股骨颈动力交叉钉系统主钉位置对股骨颈骨折稳定性影响的有限元分析.pdf

:./.实验与临床股骨颈动力交叉钉系统主钉位置对股骨颈骨折稳定性影响的有限元分析陈纪宝盈 梅周 磊章海霞郭 蒙宋其雨张振龙管士伟摘要:目的 采用有限元方法分析股骨颈动力交叉钉系统()中主钉位置对 型股骨颈骨折稳定性的影响 方法 选择 名 岁健康男性志愿者 扫描收集其股骨中上段影像学数据并建立 型股骨颈骨折三维模型同时建立 模型将两种模型组合并根据 主钉位置的不同得到模型(主钉置入点位于股骨颈轴位中前/)、模型(主钉置入点位于股骨颈轴位中心)、模型(主钉置入点位于股骨颈轴位中后/)采用有限元分析法评估并比较每组模型中的股骨颈骨折远端和近端、股骨近端、内固定装置的应力情况同时分析股骨头远端和近端及内固定装置远端和近端在(平行于股骨颈轴线)、(股骨颈矢状位)、(垂直于股骨颈轴线)轴位移情况 结果 组模型股骨颈骨折端及股骨近端的应力随压力的增加均逐渐增加 组模型间应力比较差异无统计学意义()随着压力的增加内固定装置的应力逐渐增加模型 及模型 均小于模型()在 轴方向位移中模型 均大于模型 和模型()结论 主钉置入点位于股骨颈轴位中心及偏前具有较好的抗旋转能力且能避免内固定装置应力集中从而使股骨颈骨折固定更牢靠关键词:股骨颈动力交叉钉系统股骨颈骨折内固定系统有限元分析生物力学中图分类号:.文献标识码:文章编号:()():().(/)()(/).().().().().:作者单位:泰安市第一人民医院骨科山东 泰安 山东第一医科大学第二附属医院消化科山东 泰安作者简介:陈纪宝男主治医师主要从事创伤骨科研究:.临床骨科杂志 ()股骨颈骨折可采用空心螺钉、空心钉联合内侧支撑钢板、动力髋螺钉、髋关节置换等多种方式治疗但术后常发生严重并发症 股骨颈动力交叉钉系统()具有防旋、防滑、抗剪切、实现骨折断端加压的优点 通过尸体实验证实 较动力髋螺钉对骨折具有更好的稳定性 但目前关于 的临床应用报道较少 本实验通过有限元生物力学分析探讨不同 主钉置入部位对骨折稳定性的影响以使其更好地应用于临床 材料与方法.材料收集 年 月于泰安市第一人民医院收集 名 岁成年健康男性志愿者资料体重 经 线检查未见髋关节发育异常 本研究经医院医学伦理委员会审核通过志愿者对研究知情同意并签署知情同意书.实验方法.三维股骨模型的建立采用 排螺旋 自髋关节至股骨上部进行扫描得到二维横断图像(层厚 )将 图像存储为 格式文件导入到医学三维重建软件 中使用区域增长、蒙版编辑等命令建立原始股骨三维模型 将 模 型 以.格 式 文 件 输 出 导 入 到 软件中对其进行去除特征、降噪、网格划分和拟合曲面处理并构建得到股骨松质骨和皮质骨的三维模型(采用等距方法建立股骨皮质骨定义皮质骨厚 )以.格式文件输出 将.文件输入到 软件中通过组合建立了皮质骨和松质骨结构重建了符合人体结构的三维股骨模型.三维 型股骨颈骨折模型的建立 将三维股骨模型整合到 软件中首先通过股骨颈轴线建立一个基准面然后创建一个切割平面该切割平面约在股骨颈中心附近并与横断面呈约 角从而得到三维 型股骨颈骨折模型.模型的建立使用 软件按照临床上应用的内固定尺寸大小建立 模型 模型设计(见图):颈干角 螺栓 防旋螺钉 锁紧螺钉 锁定的主钉和防旋螺钉成角 .组合模型的建立将 模型与股骨颈骨折模型组合并根据 主钉位置的不同得到 种组合模型(主钉进钉方向均与股骨颈干角平行)图 模型模型 (见 图):主钉置入点位于股骨颈轴位中前/模型 (见 图):主钉置入点位于股骨颈轴位中心模型(见图):主钉置入点位于股骨颈轴位中后/将 组 模 型 导 入 软件中进行材料属性赋值、建立坐标系、边界条件约束、载荷分配和网格划分见图 由于本实验的重点与螺纹无关因此将螺纹截面简化为实心圆柱体 锁定钢板和螺钉由钛合金材料组成 假设所有模型均为连续、各向同性和均匀的线弹性材料材料参数见表 表 有限元模型材料参数项 目钛合金股骨皮质骨股骨松质骨弹性模量()泊松比.