利用有限元探究内固定治疗股骨颈骨折的生物力学研究

目的:利用有限元分析研究不同内固定治疗Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折的生物力学特点。方法:选取1名健康受试者的股骨CT数据进行三维重建,骨折造模,装配动力髋螺钉、锁定加压钢板、三枚空心钉、四枚空心钉和髓内钉,建立有限元模型,在股骨头顶端轴向加载1400 N应力。研究不同内固定的应力分布和位移分布、股骨的应力分布和位移分布,并比较内固定和股骨模型的应力峰值和位移峰值。结果:股骨和内固定应力较大区域均分布于股骨颈及股骨干部位,且在骨折线附近均出现应力增大的现象;内固定位移分布主要集中于股骨头内螺钉尖端位置,股骨位移集中于股骨头顶端,应力加载位置。四枚空心钉的应力最小,峰值为135.3 MPa;锁定加压钢板的应力最大,峰值为405.9 MPa,但锁定加压钢板的位移12.3 mm为最小峰值;三枚空心钉的位移18.8 mm为最大峰值;三枚空心钉固定时,股骨受力最小,应力峰值为36.8 MPa,但股骨位移最大,峰值为19.3 mm;锁定加压钢板固定时,股骨受力104.6 MPa为最大应力峰值而位移12.6mm为最小位移峰值。结论:锁定加压钢板在固定股骨颈骨折时稳定性最高,但股骨和内固定承受更大的压力和剪切力;动力髋螺钉固定短期内促进骨折愈合较有优势,但长期固定时髓内钉固定更佳。     

InterTan钉板系统与空心钉固定Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折的有限元分析

目的 用有限元分析的方法研究InterTan钉板系统与3枚互相平行的空心钉固定PauwelsⅢ型股骨颈骨折的生物力学特点. 方法选取1名男性健康志愿者,28岁,体质量为75 kg,通过16排螺旋CT扫描,取右侧近端股骨数据作为样本.通过逆向工程软件分别重建PauwelsⅢ型股骨颈骨折三维可视化模型、InterTan钉板系统固定模型及3枚互相平行空心钉固定模型,并于Ansys软件中建立2种内固定模型的三维有限元模型,予以轴向700 N应力,研究不同内固定的von Mises应力分布和位移分布、股骨的yon Mises应力分布和位移分布,并比较内固定和股骨模型的应力峰值和位移峰值. 结果 内固定物的应力主要集中于骨折线附近,其中InterTan钉板系统钉板系统固定模型的应力峰值(65.7 MPa)低于空心钉固定模型(116.4 MPa)；骨端的应力分布集中于股骨近端内侧,InterTan钉板系统固定模型的应力峰值(13.2 MPa)小于空心钉固定模型(27.6 MPa).lnterTan钉板系统固定模型中,内固定物位移方向为垂直向下,内固定物和骨端的位移峰值分别为0.84和0.76 mm;空心钉固定模型中,位移方向沿着股骨颈方向,内固定物和骨端的位移峰值分别为1.49和1.61 mm. 结论 使用InterTan钉板系统固定PauwelsⅢ型股骨颈骨折时,应力分布均匀,固定稳定性优于3枚互相平行空心钉固定.InterTan钉板系统固定时,位移方向垂直向下,髋内翻是需要预防的并发症；后者位移方向沿着股骨颈向外侧,股骨颈短缩为需要预防的并发症.     

