内收型股骨颈骨折多根空心螺钉固定的三维有限元分析

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1、内收型股骨颈骨折多根空心螺钉固定的三维有限元分析作者：杨成伟，李全，孙伟，张治宇，蔡郑东【摘要】[目的]通过三维有限元法对内收型股骨颈骨折的不同多根空心螺钉内固定方式进行对比评价，比较3根螺钉固定和2根螺钉固定的优缺点，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，根据人正常行走时的3种步态情况，给予股骨头不同的关节压力和肌肉拉力，分别进行有限元计算。[结果]脚跟着地和中立位时，2根螺钉和3根螺钉固定后各项指标无明显差别;而脚尖离地时，2根螺钉固定较3根螺钉固定模型的抗张力和抗扭转指标差。按倒三角方式三钉固定模型的各指标在3种受力情况下均比较好。

2、[结论]2根螺钉固定的效果与受力方向有关，3根螺钉固定的方式更可靠更安全，临床上建议尽量采取三钉固定的方式。【关键词】股骨颈骨折;内固定;生物力学;有限元分析　　Abstract：[Objective]Toexplorethebiomechanicalstabilityoffixationwithtwoandthreecannulatedcompressionscrewsintreatmentoftheadductivefemoralneckfracturesbythethreedimensionalfiniteelementanalysis(FEA).[Method

3、]TwoFEAmodelsoftwoscrewsandthree15screwsforadductivefemoralneckfacturefixationsweresetuptoinvestigatethesimulatedloadingofthreedifferentconditions.[Result]Attheconditionoftheheeltouchingthegroundandthemiddleposition,therewasnodifferenceinthebiomechanicalstabilitiesofthetwomodels.However,

4、attheconditionofthetiptoedepartingfromthegroud,themodelofthreescrewsfixationwasbetterintorsionresistanceandstretchingresistance.[Conclusion]Thebiomechanicalstabilityoffixationwithtwoscrewsisdeterminedbythedirectionofloading.Threecannulatedcompressionscrewsfixationprovidesbetterbiomechani

5、calstability.　　Keywords：adductivefemoralneckfracture;internalfixation;biomechanicalstability;threedimensionalfiniteelementanalysis　　股骨颈骨折是一种在老年患者中常见的骨折，该骨折由Astley15Cooper[1]于1823年首次与其他髋部骨折区分开来。随着现代社会人类平均寿命的延长，股骨颈骨折的发生率也会进一步增高[2～4]。Pauwels针对股骨颈骨折的骨折线倾斜角度进行了分型，其中内收型股骨颈骨折骨折线受到的剪力大，骨折端极不稳定，

6、手术复位和内固定几乎是惟一有效的治疗方案。目前，空心加压螺钉内固定技术以创伤小、有利于骨折愈合的特点，已经成为股骨颈骨折的主要治疗手段。但是对于使用空心螺钉的数目方面临床一直存在着一些争议，一些学者提出，使用2根螺钉固定和3根螺钉固定在治疗效果方面没有差异[5～8]，而另外一些学者[9～11]则认为应该使用3根螺钉固定股骨颈骨折。本文以Pauwels角为70°的内收型股骨颈骨折为例，用三维有限元分析的方法来研究不同数目螺钉固定钉方式的生物力学稳定性，以此分析二种固定方式的优缺点，为临床应用提供可靠的理论依据。　　1材料和方法　　1.1有限元的模型建立　　1.1.1建立几

7、何模型对成人正常股骨进行CT扫描(使用西门子螺旋CT，层厚2mm)，最终得到132幅DICOM格式的CT图像。利用Mimics软件读取DICOM格式图像，根据骨组织灰度值的差异，通过阈值化及相应的擦除操作，分别提取股骨皮质骨和松质骨相关信息，构建得到股骨上段三维模型，将模型输出为点云文件，再经过逆向工程软件Geomagic进行光滑处理后生成几何实体，输出为Iges文件。然后将各部分的几何模型导入有限元分析软件ABAQUS中。15　　根据临床上AO/ASIF空心加压螺钉的尺寸确定螺纹部分直径为7.3mm，无螺纹部分直径为4.8mm，长度根据