五种术式用于三种Pauwels分型股骨颈骨折的有限元分析

发布时间：2018-08-28 11:27

【摘要】：目的:(1).利用数字化技术逆向工程技术建立三种Pauwels分型的股骨颈骨折三维仿真模型,并以尸体股骨标本行股骨头压缩实验验证有限元模型的有效性;(2).用四种内固定方式分别固定三种Pauwells股骨颈骨折模型、以股骨假体行股骨头置换模拟手术,建立四种骨折内固定及股骨头置换有限元模型,在有限元分析软件Ansys-14.0中求解;(3).分析比较各模型各个部件的等效应力、合位移云图分布,综合比较各术式用于各型股骨颈骨折的生物力学特点,为临床治疗该型骨折提供理论依据。方法:随机选取2010年-2016年在广州医科大学附属第一医院住院的病人,纳入标准:股骨无肿瘤、骨折、畸形等骨质破坏,年龄25-60岁,性别不限。Philips64排螺旋CT扫描近端股骨,共收集到20套CT扫描数据,以Dicom格式数据导入Mimics-17.0重建出近端股骨3D模型;股骨3D模型以STL格式导入逆向工程软件Geomagic Studio-12.0分别向水平方向30°、50°、70°模拟截骨,制作三种Pauwels角股骨颈骨折。行股骨置换时,模拟截骨部位及截骨量按临床上股骨头置换手术的标准,获得三种类型Pauwells角股骨颈骨折模型及按股骨头置换标准截骨后的股骨模型,拟合成NURBS曲面后,以IGS格式导入软件交互式CAD/CAM软件UG-8.0,用缝合功能缝合成三维仿真实体模型;用三维绘图软件Pro E-5.0野火版绘制出四种内固定三维模型:动力髋螺钉(DHS)、动力髋螺钉+1枚拉力螺钉(DHS+LS)、三枚倒三角形排列的拉力螺钉(3-LS)、股骨近端锁定钢板(PFLP)。用股骨头置换(FHR)病人术后CT图像,经过逆向重建可获得股骨假体;再将以上骨折模型和内固定、股骨假体模型导入有限元前处理软件Hypermesh-11.0,装配成骨折内固定及股骨头置换系统:即动力髋螺钉固定、动力髋螺钉加一枚拉力螺钉固定、三枚拉力螺钉固定、股骨近端锁定钢板固定、股骨头置换‖系统,通过布尔运算、划分实体网格、导回Mimics-17.0赋材料属性、施加载荷和约束等步骤建立有限元模型,最后导入有限元分析软件Ansys-14.0中求解,逐一分析每种术式的等效应力、合位移分布及峰值,比较这些术式治疗各型Pauwels角股骨颈骨的优劣性。结果:建成了三种Pauwels分型股骨颈骨折模型,并创建了分别以四种内固定术式及股骨头置换分别对三种Pauwels股骨颈骨折模型行虚拟手术的三维有限元模型,通过Ansys-14.0逐一求解每个模型的应力、位移状况。Pauwels-Ⅰ型股骨颈骨折虚拟手术模型:整体应力:a.动力髋螺钉(DHS):105.6170、b.动力髋螺钉+1枚拉力螺钉(DHS+LS):65.4406、c.三枚倒三角形排列的拉力螺钉(3-LS):43.5766、d.股骨近端锁定钢板(PFLP):43.6657、e.股骨头置换(FHR):43.8583(单位:Mpa)(下同);整体位移:a.0.7297、b.0.5863、c.0.7536、d.0.5687、e.0.6232(单位:mm)。Pauwells-Ⅱ型股骨颈骨折内固定模型:整体应力:a:179.3238、b:80.3592、c:62.9291、d:53.1107、e.43.8583(Mpa);整体位移:a:0.9258、b:0.6222、c:0.8878、d:0.6259、e.0.6232(mm)。Pauwels-Ⅲ型股骨颈骨折内固定模型:a.248.5948、b.98.4781、c.68.6780、d.60.4346、e.43.8583(Mpa);整体位移:a.1.0834、b.0.6616、c.0.7879、d.0.5682、e.0.6232(mm)。综合分析表明:五种术式中股骨头置换术用于三种Pauwells股骨颈骨折,整体应力、内置物应力均较小,位移与其他术式差别不大。四种骨折内固定术式中三枚拉力螺钉固定及股骨近端锁定钢板固定所受应力峰值较小;动力髋+1螺钉固定位移峰值较小。结论:(1).以应力、位移两项指标为比较标准,对于各型股骨颈骨折,股骨头置换都是最优术式;(2).若选择内固定治疗:对于Pauwels-Ⅰ型股骨颈骨折,3枚拉力螺钉或股骨近端锁定钢板为应为首选,动力髋系统联合1枚拉力螺钉亦可使用,而单纯动力髋固定则不推荐使用;Pauwels-Ⅱ型股骨颈骨折:股骨近端锁定钢为首选,动力髋系统联合1枚拉力螺钉优于3枚拉力螺钉;Pauwels-Ⅲ型股骨颈骨折则推荐使用固定更为牢固的股骨近端锁定钢板。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：广州医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：R687.3

【参考文献】