不同空心加压螺钉固定方式对股骨颈垂直型骨折的有限元分析

谭能贤; 吴文正; 郑楚荣; 罗列良; 古鹏; 欧阳崇志; 郑晓辉

doi:10.12307/2024.011

摘要：背景:股骨颈骨折线越垂直的股骨颈骨折可能承受更多的剪切力,因此可能容易发生内固定失效、骨不连或股骨头坏死等并发症,目前关于哪种空心钉固定模式是理想的还存在争议. 目的:通过有限元分析方法评估不同构型及数目的空心螺钉构型对股骨颈垂直骨折的生物力学差异. 方法:收集1名24岁健康男性志愿者的股骨CT数据,导入Mimics软件构建股骨三维几何模型;在Geomagic 软件进行模型细化及拟合曲面处理;导入SolidWorks软件,建立股骨颈垂直骨折模型.通过建立3枚正三角构型、3枚倒三角构型、3枚双平面双支撑构型(F方案)、3枚横行构型、4枚菱形构型、4枚Alpha构型6种空心螺钉模型,比较各构型内固定和股骨骨折模型在不同载荷(350,700,1 400,2 100 N)作用下的应力分布情况及位移峰值. 结果与结论:①在4种载荷下,螺钉应力情况:双平面双支撑构型(F方案)>横行构型>倒三角构型>正三角构型>Alpha构型>菱形构型,各组螺钉的Von mises应力峰值均集中在靠近断裂线的螺钉处.②在4种载荷下,螺钉位移情况:Alpha构型>倒三角构型>正三角构型>双平面双支撑构型(F方案)>菱形构型>横行构型,位移峰值主要集中于空心螺钉头部.③在4种载荷下,股骨近端骨块应力情况:双平面双支撑构型(F方案)>横行构型>倒三角构型>Alpha构型>正三角构型>菱形构型,应力峰值主要集中在股骨颈下部.④在350 N载荷下,股骨近端骨块位移情况:横行构型>双平面双支撑构型(F方案)>正三角构型>Alpha构型>倒三角构型>菱形构型;在其他3种载荷中,倒三角构型位移峰值均小于菱形构型,位移峰值主要集中于头部;⑤股骨近端骨块断面应力分布中棱形构型最为分散,股骨位移峰值中棱形构型最小;各内固定模型的应力、位移、断裂端位移峰值随载荷的增加而逐渐增大;⑥4枚菱形构型模型对股骨颈垂直骨折内固定的生物力学性能优于其他各组模型,其固定牢靠,骨折端位移值小,应力分散,有助于抵抗剪切力和防止内翻坍塌发生,为骨折愈合创造良好的机械环境.