股骨转子间骨折髓内固定的有限元分析

发布时间：2017-09-27 23:36

  本文关键词：股骨转子间骨折髓内固定的有限元分析

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【摘要】：股骨转子间骨折在临床上比较普遍,因为老年人骨质疏松的加剧和反应机能的下降,股骨转子间骨折在老年人发生率较高。随着中国社会人口结构老龄化的加剧,近年来股骨转子间骨折发生率逐年上升。股骨转子间血液含量丰富,生理结构复杂,因而股骨转子间骨折的治疗并发症多,致残率、死亡率高,给患者及其家人的生活质量带来了严重的困扰。本文在建立股骨有限元模型、股骨转子间骨折模型,和内固定系统有限元模型的基础上,讨论分析建模过程中的网格划分方法,以及基于CT图形灰度值进行材料赋值时,单元类型、单元尺寸对模型材料分布、计算精度的影响,通过对比临床上典型骨折在不同内固定系统治疗时的力学行为,评估内固定系统的治疗效果。本文基于CT断层图像进行股骨模型的三维重建,在ABAQUS软件中进行有限元仿真。对各类骨折模型在各类内固定系统下设置相同的边界条件,即股骨下端固定,在股骨头顶部施加方向竖直向下,大小为1000N的力,比较在该作用力下,各骨折模型在五种内固定系统下的的应力和应变,同时讨论了采用不同内固定材料时,对骨折模型应力状态的影响。对不同单元类型和单元尺寸的股骨头模型中各材料质量和体积进行比较,并对计算结果进行分析。基于CT图像灰度值对模型进行材料赋值时,单元尺寸将影响股骨模型中不同材料的含量和分布,当六面体模型单元尺寸接近体素尺寸时能获得较为精确的结果。有限元分析结果显示,为避免对愈后股骨远端造成影响,一般采用短钉系统治疗股骨转子间骨折,采用亚洲型InterTAN双钉治疗的骨折模型,比采用欧美型InterTan短钉治疗的骨折模型表现出较高的应力水平。通过对ZNNCM和亚洲型InterTAN单钉的比较可以发现,ZNNCM的前弓设计能有效降低股骨模型的应力水平,五种内植物对骨折线处的应变影响较小。本文所建立的有限元模型几何外形精确,网格单元质量高。根据Evans分型建立的5个股骨转子间骨折模型,与五种新型髓内固定系统有限元模型经过装配后,可以实现对股骨转子间骨折内固定治疗的定量分析,计算结果可为转子间骨折临床治疗时髓内固定系统的选择和髓内固定系统的设计提供参考。
【关键词】：转子间骨折 髓内固定 有限元分析 生物力学 InterTAN ZNNCM
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R683
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstracts5-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 股骨及股骨转子间骨折10-13
• 1.2 股骨转子间骨折治疗方法及髓内固定系统13-16
• 1.2.1 股骨转子间骨折的常见治疗方法13-15
• 1.2.2 髓内固定系统介绍15-16
• 1.3 股骨转子间骨折治疗的有限元分析方法16-19
• 1.3.1 有限元方法介绍16-17
• 1.3.2 股骨有限元模型的发展17-18
• 1.3.3 股骨转子间骨折治疗的研究进展18-19
• 1.4 本文主要研究工作19-21
• 第二章 股骨有限元模型的建立与探讨21-36
• 2.1 材料与方法21-27
• 2.1.1 材料与设备21
• 2.1.2 股骨CT图像的获取与几何模型的三维重建21-23
• 2.1.3 几何模型的离散化23-24
• 2.1.4 有限元模型的材料赋值24-26
• 2.1.5 有限元模型边界条件、加载方式的设置26-27
• 2.2 结果及模型有效性验证27-28
• 2.3 讨论28-35
• 2.3.1 几何模型建立的讨论29
• 2.3.2 网格划分的讨论29-31
• 2.3.3 单元尺寸对材料赋值的影响31-32
• 2.3.4 计算精度的讨论32-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第三章 髓内固定治疗转子间骨折的有限元分析36-54
• 3.1 股骨转子间骨折及髓内固定系统建模36-39
• 3.1.1 股骨转子间骨折有限元模型36
• 3.1.2 髓内固定系统有限元模型36-38
• 3.1.3 装配及边界条件设置38-39
• 3.2 内固定系统治疗转子间骨折的应力分布39-50
• 3.2.1 InterTAN长钉与短钉的比较40-43
• 3.2.2 欧美InterTAN与亚洲型InterTAN的比较43-46
• 3.2.3 亚洲型InterTAN单钉与ZNNCM的比较46-49
• 3.2.4 不同内植物材料的比较49-50
• 3.3 各种内固定系统下骨折模型的应变分布50-52
• 3.4 内固定系统的应力分布52-53
• 3.5 本章小结53-54
• 第四章 全文工作总结与展望54-56
• 4.1 全文总结54-55
• 4.2 工作展望55-56
• 参考文献56-60
• 致谢60-61
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文61

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