新构型空心钉固定股骨颈骨折的有限元分析

目的对3枚空心钉"轴心加压+侧方支撑"新构型固定股骨颈骨折的生物力学特性进行三维有限元分析,为临床应用提供理论依据。方法选取1名健康成年男性志愿者,采用股骨CT扫描数据建立三维模型后模拟PauwelsⅡ型股骨颈骨折,分别采用正三角形、倒三角形、"轴心加压+侧方支撑"构型空心钉进行固定,在不同负荷下对空心钉应力分布及峰值、股骨位移分布及峰值、股骨颈骨折头侧端应力分布及峰值进行分析。结果各组上方空心钉应力大于下方空心钉,应力大多集中于螺纹与螺杆交界处并向两端呈减小趋势,螺钉尾部应力局部又有所增大。各组股骨位移最大处为股骨头负重处,从上向下位移递减。正三角形组股骨颈骨折头侧端应力高度集中,位于下方偏前处,而倒三角形组与新构型组断端应力相对较均匀分散于股骨颈下半部分。1倍体重负荷下正三角形组空心钉应力峰值(150 MPa)、股骨位移峰值(0.69 mm)、股骨颈骨折头侧端应力峰值(51 MPa)最高,倒三角形组次之(分别为93 MPa、0.65 mm、22 MPa),新构型组最小(分别为77 MPa、0.58 mm、18 MPa)。随着负荷增加,各组空心钉应力峰值、股骨位移峰值、股骨颈骨折头侧端应力峰值相应增加,但新构型组始终最小。结论 "轴心加压+侧方支撑"新构型固定的空心钉较三角形排列的空心钉承受应力和位移较小,且骨折端应力较小,整体稳定性较好。     

预防股骨颈骨折空心钉内固定术后股骨颈短缩空心螺纹钉优化选择的有限元分析

目的：运用有限元分析法比较采用不同数量全螺纹空心钉在不同置钉位置内固定治疗Pauwels Ⅱ型股骨颈骨折,预防术后颈短缩的生物力学特性。方法：选取健康老年女性志愿者1名,年龄55岁,体重70 kg,身高165 cm。采用CT扫描,获取右侧股骨数据,在三维建模软件分别建立PauwelsⅡ型股骨颈骨折模型、全螺纹空心钉和半螺纹空心钉模型。按全螺纹空心钉数量和置入呈倒三角分布位置分为8组骨折内固定模型：3枚半螺纹钉组、1枚前上方全螺纹钉加2枚半螺纹钉组,1枚后上方全螺纹钉加2枚半螺纹钉组,1枚下方全螺纹钉加2枚半螺纹钉组,1枚前上方半螺纹钉加2枚全螺纹钉组,1枚后上方半螺纹钉加2枚全螺纹钉组,1枚下方半螺纹钉加2枚全螺纹钉组,3枚全螺纹钉组。在有限元分析软件中分别加载同样载荷,比较分析各组的内固定物的应力分布及应力峰值、股骨近端应力分布及应力峰值、骨折断端切面的应力分布及应力峰值、内固定物位移峰值,并比较术后股骨颈长度。结果：各组的内固定应力主要集中于骨折线处,且均位于下方螺钉的底部,应力峰值分别为239.71、213.44、199.37、230.82、201.63、215.72、185.6...     

三维股骨近端髓内钉与股骨近端防旋髓内钉治疗股骨转子间骨折的有限元分析

目的 采用有限元分析法比较三维股骨近端髓内钉(3DPFN)和股骨近端防旋髓内钉(PFNA)治疗股骨转子间骨折的生物力学性能。方法 利用股骨CT数据制作Evans-JensenⅣ型股骨转子间骨折的三维有限元模型，对骨折模型使用3DPFN和PFNA固定获得骨折内固定有限元模型。比较两种内固定有限元模型中股骨和内固定装置的应力分布、应力峰值、最大应变。结果 (1) PFNA模型和3DPFN模型中股骨应力峰值分别为56、43 MPa,均位于股骨近端内侧小转子下缘。(2)内固定装置的应力峰值：PFNA模型位于髓内钉滑动孔下缘，为176 MPa, 3DPFN模型位于髓内钉第4个滑动孔下缘，为162 MPa。(3) PFNA模型的螺旋刀片应力峰值位于螺旋刀和套筒相连接的部位，为149 MPa; 3DPFN模型的4枚空心加压螺钉的应力峰值均位于杆部最细的部位，自上而下的空心加压螺钉应力峰值分别为43、45、59、66 MPa。(4)股骨和内固定装置的最大应变3DPFN模型均小于PFNA模型。结论 通过有限元分析可知，3DPFN在应力分布、应力峰值和最大应变等生物力学方面均优于PFNA。     

