非解剖复位下股骨颈系统内固定治疗股骨颈骨折的有限元分析

贾继斋; 殷贵鲲; 谢辉; 傅维民; 韩顺; 马英杰; 温准; 王本杰

摘要：背景:难复性股骨颈骨折很难获得解剖复位,作为一种新型内固定装置,目前关于股骨颈系统内固定治疗非解剖复位的股骨颈骨折尚是空白. 目的:运用有限元分析方法,探讨股骨颈系统内固定治疗未能获得解剖复位的股骨颈骨折的生物力学稳定性. 方法:收集一名健康女性成年人的髋关节CT数据,利用Mimics 21.0、Geomagic Wrap 2021和SolidWorks 2020制作Pauwels角分别为30°,50°和70°的解剖复位股骨颈骨折模型,将以上3个解剖复位模型的骨折近端沿骨折线向上移位2 mm,得到3个不同Pauwels角的阳性支撑模型;相反,得到3个阴性支撑模型.使用SolidWorks 2020制作股骨颈系统内固定,并与以上9个模型装配.使用Ansys 19.0软件进行有限元分析,记录2100 N应力下股骨和股骨颈系统的位移分布和最大位移、应力分布和最大应力. 结果与结论:①Pauwels角为30°,50°,70°时,股骨颈系统最大应力均集中在螺栓与抗旋螺钉交界处,股骨最大应力集中在股骨内侧皮质,最大位移均分布于股骨头上部和股骨颈系统顶端;②Pauwels角为30°,50°时,股骨颈系统和股骨的最大位移和最大应力情况均为阴性支撑>解剖复位>阳性支撑;③Pauwels角为70°时,股骨颈系统的最大位移和最大应力情况为阴性支撑>解剖复位>阳性支撑;股骨的最大位移和最大应力情况为阴性支撑>阳性支撑>解剖复位;④随着Pauwels角的增大,阳性支撑的生物力学优势在减弱,但均优于阴性支撑;当Pauwels角为30°时,阳性支撑比解剖复位更稳定;当Pauwels角为50°时,阳性支撑与解剖复位的生物力学差异变得更小;当Pauwels角为70°时,解剖复位的稳定性略优于阳性支撑;⑤提示股骨颈骨折在术中若难以达到解剖复位,但已实现移位2 mm以内的阳性支撑,应用股骨颈系统内固定可以得到稳定的力学固定,但是需要避免阴性支撑复位.