图 种组合模型结构示意.模型:主钉置入点位于股骨颈轴位中前/.模型:主钉置入点位于股骨颈轴位中心.模型:主钉置入点位于股骨颈轴位中后/图 组合模型及划分网格.加载负荷与约束条件为了更好地模拟人体站立时的状态股骨远端下表面被完全固定在有限元模型中于股骨头的中心分别施加、的力从而模拟人站立、行走、单足站立时股骨受力情况见图 在内固定螺钉和股骨颈骨折远端之间形成绑定接触在内固定螺钉和股骨颈骨折近端之间形成摩擦接触摩擦系数为 在骨折表面使用摩擦接触摩擦系数为 同时在模型中新建坐标临床骨科杂志 ()系 轴平行于股骨颈轴线方向 轴为股骨颈矢状位方向 轴垂直于股骨颈轴线方向见图 图 施加应力模型(深色网格处为股骨头负重中心箭头指示为应力方向)图 新建坐标系模型.观察指标 采用有限元分析法分别评估并比较每组模型中的股骨颈骨折远端和近端、股骨近端、内固定装置的应力情况同时分析股骨头远、近端及内固定装置远、近端在、轴位移情况(以股骨头中心为中心点向左为正向右为负).统计学处理采用 软件进行统计学分析 计量资料以 表示组间比较采用 检验和方差分析 结果.股骨颈骨折端与股骨近端应力 组模型中的股骨颈骨折端应力峰值位于骨折线内下侧靠近股骨距附近且骨折远端应力较骨折近端应力大股骨近端应力峰值位于股骨转子下内侧股骨区域见图 组模型股骨颈骨折端及股骨近端的应力随着压力的增加均逐渐增加 组模型间应力比较差异无统计学意义()见表 图 股骨颈骨折应力分布.股骨颈骨折远端应力.股骨颈骨折近端应力.股骨近端应力.内固定装置应力 组模型内固定装置的应力峰值主要位于螺钉骨折线附近见图 内固定装置的应力随着压力的增加逐渐增加模型 及模型 均小于模型 差异均有统计学意义()见表 图 内固定装置应力分布.股骨头远、近端在、轴位移情况 组模型中的股骨在、轴方向位移峰值位于股骨头近端见图 组模型不同压力下股骨头近端及远端在 轴及 轴方向位移比较差异均无统计学意义()在 轴方向位移中模型均大于表 组模型不同压力下股骨颈骨折及股骨近端应力情况 ()模型股骨颈骨折远端应力 股骨颈骨折近端应力 股骨近端应力 模型.(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.)模型.(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.)模型.(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.).(.)值.表 组模型不同压力下内固定装置应力情况 ()模型 模型.(.).(.).(.)模型.(.).(.).(.)模型.(.).(.).(.)值.与模型 比较:与模型 比较:临床骨科杂志 ()图 组模型中的股骨位移情况.轴方向位移.轴方向位移.轴方向位移模型 和模型()见表.内固定装置远、近端在、轴位移情况 组模型内固定装置的位移主要集中在内固定装置近端见图 组模型不同压力下内固定装置远端和近端在 轴及 轴方向位移比较差异均无统计学意义()在 轴方向位移中模型 位移均大于模型 和模型()见表 讨论.内固定治疗股骨颈骨折股骨颈骨折是骨科临床常见的损伤并且其发病率呈逐年增长的趋势股骨颈骨折若治疗不当常发生骨折不愈合、股骨头创伤后缺血性坏死、股骨颈短缩、髋内外翻畸形等严重并发症从三翼钉到全螺纹螺钉再到后来的表 组模型不同压力下股骨头、轴位移情况 ()模型股骨头近端 股骨头远端 模型 轴.(.).(.).(.).(.).(.).(.)轴.(.).(.).(.).(.).(.).(.)轴.(.).(.).(.).(.).(.).(.)模型 轴.(.).(.).(.).(.).