当Pauwel’s角为50°时,中空钉固定角度在30°-55°均可以取得良好的力学效果,并以50°最佳;三钉内固定计算结果表明摩擦系数的不同对结果有一定的影响,采用不同．的摩擦系数后,计算结果最大相差6．84％。     

股骨颈骨折三种内固定针的生物力学比较研究

作者自行设计制造了一种用于治疗股骨颈骨折的加压螺纹钉,并将其与斯氏针、三角针进行生物力学比较研究。选20个成年男性股骨上段防腐标本随机分为3组,将标本锯成内收经颈型股骨颈骨折。标本内固定后,在ZDM—500型试验机上进行轴压试验。采用位移传感器,应变仪和X—Y函数记录仪同时记录不同载荷下骨折部张开位移及旋转位移。结果显示:加压螺纹钉组在骨折标本张开位移为3mm时,其承载力及最大承载力明显大于三角针及斯氏针组(P<0.01,及P<0.05),且其旋转位移明显小于其他两组(P<0.01);三角针及斯氏针两组间比较无显著性差异(P>0.05)。     

前后路内固定治疗Ⅱ型不稳定Hangman骨折的有限元分析

目的应用有限元方法分析评价前路钛板内固定和后路钉棒系统内固定两种术式治疗Ⅱ型不稳定Hangman骨折的生物力学差异。方法建立完整上颈椎(C0~3)有限元模型并进行有效性验证。在此基础上建立失稳模型,并在失稳模型上分别建立装配前路钛板(titanium plate)和Cage植骨内固定模型(Plate+Cage模型)、后路C2椎弓根螺钉(C2 pedicle screws,C2PS)和C3侧块螺钉(C3 lateral mass screws,C3LMS)组成的钉棒系统内固定模型(C2PS+C3LMS模型)。在枕骨髁上施加40 N轴向压力模拟头颅重力,同时在枕骨上施加1.5 N·m力矩使模型产生前屈、后伸、侧弯、旋转运动,计算分析C2~3活动度(range of motion,ROM)、力的传导路径以及骨折线处的应变。结果 Plate+Cage模型在前屈、后伸、侧屈(单侧)和旋转(单侧)方向上C2~3的ROM比失稳模型分别减少了92.4%、97.1%、96.5%、90.0%,C2PS+C3LMS模型在各方向上比失稳模型分别减少了88.6%、90.2%、95.7%、90.3%。Plate+Cage模型在任何工况下的应力峰值均小于C2PS+C3LMS模型。结论前路Plate+Cage内固定在前屈和后伸工况下比后路C2PS+C3LMS内固定具有更好的稳定性,而在侧屈和旋转工况下两者稳定性相当。前路Plate+Cage内固定在结构和应力分布上更加合理,可以实现复位、减压、固定、融合一步完成,是治疗Ⅱ型Hangman骨折的有效方法。     

青壮年股骨颈头下型骨折治疗的临床分析

目的 分析头下型股骨颈骨折治疗效果。方法 ７０例患者随机分为Ａ、Ｂ两组。Ａ组４０例,采用透下复位经皮三根针内固定治疗。Ｂ组３０例采用切开复位带血管蒂髂骨移植三根针内固定治疗,随访１￣７年。结果 Ａ组治愈率６５％。Ｂ组治疗率８６．７％。结论带血管髂骨移植治疗头下型股骨颈骨折提高了愈合率,降低股骨头缺血性坏死率。     

改良中空加压螺钉内固定治疗股骨颈骨折的有限元分析

目的建立中空加压螺钉固定股骨颈骨折的三维有限元模型,研究3枚中空加压螺钉的受力情况及改良螺钉内固定治疗股骨颈骨折时能否提供所需的力学强度。方法三维有限元模型采取三钉倒三角并与股骨干成127°的内固定方式,并模拟单腿站立时的受载情况;在Pauwels角分别为50°、60°、70°、80°时,计算3枚螺钉在不同位置(下面螺钉为1号,前上螺钉为2号,后上螺钉为3号)所受应力;选择受力最大的螺钉开侧孔,研究孔径大小、开孔方向对螺钉固定股骨颈骨折模型的影响。结果随着Pauwels角度的增加,每个中空加压螺钉上的应力增大;Pauwels角为80°时各个中空加压螺钉的应力达到最大值,1、2、3号螺钉所受应力分别为304、515、和154 MPa;当受力最大的2号螺钉开孔直径为1 mm,开孔方向避开150°～195°时,3枚螺钉所受应力均在安全范围内。结论从力学角度看,3枚螺钉受到不同应力,开侧孔设计的中空加压螺钉具有良好的生物力学性能,治疗股骨颈骨折手术安全可靠,而且可以通过中空和侧孔管道向骨折端注入药物,为促进股骨颈骨折愈合创造有利条件。     

两种非解剖复位内固定Pauwels Ⅲ型头下型股骨颈骨折的有限元分析

目的通过三维有限元法对"阳性支撑"和"阴性支撑"两种非解剖复位内固定Pauwels Ⅲ型头下型股骨颈骨折进行生物力学比较,并为临床应用提供理论参考。方法将25岁男性青年健康股骨CT数据及PH螺钉数据导入相关软件,分别建立Pauwels Ⅲ型头下型股骨颈骨折的"阳性支撑"和"阴性支撑"两种非解剖复位三维模型,再通过PH螺钉系统行内固定。应用有限元分析法在相同加载和约束条件下模拟"单腿站立"、"行走"两种工况。评价和比较"阳性支撑"组和"阴性支撑"组骨折端最大位移、股骨最大应变、内固定最大应力等指标。结果在两种工况下,骨折端最大位移"阳性支撑"组和"阴性支撑"组在"单腿站立"、"行走"两种工况下分别为0.87 mm和1.38 mm,股骨最大应变分别为1.27 mm和1.98 mm,1.77e~(-2)和2.47e~(-2),1.89e~(-2)和2.12e~(-2),内固定最大应力分别为304.47 Mpa和359.03 Mpa,362.24Mpa和391.52 Mpa。结论本研究通过有限元分析方法证实了Yechiel Gotfried复位理论适用于Pauwels Ⅲ型头下型股骨颈骨折该型骨折,"阳性支撑"复位较"阴性支撑"复位具有生物力学优势。