空心钉联合内侧支撑钢板治疗青壮年Pawuells Ⅲ型股骨颈骨折

目的探讨在传统空心钉内固定基础上加用内侧支撑钢板治疗青壮年PawuellsⅢ型股骨颈骨折的效果。方法对21例PawuellsⅢ型股骨颈骨折患者在闭合复位失败后行切开复位、空心钉内固定联合股骨颈内侧支撑钢板固定。结果 21例患者中1例死亡,1例失访,19例获得随访,时间6～12个月。骨折全部愈合,时间6～14周。术后10周按Harris评分标准评价髋关节功能:优良15例,较好3例,尚可1例。结论青壮年PawuellsⅢ型股骨颈骨折应用空心钉及内侧支撑钢板固定效果肯定。     

股骨近端内侧支撑固定的有限元分析

目的通过有限元分析股骨转子间骨折六部分分型各型骨折经股骨近端内侧钢板固定后的稳定性,探讨股骨近端内侧钢板对股骨近端内侧壁的支撑作用。方法运用有限元法建立股骨转子间骨折六部分分型各型骨折以股骨近端防旋髓内钉(PFNA)、内侧钢板(双皮质)、PFNA+内侧钢板(单皮质)固定后的模型。按参考文献提供参数,对模型的边界条件及材料属性进行设定,按体重70 kg的成人正常行走时髋部受力峰值进行加载。按上述条件得到21组内固定模型的应力与形变位移图,分析各组模型重要部位的应力峰值及各骨折块的位移数据。结果PFNA固定各型骨折时,股骨各重要位置承受应力变化及骨折块位移幅度均较小,大转子部位的骨折块位移增加幅度稍大;内侧钢板固定时,随着骨折块的增加,尤其是外侧骨折块的增多,股骨重要位置处及内固定自身所承受的应力均明显的增加,骨折块位移大幅增加,但内侧骨折块位移幅度始终较小;PFNA+内侧钢板固定时,股骨各重要位置承受应力变化及骨折块位移幅度是3种内固定方式中最小的。结论股骨近端内侧钢板能有效减小股骨近端应力的集中程度,对股骨近端内侧壁起到较好的支撑作用;对于不稳定型骨折应用PFNA辅助内侧钢板固定时较单独应用PFNA能有效降低股骨所受应力,各骨折块位移均未见明显增加,且内固定本身应力未见明显异常,能起到坚强固定的作用。     

不同内固定方式固定Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折模型的有限元分析

[目的]Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折,骨折线相对垂直,骨不连发生率高,本研究即骨折以有限元分析的方法分析5种内固定方式固定Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折的生物力学特点,从而为此类骨折治疗理念提供参考。[方法]根据Pauwels Ⅲ型骨折类型建立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:2枚拉力螺钉模型;b:3枚"倒品字"形排列拉力螺钉模型;c:3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。并于Ansys软件中建立5种内固定的三维有限元模型,研究不同内固定的von Mises应力分布及位移分布、股骨的von Mises应力分布及位移分布,并比较股骨及内固定模型应力峰值、位移峰值,分析骨折固定后生物力学稳定性。[结果]骨折端应力峰值大小分别为:a:10.58 MPa;b:12.51 MPa;c:17.13 MPa:d:5.14 MPa;e:1.62 MPa。内固定的应力峰值分别为a:210.91 MPa;b:116.49 MPa;c:62.56MPa:d:142.49 MPa;e:65.72 MPa。所有模型的位移均集中于股骨头处,其峰值为:a:1.17 mm;b:1.11 mm;c:0.72 mm;d:0.99 mm;e:0.76 mm。[结论]钉板系统对骨折端的力学稳定性维持优于螺钉系统,且能有效预防股骨颈短缩,为Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折推荐的内固定方式。     

股方肌骨瓣移植联合内固定治疗青壮年股骨颈骨折有限元分析

目的 应用有限元分析研究股方肌骨瓣移植联合内固定治疗青壮年股骨颈骨折的生物力学特性.方法 选取1名健康青年志愿者的股骨原始CT数据,导入Mimics软件,模拟股骨颈骨折、股方肌骨瓣植入及空心钉置人,重建股骨近端三维有限元模型.在股骨头顶端轴向加载1 000 N应力,比较空心钉分布(正三角、倒三角)、骨折部位位置(头下型...     

