【摘要】：目的:(1).利用數(shù)字化技術逆向工程技術建立三種Pauwels分型的股骨頸骨折三維仿真模型,并以尸體股骨標本行股骨頭壓縮實驗驗證有限元模型的有效性;(2).用四種內(nèi)固定方式分別固定三種Pauwells股骨頸骨折模型、以股骨假體行股骨頭置換模擬手術,建立四種骨折內(nèi)固定及股骨頭置換有限元模型,在有限元分析軟件Ansys-14.0中求解;(3).分析比較各模型各個部件的等效應力、合位移云圖分布,綜合比較各術式用于各型股骨頸骨折的生物力學特點,為臨床治療該型骨折提供理論依據(jù)。方法:隨機選取2010年-2016年在廣州醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院住院的病人,納入標準:股骨無腫瘤、骨折、畸形等骨質(zhì)破壞,年齡25-60歲,性別不限。Philips64排螺旋CT掃描近端股骨,共收集到20套CT掃描數(shù)據(jù),以Dicom格式數(shù)據(jù)導入Mimics-17.0重建出近端股骨3D模型;股骨3D模型以STL格式導入逆向工程軟件Geomagic Studio-12.0分別向水平方向30°、50°、70°模擬截骨,制作三種Pauwels角股骨頸骨折。行股骨置換時,模擬截骨部位及截骨量按臨床上股骨頭置換手術的標準,獲得三種類型Pauwells角股骨頸骨折模型及按股骨頭置換標準截骨后的股骨模型,擬合成NURBS曲面后,以IGS格式導入軟件交互式CAD/CAM軟件UG-8.0,用縫合功能縫合成三維仿真實體模型;用三維繪圖軟件Pro E-5.0野火版繪制出四種內(nèi)固定三維模型:動力髖螺釘(DHS)、動力髖螺釘+1枚拉力螺釘(DHS+LS)、三枚倒三角形排列的拉力螺釘(3-LS)、股骨近端鎖定鋼板(PFLP)。用股骨頭置換(FHR)病人術后CT圖像,經(jīng)過逆向重建可獲得股骨假體;再將以上骨折模型和內(nèi)固定、股骨假體模型導入有限元前處理軟件Hypermesh-11.0,裝配成骨折內(nèi)固定及股骨頭置換系統(tǒng):即 動力髖螺釘固定、動力髖螺釘加一枚拉力螺釘固定、三枚拉力螺釘固定、股骨近端鎖定鋼板固定、股骨頭置換‖系統(tǒng),通過布爾運算、劃分實體網(wǎng)格、導回Mimics-17.0賦材料屬性、施加載荷和約束等步驟建立有限元模型,最后導入有限元分析軟件Ansys-14.0中求解,逐一分析每種術式的等效應力、合位移分布及峰值,比較這些術式治療各型Pauwels角股骨頸骨的優(yōu)劣性。結果:建成了三種Pauwels分型股骨頸骨折模型,并創(chuàng)建了分別以四種內(nèi)固定術式及股骨頭置換分別對三種Pauwels股骨頸骨折模型行虛擬手術的三維有限元模型,通過Ansys-14.0逐一求解每個模型的應力、位移狀況。Pauwels-Ⅰ型股骨頸骨折虛擬手術模型:整體應力:a.動力髖螺釘(DHS):105.6170、b.動力髖螺釘+1枚拉力螺釘(DHS+LS):65.4406、c.三枚倒三角形排列的拉力螺釘(3-LS):43.5766、d.股骨近端鎖定鋼板(PFLP):43.6657、e.股骨頭置換(FHR):43.8583(單位:Mpa)(下同);整體位移:a.0.7297、b.0.5863、c.0.7536、d.0.5687、e.0.6232(單位:mm)。Pauwells-Ⅱ型股骨頸骨折內(nèi)固定模型:整體應力:a:179.3238、b:80.3592、c:62.9291、d:53.1107、e.43.8583(Mpa);整體位移:a:0.9258、b:0.6222、c:0.8878、d:0.6259、e.0.6232(mm)。Pauwels-Ⅲ型股骨頸骨折內(nèi)固定模型:a.248.5948、b.98.4781、c.68.6780、d.60.4346、e.43.8583(Mpa);整體位移:a.1.0834、b.0.6616、c.0.7879、d.0.5682、e.0.6232(mm)。綜合分析表明:五種術式中股骨頭置換術用于三種Pauwells股骨頸骨折,整體應力、內(nèi)置物應力均較小,位移與其他術式差別不大。四種骨折內(nèi)固定術式中三枚拉力螺釘固定及股骨近端鎖定鋼板固定所受應力峰值較小;動力髖+1螺釘固定位移峰值較小。結論:(1).以應力、位移兩項指標為比較標準,對于各型股骨頸骨折,股骨頭置換都是最優(yōu)術式;(2).若選擇內(nèi)固定治療:對于Pauwels-Ⅰ型股骨頸骨折,3枚拉力螺釘或股骨近端鎖定鋼板為應為首選,動力髖系統(tǒng)聯(lián)合1枚拉力螺釘亦可使用,而單純動力髖固定則不推薦使用;Pauwels-Ⅱ型股骨頸骨折:股骨近端鎖定鋼為首選,動力髖系統(tǒng)聯(lián)合1枚拉力螺釘優(yōu)于3枚拉力螺釘;Pauwels-Ⅲ型股骨頸骨折則推薦使用固定更為牢固的股骨近端鎖定鋼板。
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【學位授予單位】：廣州醫(yī)科大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：R687.3

【參考文獻】

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本文編號：2209259