“倒品字”与“品字”空心钉不同Pauwels分型骨折的生物力学性能研讨

2017-02-05  by:CAE仿真在线  来源:互联网

股骨头骨折多发于老年人,以及运动伤。呈现多种骨折方式,以及多种的手术方案。最常见的就是倒品字三角钉方式。这里从原理层面探讨相对于正品字三角钉的优劣性。取正常青年扫描股骨头CT备用。三维重构出正常股骨,然后导出点云,在SOLIDWORKS中制作钉子模型,并装配。导入ANSYS WORKBENCH分析。

“倒品字”(左)与“品字”(右)螺钉布局

Pauwels分型根据骨折线的夹角将骨折分为3型,Pauwels I型骨折线小于30°,Pauwels II型骨折骨折线为30°~50°,Pauwels III型骨折骨折线为大于50°。

Pauwels分型根据骨折线

夹角30°夹角50°夹角70°

假设为骨折面完全断裂并处于接触状态,摩擦系数为0.2。将股骨三维有限元模型内外髁下缘全部节点的自由度约束为0作为边界条件,即远端各节点在X、Y、Z轴上的位移为0。考虑骨瓮髋臼窝作用于股骨头上的力,对于肌肉力,仅取大转子附近的外展肌力(臀中肌与梨状肌)和股外侧肌力外展肌作为有限元分析的外载荷,予以轴向600 N应力,平均作用于股骨头与髋臼接触面,沿轴向向下,分析静态下股骨及内固定的应力分布。

正品字型30度夹角骨折线时力学性能

1为位移云图,2为整体应力云图,3为空心钉云图,4为下剖面应力云图5为上剖面应力云图6为布钉方式

各模型下的最大位移(mm)

倒品字型位移小于正品字型,更能承受大载重,力学性能更优异。

左:正品字型下骨折面应力云图 右:倒品字型下骨折面应力云图

倒品字型空心钉布局,界面应力分布更为均匀不存在较大的应力集中,更有利于愈合。同时倒品字型骨折面最大应力小于正品字型,有效减少了应力损伤。同时两者都是下部应力大于骨折面上部,一定程度上实现了通过加压作用来维持骨折端紧密接触。

分析:

具体数据不再赘述。整体分析显示:1.‘倒品字’布局优于‘正品字’布局。2.螺钉能够提供骨折端的滑动加压功能,对骨折端在愈合过程中的紧密接触有益,有利于骨折端的愈合;3,三枚平行的螺钉提供了股骨颈横截面的稳定能力,能够有效的提供防旋力;4. “倒品字”形的排列方式避免了正三角形排列时对股骨转子下的应力集中,已经被证明能够有效降低继发性股骨转子下骨折的发生率。然而,由于其对于骨折端无有效控制,不能控制术后骨折端的压缩,对于骨质疏松相对严重的病人术后往往发生明显的髋关节短缩。

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