“倒品字”與“品字”空心釘不同Pauwels分型骨折的生物力學性能研討

2017-02-05  by:CAE仿真在線  來源:互聯網

股骨頭骨折多發于老年人,以及運動傷。呈現多種骨折方式,以及多種的手術方案。最常見的就是倒品字三角釘方式。這里從原理層面探討相對于正品字三角釘的優劣性。取正常青年掃描股骨頭CT備用。三維重構出正常股骨,然后導出點云,在SOLIDWORKS中制作釘子模型,并裝配。導入ANSYS WORKBENCH分析。

“倒品字”(左)與“品字”(右)螺釘布局

Pauwels分型根據骨折線的夾角將骨折分為3型,Pauwels I型骨折線小于30°,Pauwels II型骨折骨折線為30°~50°,Pauwels III型骨折骨折線為大于50°。

Pauwels分型根據骨折線

夾角30°夾角50°夾角70°

假設為骨折面完全斷裂并處于接觸狀態,摩擦系數為0.2。將股骨三維有限元模型內外髁下緣全部節點的自由度約束為0作為邊界條件,即遠端各節點在X、Y、Z軸上的位移為0。考慮骨甕髖臼窩作用于股骨頭上的力,對于肌肉力,僅取大轉子附近的外展肌力(臀中肌與梨狀肌)和股外側肌力外展肌作為有限元分析的外載荷,予以軸向600 N應力,平均作用于股骨頭與髖臼接觸面,沿軸向向下,分析靜態下股骨及內固定的應力分布。

正品字型30度夾角骨折線時力學性能

1為位移云圖,2為整體應力云圖,3為空心釘云圖,4為下剖面應力云圖5為上剖面應力云圖6為布釘方式

各模型下的最大位移(mm)

倒品字型位移小于正品字型,更能承受大載重,力學性能更優異。

左:正品字型下骨折面應力云圖 右:倒品字型下骨折面應力云圖

倒品字型空心釘布局,界面應力分布更為均勻不存在較大的應力集中,更有利于愈合。同時倒品字型骨折面最大應力小于正品字型,有效減少了應力損傷。同時兩者都是下部應力大于骨折面上部,一定程度上實現了通過加壓作用來維持骨折端緊密接觸。

分析:

具體數據不再贅述。整體分析顯示:1.‘倒品字’布局優于‘正品字’布局。2.螺釘能夠提供骨折端的滑動加壓功能,對骨折端在愈合過程中的緊密接觸有益,有利于骨折端的愈合;3,三枚平行的螺釘提供了股骨頸橫截面的穩定能力,能夠有效的提供防旋力;4. “倒品字”形的排列方式避免了正三角形排列時對股骨轉子下的應力集中,已經被證明能夠有效降低繼發性股骨轉子下骨折的發生率。然而,由于其對于骨折端無有效控制,不能控制術后骨折端的壓縮,對于骨質疏松相對嚴重的病人術后往往發生明顯的髖關節短縮。

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