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Pauwels Ⅱ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、185.65、192.64 MPa;各组股骨近端所受的应力主要集中于转子下内侧区域,应力峰值分别为269.48、241.62、249.43、269.69、271.60、346.64、236.97、439.62 MPa;骨折断端切面的应力主要集中于半螺纹钉道周围,全螺纹钉道周围应力相对较小,各组应力峰值分别为149.12、143.04、140.47、139.63、139.81、130.07、117.77、57.89 MPa;内固定物的位移基本沿股骨颈轴线方向,位移分布集中于螺钉尖端,各组螺钉位移峰值分别为5.52、5.43、5.32、5.17、5.05、5.13、5.28、5.04 mm;各组股骨颈长度分别为74.69、74.72、74.70、74.70、74.72、74.70、74.72、74.74 mm。结论: 呈倒三角分布的前上方1枚半螺纹空心钉联合2枚全螺纹空心钉的置钉方案既可以满足促进股骨颈愈合的滑动加压作用,保证股骨近端稳定性,又能减少术后股骨颈短缩程度,有利于维持术后股骨颈长度,降低术后股骨颈短缩导致髋关节功能障碍的发生率,为临床空心钉治疗股骨颈骨折提供了新的优化置钉方案。

Finite element analysis of optimal selection of cannulated threaded screw for the prevention of femoral neck shortening after internal fixation for femoral neck fracture