改良股骨近端髓內釘固定EvansⅣ型股骨轉子間骨折的有限元分析.pdf

1、目的:
　　隨著生物力學、材料學的發(fā)展，股骨轉子間骨折的治療也取得了許多進步，多種多樣的內固定器械隨之產生，髓內釘固定成為了目前股骨轉子間骨折的治療主流，但仍無法避免內固定失敗的發(fā)生?；仡櫺苑治龉晒寝D子間骨折髓內釘固定術后的患者基本臨床資料、骨質疏松評級、骨折復位質量、尖頂距等資料，探討股骨轉子間骨折髓內釘固定后發(fā)生內固定失敗的危險因素。
　　有限元分析已被用于內固定器械的力學性能評價，指導醫(yī)療器械的設計和改造。本研究根據股

2、骨近端“三角固定”理論設計了改良股骨近端髓內釘。在PFNA-Ⅱ的基礎上調整螺旋刀片與主釘的角度，同時增加1枚近端抗張力螺釘。通過有限元分析方法比較生理載荷狀態(tài)下改良股骨近端髓內釘和PFNA-Ⅱ固定EvansⅣ型不穩(wěn)定型股骨轉子間骨折的生物力學性能，檢驗改良股骨近端髓內釘設計的合理性，為新器械的臨床應用提供理論依據及研究思路。
　　方法:
　　選取廣州中醫(yī)藥大學第一附屬醫(yī)院診斷為股骨轉子間骨折并接受閉合復位髓內釘固定的患者，設

3、定納入標準和排除標準。收集患者年齡、性別、骨折患側、骨折類型、復位質量、內固定種類、尖頂距、內固定失敗等臨床資料。采用卡方檢驗等方法比較內固定失敗組和內固定未失敗組患者的臨床資料之間的差異，通過二元回歸的方法了解骨折內固定失敗的危險因素。
　　選取一名健康老年男性志愿者，用螺旋CT對其右側股骨進行全段薄層掃描。CT影像數據導入Mimics14.1軟件，根據不同組織灰度值的差異，通過閾值化及像素修補、區(qū)域增長和消除孤立點等處理，分離

4、皮質骨、松質骨和骨髓腔，利用三維模型生成功能生成股骨中上段三維模型。將股骨中上段三維模型導入逆向工程軟件GeomagicStudio10.0進行光滑處理網格劃分。將股骨模型導入Abaqus12.0進行載荷預實驗，驗證本研究的模型可靠有效。再將股骨模型導入到Solidwork2010軟件中模擬EvansⅣ型骨折進行截骨建立EvansⅣ型股骨轉子間不穩(wěn)定型骨折模型。在SolidWorks2010軟件中根據PFNA-Ⅱ髓內釘數據尺寸三維重建P

5、FNA-Ⅱ和改良股骨近端髓內釘得到數字模型。將EvansⅣ型股骨轉子間骨折模型及兩種髓內釘模型導入SolidWorks2010中進行裝配，生成改良股骨近端髓內釘和PFNA-Ⅱ內固定后的模型。髓內釘在股骨中的位置以辛迪思所提供手術操作標準為參考，螺旋刀片位于股骨頭中下靠后位置。然后將骨折內固定模型導入到限元分析軟件Abaqus12.0進行處理分析。參照參考文獻中的材料賦值、邊界條件和加載條件，模擬成人雙足站立位和步態(tài)周期關節(jié)承載峰值時刻兩

6、種受力情況進行靜態(tài)加載和動態(tài)加載有限元分析。得到兩種內固定模型在相同載荷下的內固定物的應力分布及應力峰值、股骨的應力分布及應力值、內固定模型的位移情況及位移值，比較分析兩種不同髓內釘固定老年不穩(wěn)定型股骨轉子間骨折的生物力學性能。
　　結果:
　　共納入107例股骨轉子間骨折髓內釘閉合復位固定的患者，男性45例，女性62例，平均年齡為75.07±6.16歲（65歲-90歲）。其中內固定失敗組10例，內固定未失敗組97例。內固定

7、失敗組和內固定未失敗組患者在性別比例、骨折患側、骨折分型、內固定方式、骨質疏松方面的差異無統計學意義(P＞0.05)。兩組患者在年齡、骨折復位質量、尖頂距方面的差異具有統計學意義(P＜0.05)。二元回歸顯示尖頂距大于25mm是發(fā)生股骨轉子間骨折髓內釘內固定失敗的唯一危險因素。
　　建立老年EvansⅣ型股骨轉子間骨折的三維有限元模型、改良股骨近端髓內釘及PFAN-Ⅱ兩種髓內釘固定股骨轉子間骨折后的三維有限元模型。在兩種生理載荷狀

8、態(tài)下，兩種內固定模型的應力集中均位于頭頸螺釘與主釘交界部位。改良股骨近端髓內釘的內固定應力值大于PFNA-Ⅱ，靜態(tài)加載和動態(tài)加載情況下兩者的應力峰值分別為228.0Mpa、214.4Mpa和618.3Mpa、575.4Mpa。改良股骨近端髓內釘固定模型的股骨應力峰值大于PFNA-Ⅱ固定模型的股骨應力峰值，靜態(tài)加載和動態(tài)加載情況下股骨的應力峰值分別為113.4Mpa、95.8Mpa和150.8Mpa、125.8Mpa。兩種加載模式下改良股

9、骨近端髓內釘固定模型的位移值較小于PFNA-Ⅱ組，分別為5.01mm、5.37mm和5.18mm、5.59mm。
　　結論:
　　股骨轉子間骨折髓內釘固定術后有較高的內固定失敗發(fā)生率。高齡患者、骨折復位不佳、尖頂距大于25mm時出現內固定失敗的風險較高。尖頂距是預測髓內釘內固定失敗的重要因素。在臨床手術操作中需要注意控制頭頸螺釘的尖頂距小于25mm，以降低內固定失敗的可能。
　　有限元分析方法可以很好的模擬和驗證新器械

10、的生物力學性能，具有力學性能測試全面、可重復性好等優(yōu)點。對于不穩(wěn)定型EvansⅣ型股骨轉子間骨折，改良股骨近端髓內釘在固定不穩(wěn)定型股骨轉子間骨折時具有較好的穩(wěn)定性?？紤]到臨床實際情況，本研究中抗張力螺釘與螺旋刀片之間未產生接觸，導致抗力螺釘、螺旋刀片、髓內釘主釘三者之間無法形成閉合三角形結構，上方的抗張力螺釘由于更加接近受力點而承受較高應力存在導致應力峰值較高。有限元分析是對實際情況的一種模擬分析，是將復雜問題簡單化，仍需要和傳統的離體