股骨颈Pauwels Ⅰ型骨折空心钉内固定治疗的有限元分析

Finite element analysis of hollow nail internal fixation for Pauwels type Ⅰ femoral neck frac-tures

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摘要目的通过有限元分析不同空间分布固定模型的空心钉内固定治疗股骨颈Pauwels Ⅰ型骨折的生物力学特性.方法选取2023年陆军军医大学第一附属医院健康体检的男性志愿者1名,经128排螺旋CT对志愿者股骨头至股骨远端进行薄层扫描,初步构建获得符合人体结构的股骨模型.以股骨干中心为参照做垂线,骨折线位于股骨颈中心且与其呈30°夹角,完成股骨颈Pauwels Ⅰ型骨折模型构建.采用SolidWorks 2021软件建立5种不同空间分布的3枚三角空心钉手术固定模型.空间分布方式分别为倒等边三角形、倒等腰三角形、倒锐角三角形、倒后直角三角形、倒后钝角三角形.将装配模型导入Ansys 2021R1软件,建立有限元模型.记录评估不同空间分布固定模型的股骨模型及内固定物最大应力峰值,分析股骨及内固定物的最大位移.结果不同空间分布固定模型在股骨近端的应力集中区域均位于股骨颈骨折区域下方,其中倒等边三角形构型的应力峰值最小,为18.674 MPa.不同空间分布固定模型内固定物总体的应力均位于股骨近端腹侧螺钉中段区域,其中倒等边三角形构型的应力峰值最小,为46.484 MPa.不同空间分布固定模型在股骨颈骨折处总体位移均位于股骨头应力加载部位.其中倒等边三角形构型的位移最小,为0.72517 mm.不同空间分布固定模型内固定物位移均位于股骨头应力加载部位.其中倒等边三角形构型的位移最小,为0.68933 mm.结论不同空间分布固定模型的空心钉内固定治疗股骨颈Pauwels Ⅰ型骨折显示出不同的生物力学特性.其中倒等边三角形构型的应力分散能力最强,位移最小,力学稳定性最佳.