“倒品字”與“品字”空心釘不同Pauwels分型骨折的生物力學(xué)性能研討

2017-02-05  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

股骨頭骨折多發(fā)于老年人,以及運(yùn)動(dòng)傷。呈現(xiàn)多種骨折方式,以及多種的手術(shù)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?shù)膬?yōu)劣性。取正常青年掃描股骨頭CT備用。三維重構(gòu)出正常股骨,然后導(dǎo)出點(diǎn)云,在SOLIDWORKS中制作釘子模型,并裝配。導(dǎo)入ANSYS WORKBENCH分析。

“倒品字”(左)與“品字”(右)螺釘布局

Pauwels分型根據(jù)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(jù)骨折線

夾角30°夾角50°夾角70°

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

正品字型30度夾角骨折線時(shí)力學(xué)性能

1為位移云圖,2為整體應(yīng)力云圖,3為空心釘云圖,4為下剖面應(yīng)力云圖5為上剖面應(yīng)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(xué)性能更優(yōu)異。

左:正品字型下骨折面應(yīng)力云圖 右:倒品字型下骨折面應(yīng)力云圖

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

分析:

具體數(shù)據(jù)不再贅述。整體分析顯示:1.‘倒品字’布局優(yōu)于‘正品字’布局。2.螺釘能夠提供骨折端的滑動(dòng)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(wěn)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(shí)對股骨轉(zhuǎn)子下的應(yīng)力集中,已經(jīng)被證明能夠有效降低繼發(fā)性股骨轉(zhuǎn)子下骨折的發(fā)生率。然而,由于其對于骨折端無有效控制,不能控制術(shù)后骨折端的壓縮,對于骨質(zhì)疏松相對嚴(yán)重的病人術(shù)后往往發(fā)生明顯的髖關(guān)節(jié)短縮。

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