空心钉附加内侧支撑钢板内固定治疗青壮年非头下型股骨颈骨折的疗效观察

目的观察空心钉附加内侧支撑钢板内固定治疗青壮年非头下型股骨颈骨折的临床疗效。方法回顾性分析自2015-01—2016-01采用有限切开复位空心钉附加内侧支撑钢板内固定治疗的16例青壮年非头下型股骨颈骨折,通过前侧阔筋膜张肌及缝匠肌间隙入路放置股骨颈内侧支撑钢板。结果本组手术时间为36~73 min,平均55 min;术中失血量为100~300 ml,平均118 ml。术后DR片显示16例骨折均达到GardenⅠ级解剖复位。16例均获得随访,随访时间平均12(6~18)个月。末次随访时内固定在位,骨折均愈合良好,未出现股骨头缺血性坏死。疗效采用髋关节功能Harris评分标准评定:优15例,良1例。结论前侧直接入路有限切开复位空心钉附加内侧支撑钢板内固定治疗青壮年非头下型股骨颈骨折可行、有效,可明显降低骨折不愈合及股骨头缺血性坏死发生率。     

半截石位经直接前入路空心钉联合内侧支撑钢板内固定治疗青壮年Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折

目的观察半截石位经直接前入路切开复位空心钉及内侧支撑钢板内固定治疗青壮年Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折的近期临床疗效。方法回顾性分析自2018-01—2019-12采用半截石位直接前入路切开复位空心钉联合内侧支撑钢板内固定治疗的12例青壮年Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折。结果 12例术后均获得随访,随访时间平均12(6～20)个月。骨折愈合时间平均4.5(4～6)个月,无股骨头缺血性坏死发生。术后X线片显示骨折解剖复位,内固定物位置良好。末次随访髋关节功能Harris评分平均90.5分,优9例,良3例。结论对于青壮年Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折,取半截石位通过直接前入路进行切开复位具有创伤小、显露清晰、骨折复位及透视方便等优点,空心钉联合内侧支撑钢板内固定可以显著提高骨折端的生物力学强度,术后患者可以早期不负重功能锻炼,有利于青壮年患者髋关节功能恢复。     

髋臼后壁骨折3种内固定方式的有限元分析

目的通过有限元分析比较3种内固定方式治疗髋臼后壁骨折的生物力学性能,评估不同内固定方式的稳定性。方法建立包括骨盆主要韧带及股骨上1/3的骨盆三维有限元模型,模拟骨折面积50%的髋臼后壁骨折,髋臼后壁骨折采用后柱钢板+空心钉(空心钉组)、后柱钢板+弹簧板(弹簧板组)、后柱钢板+弹簧板+空心钉(弹簧板+空心钉组)内固定,统一用后柱钢板压住骨折块。加载不同负荷模拟站立、前屈、侧弯三种运动状态,比较分析3组骨盆各部件与内固定物的应力分布及垂直位移。结果骨盆模型生物力学传递途径与既往研究高度一致,表明模型的可靠性与内固定治疗的有效性。相同载荷下空心钉组骨盆和内固定物的应力最大。空心钉组骨折区域的最大应力、垂直位移、内固定物与骨折区域应力差值均大于弹簧板组与弹簧板+空心钉组,而弹簧板+空心钉组最小。结论上述3种内固定方式治疗髋臼后壁骨折均能取得良好的生物力学稳定性,但后柱钢板+弹簧板+空心钉内固定能改善整体的应力分布,降低再骨折和内固定断裂的风险,同时能促进骨折愈合,表现出更好的生物力学相容性。     

两枚空心钉内固定加缝匠肌骨瓣移植预防青壮年股骨颈骨折后股骨头坏死的临床观察

目的 探讨2枚空心钉内固定加缝匠股骨瓣移植在修复青壮年股骨颈骨折和预防股骨头缺血性坏死中的临床应用价值及治疗效果.方法 采用切开复位2枚空心钉内固定加缝匠股骨瓣移植的方法治疗骨颈骨折21例,随访11个月～9年,观察股骨头缺血性坏死的发生情部.结果 临床应用21例,有1例术后1年发生股骨头坏死Ⅰ度,经取钉减压名负重及非手术治疗1年,股骨头坏死逐渐修复.结论 采用2枚空心钉内固定加缝匠股骨瓣移植治疗青壮年股骨颈骨折,能降低股骨头缺血性坏死的发生率.     

