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基于疲劳寿命计算PauwelsⅢ型骨折两种内固定方式生物力学的有限元分析

Finite element analysis of biomechanics of two internal fixation methods for Pauwels type Ⅲ fractures based on fatigue life calculation

二维码有效期 120s

摘要背景:对于无法进行闭合复位的 Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折患者,传统的倒三角空心钉内固定方法无法有效地对抗较大剪切力.为了解决这一问题,此次研究个性化设计了一种内支持钢板,并将其与倒三角空心钉内固定方案联合使用,以提高治疗效果.目的:在步态载荷作用下,针对 Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折"倒三角"排列3钉、"倒三角"排列3钉结合内侧支持板两种内固定方式,通过有限元计算方法比较生物力学表现.方法:根据CT扫描数据,首先使用Mimics软件进行逆向建模,生成股骨的点云模型.随后,利用Geomagic软件对模型进行精细化处理,优化其几何结构并确保模型的准确性.最后,将处理后的模型导入NX软件建立Pauwels角为70°的股骨颈骨折模型,基于Ansys软件计算步态载荷下"倒三角"排列3钉全螺纹、无螺纹模型、"倒三角"排列3钉+个性化内支持板(全螺纹、无螺纹)模型的力学、疲劳寿命结果.结果与结论:①在步态载荷作用下,引入内支持板与单独3钉固定方式相比,股骨平均应力减小,其中断端和残端应力分别下降6.6 MPa和11.0 MPa,位移分别下降0.24 mm和0.12 mm,且骨折面相对移位减小;②内固定方式降低了骨系统的疲劳寿命,加入内支持板后,疲劳寿命降低更多;③提示有限元分析对螺纹参数较为敏感,因此在模型构建时应考虑螺钉的螺纹类型及特征;与仅采用螺纹3钉固定方案相比,加入内支持板的固定方式会降低应力和变形水平,能提供更稳定的骨愈合力学环境;从疲劳寿命看,内固定方法降低了股骨系统寿命,且内植物数量越多,寿命越低,加入了内支持板后的固定方案疲劳寿命最低;④说明临床在设计固定方案时应充分考虑植入物对远期愈合效果的影响,内植物的数量与固定方式应综合考量.