(.).(.)轴.(.).(.).(.).(.).(.).(.)轴.(.).(.).(.).(.).(.).(.)模型 轴.(.).(.).(.).(.).(.).(.)轴.(.).(.).(.).(.).(.).(.)轴.(.).(.).(.).(.).(.).(.)与模型 比较:以股骨头中心为中心点向左为正向右为负图 内固定位移.轴方向位移.轴方向位移.轴方向位移临床骨科杂志 ()表 组模型不同压力下内固定、轴位移情况 ()模型内固定远端 内固定近端 模型 轴.(.).(.).(.).(.).(.).(.)轴.(.).(.).(.).(.).(.).(.)轴.(.).(.).(.).(.).(.).(.)模型 轴.(.).(.).(.).(.).(.).(.)轴.(.).(.).(.).(.).(.).(.)轴.(.).(.).(.).(.).(.).(.)模型 轴.(.).(.).(.).(.).(.).(.)轴.(.).(.).(.).(.).(.).(.)轴.(.).(.).(.).(.).(.).(.)与模型 比较:岁的老年患者 较其他内固定治疗具有较短的手术时间和较小的再手术率 但临床中不合理的使用同样会影响治疗效果现国内外暂无关于 治疗 型股骨颈骨折进钉点的有限元生物力学稳定性研究因此本研究采用有限元分析方法研究 治疗 型股骨颈骨折时主钉不同进钉点对骨折治疗稳定性影响的生物力学分析.本研究结果分析本研究中 组模型内固定装置的应力峰值位于螺钉骨折线附近 由于结构的特殊性内固定系统的主钉与锁定防旋螺钉于同一钉道分出并存在 的角度所以当轴向加压时最大应力集中在两钉连接处 从应力分析结果可看出内固定装置的应力模型 与模型 均小于模型()说明 种不同置钉点对抗骨折断端内翻作用无明显差异 但不同压力下 组模型股骨头近端和远端、内固定装置近端和远端在 轴方向临床骨科杂志 ()位移模型 及模型 位移均小于模型()说明模型 中内固定装置的抗股骨头旋转能力降低 以上可以看出不同位置进钉点对髋关节内翻及股骨头支撑影响相对较小偏后置钉可增加内固定装置的应力集中 但不同位置进钉点对骨折抗旋转能力有较大影响偏后置钉可明显降低骨折断端的抗旋转能力使骨折稳定性明显降低 因此在临床应用中 置钉点应避免偏后减少骨折术后骨折断端不稳定、骨折不愈合等并发症的发生.本研究局限性 模型假设是在股骨为均质、连续和各向同性弹性材料且股骨皮质骨等距建模的基础上进行的与人体实际骨质有区别所以结果可能受一定影响 但是本研究目的为不同置钉点对骨折受力的影响这样的设置可以认为是合理的 该骨折模型为 型股骨颈骨折但是骨折断端无明显移位为理想状态下的骨折与临床实际有差别 因此本研究只能通过不同模型的应力及位移大小来判断内固定装置稳定性之间的差别 综上所述 主钉置入点位于股骨颈轴位中心及偏前具有较好的抗旋转能力且能避免内固定装置应力集中从而使股骨颈骨折固定更牢靠参考文献:.:.():.():.:.:.():.毕郑刚王旭明.再谈老年股骨颈骨折的手术治疗策略.中华外科杂志():.华长城刘海风杨飞.空心加压螺钉治疗股骨颈骨折.临床骨科杂志():.马建军张奎刘茂权等.经皮加压钢板与空心螺钉治疗青年股骨颈骨折的疗效比较.临床骨科杂志():.杨亚军马涛张小钰等.股骨颈动力交叉钉系统治疗股骨颈骨折近期疗效.中国修复重建外科杂志():.():.:.():.(接收日期:)文 摘第四代全踝关节置换术后异位骨化/():.作者应用影像资料分析了第四代全踝关节置换术后异位骨化发生率情况总共 例随访至少 年 异位骨化发生率为.(例)两种假体()异位骨化发生率相似(.)发生部位是后侧 例前侧 例前后侧都有 例 异位骨化级 例级 例级 例级 例 例需要手术切除异位骨化组织 作者认为第四代全踝关节置换术后异位骨化发生率仍然很高(胡孔足 摘译)临床骨科杂志 ()