三枚交叉桥架埋头钉与锁定接骨板固定Mason Ⅲ型桡骨头骨折稳定性的有限元分析

目的:利用有限元方法比较3枚交叉桥架埋头钉和锁定接骨板(锁定钢板)固定MasonⅢ型桡骨头骨折的生物力学稳定性。方法:利用逆向建模技术,将1例25岁健康男性青年桡骨CT数据及内固定数据导入相关软件,分别建立MasonⅢ型桡骨头骨折的3枚交叉桥架构型埋头钉与锁定钢板的三维有限元模型,对桡骨头进行100 N轴向加载,比较两组模型最大位移、内固定上最大Von Mises 应力及应力分布等指标。结果:3枚交叉桥架埋头钉组和锁定钢板组最大位移分别为0.069 mm和0.087 mm,内固定上Von Mises 应力峰值分别为18.59 MPa和31.85 MPa,3枚交叉桥架埋头钉组应力分布更加均匀。结论:两种内固定方式均能提供良好的固定强度,3枚交叉桥架埋头钉较锁定钢板固定方式更具稳定性,应力分布更均匀。     

活血壮骨汤联合股骨颈骨折切开复位空心钉及内侧支撑钢板固定效果观察

目的探讨活血壮骨汤联合切开复位空心钉及内侧支撑钢板固定治疗股骨颈骨折的效果。方法选取2016-06—2018-06间郏县人民医院收治的90例股骨颈骨折患者,根据治疗方案不同分为2组,各45例。手术组采用切开复位空心钉及内侧支撑钢板固定,联合组活血壮骨汤联合切开复位空心钉及内侧支撑钢板固定。比较2组的治疗效果、骨折延迟愈合及股骨头坏死发生率、术后6个月髋关节功能(Harris评分)。结果联合组治疗优良率高于手术组,骨折延迟愈合及股骨头坏死发生率均低于手术组,术后6个月Harris评分高于手术组。差异均有统计学意义(P均<0.05)。结论活血壮骨汤联合切开复位空心钉及内侧支撑钢板固定治疗股骨颈骨折,能有效降低骨折延迟愈合及股骨头坏死发生率,提患者高髋关节功能,疗效显著。     

股骨颈骨折愈合后不同钉道类型的有限元分析

目的探讨股骨颈骨折愈合取出空心钉内固定后不同钉道类型对股骨近端力学分布的影响,为术后康复和并发症的预防提供理论参考。方法利用64排螺旋CT扫描重建人体股骨近端的三维有限元模型,分别模拟正三角形与倒三角形空心钉内固定方式取出后的股骨近端钉道三维有限元模型,对模型进行加载和仿真计算。比较2种钉道模型与正常股骨模型在同一载荷下的应力分布。结果最大应力均集中在股骨颈下方的股骨距区域。正三角形钉道模型股骨颈应力最大值(11.02 MPa)远远大于倒三角形钉道模型(10.82 MPa)与正常股骨近端模型(10.58MPa)。结论正三角形空心钉内固定取出后会明显造成股骨近端应力升高,在术后康复和功能锻炼时需要密切注意股骨颈骨折的风险。     

加压空心钉不同部位治疗股骨颈骨折的生物力学研究

目的通过对加压空心钉内固定不同部位的生物力学研究,得出各种相关的生物力学数据,以得出更加稳定的内固定植入方法,在生物力学方面为临床治疗提供理论依据。方法将股骨模型按人体股骨颈骨折时常见的pauwels70°角用电锯截断,模拟常见的内收型股骨颈基底骨折,分别按正三角（向前分散排列、向前平行排列）,倒三角（向前分散排列、向前平行排列）不同的固定结构做成股骨颈骨折复位固定模型,在微机控制电子万能试验机上施加一定载荷,测出模型在水平和垂直方向的位移,同时在股骨颈内外侧贴应变片,在应变力综合测试仪上测出内、外侧的应变,根据公式计算出断面张开角。结果3枚空心加压螺钉采用上2枚,下1枚的向前分散倒三角形结构时,无论在载荷下水平位移、垂直位移、内外侧应力及断面张开角,还是在股骨颈骨折牢固固定方面,生物力学相关数据均显示最好。结论3枚加压空心钉呈倒三角向前分散结构的内固定方式最稳定。     

三角支撑固定系统固定股骨转子间骨折的生物力学有限元分析

目的比较三角支撑固定与Gamma钉固定股骨转子间骨折的生物力学特性。方法选用一名年龄40岁、身高172 cm、体重75 kg的健康成年男性志愿者提供的股骨CT影像数据, 通过Mimics 21.0软件及Geomagic 2013软件重建股骨实体化模型。利用UG 12.0软件建立EvansⅠ型股骨转子间骨折模型, 重建Gamma钉与三角支撑髓内钉模型并分别模拟股骨转子间骨折内固定手术。在Abaqus软件中, 模拟站立状态下Gamma钉与三角支撑髓内钉两种内固定模型并收集两者主钉、固定螺钉、骨质以及三角支撑髓内钉中支撑螺钉的应力峰值, 同时测量Gamma钉与三角支撑髓内钉固定骨折模型的最大位移。结果在1 200 N载荷下, 两种骨折内固定模型的应力峰值均位于主钉, 其中三角支撑髓内钉主钉的应力峰值为233.73 MPa, 较Gamma钉主钉的应力峰值(265.21 MPa)减少11.9%;固定螺钉的应力峰值均位于压力螺钉与主钉接触区域, 三角支撑髓内钉的应力峰值(138.86 MPa)较Gamma钉的应力峰值(180.75 MPa)减小23.2%;骨质模型的应力峰值均位于股骨近端内侧皮质,...     

股骨颈动力交叉钉系统主钉位置对股骨颈骨折稳定性影响的有限元分析

目的 采用有限元方法分析股骨颈动力交叉钉系统(FNS)中主钉位置对PauwelsⅢ型股骨颈骨折稳定性的影响。方法 选择1名25岁健康男性志愿者，CT扫描收集其股骨中上段影像学数据并建立PauwelsⅢ型股骨颈骨折三维模型，同时建立FNS模型，将两种模型组合并根据FNS主钉位置的不同得到模型1(FNS主钉置入点位于股骨颈轴位中前1/3)、模型2(FNS主钉置入点位于股骨颈轴位中心)、模型3(FNS主钉置入点位于股骨颈轴位中后1/3)。采用有限元分析法评估并比较每组模型中的股骨颈骨折远端和近端、股骨近端、内固定装置的应力情况，同时分析股骨头远端和近端及内固定装置远端和近端在X(平行于股骨颈轴线)、Y(股骨颈矢状位)、Z(垂直于股骨颈轴线)轴位移情况。结果 (1) 3组模型股骨颈骨折端及股骨近端的应力随压力的增加均逐渐增加，3组模型间应力比较差异无统计学意义(P>0.05)。(2)随着压力的增加内固定装置的应力逐渐增加，模型1及模型2均小于模型3(P<0.05)。(3) 3组模型不同压力下股骨头远、近端以及内固定装置远、近端在X轴及Z轴方向位移比较差异均无统计学意义(P>0...     

闭合复位股骨近端空心钉锁定板内固定治疗股骨颈骨折的疗效分析

目的观察并比较股骨近端空心钉锁定板和3枚空心钉内固定治疗股骨颈骨折的临床疗效。方法回顾性分析自2012-01—2012-06诊治的年龄≥18岁且≤65岁的股骨颈骨折80例,采用股骨近端空心钉锁定板内固定治疗40例,采用3枚空心钉内固定治疗40例。观察手术时间、骨折愈合情况,退钉、断板、短期内股骨头坏死情况,以及髋关节功能恢复情况。结果空心钉锁定板组在骨折愈合率、退钉率、短期内股骨头坏死率以及髋关节功能Harris评分优良率方面明显优于3枚空心钉组,差异有统计学意义（P〈0.05）。结论股骨近端空心钉锁定板内固定技术是治疗股骨颈骨折较为理想的方法。