摘要：目的 采用有限元分析法對(duì)股骨頸空心釘鎖定板與空心釘固定股骨頸骨折的生物力學(xué)特點(diǎn)。方法 以1名男性健康志愿者為研究對(duì)象，使用64排螺旋CT進(jìn)行掃描，以右側(cè)股骨數(shù)據(jù)當(dāng)做樣本，使用逆向工程軟件依次建立股骨頸骨折三維模型、空心釘鎖定板模型和空心釘固定模型，并對(duì)股骨的應(yīng)力肺部和位移情況進(jìn)行分析，對(duì)比內(nèi)固定與股骨模型的生物力學(xué)的特征。結(jié)果 內(nèi)固定物應(yīng)力大都集中在骨折線附近，空心定鎖定板和空心釘固定模型的應(yīng)力峰值分別為65.8MPa、118.2MPa，骨端的應(yīng)力大都集中在股骨近端內(nèi)側(cè)，空心定鎖定板模型的應(yīng)力峰值為13.8MPa、空心釘固定模型的峰值為28.1MPa。結(jié)論 2種固定方式均應(yīng)用在股骨頸骨折中，空心定鎖定板固定穩(wěn)定性較好，能有效避免股骨頸縮短，成為最佳的治療辦法。

關(guān)鍵詞：股骨頸空心釘鎖定板；空心釘；股骨頸骨折；有限元分析

股骨頸骨折主要發(fā)病癥狀為骨不連和股骨頭缺血性壞死，空心釘鎖定板系統(tǒng)是2枚交鎖拉力螺釘組合而成的交鎖系統(tǒng)，能在一定程度上避免股骨頸短縮[1]。文中以2中固定方式展開(kāi)研究，探討哪種固定方式更好，現(xiàn)報(bào)道如下。

1資料與方法

1.1一般資料 本次研究選擇一名男性志愿者，其年齡為26歲，身高和體重分別為175cm、72kg。主要設(shè)備：筆記本電腦一臺(tái)、使用的操作系統(tǒng)為Windows 7 Home、三維軟件Mimics 13.0和交互軟件CAD/CAM。

1.2方法 采用X線對(duì)志愿者檢查，證實(shí)其髖部并未出現(xiàn)骨折、畸形、或腫瘤等情況，使用64排螺旋CT對(duì)其股骨進(jìn)行掃描檢查，掃描的層厚度為7.5mm，電壓設(shè)置為120kV，管電流為250～300mA，從而獲取相應(yīng)的二維CT圖像，數(shù)據(jù)保存的格式為DICOM。Mimics可以自動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)格式，把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為文本自身格式。把DICOM格式的文件導(dǎo)入Mimics10.0軟件內(nèi)，明確二維空間的位置，展現(xiàn)出冠狀面或矢狀畫(huà)面。根據(jù)不同組織其CT值，設(shè)置合理的閥值范圍，合理區(qū)分骨骼與其他位置。根據(jù)各自的mark對(duì)其身體不同位置建立三維模型，設(shè)置合理的平滑參數(shù)，便于清晰展現(xiàn)再線骨結(jié)構(gòu)的立體畫(huà)面。通過(guò)Mimics工具欄的STL格式導(dǎo)出股骨的三維模型，最后使用Geomagic Studio軟件對(duì)畫(huà)面進(jìn)行自動(dòng)擬合處理，由Iges格式輸出NURBS曲面并保存。把Geomagic Studio軟件內(nèi)形成的文件導(dǎo)入U(xiǎn)G軟件中，使用縫合功能形成所需的實(shí)體模型。采用proE4.0軟件對(duì)其實(shí)施虛擬重建操作，使用直徑為6.5mm的空心拉力螺釘，長(zhǎng)度為90mm，最后的實(shí)體模型通過(guò)Iges格式進(jìn)行保存。

1.3創(chuàng)建有限元模型 所用的內(nèi)固定螺紋都加入全真模擬并進(jìn)行歸納計(jì)算，把股骨及內(nèi)固定的模型導(dǎo)入有限元分析軟件Hypermesh10.0內(nèi)實(shí)施裝配，形成有限元模型。假定骨折面完全斷裂其摩擦系數(shù)是0.2，把股骨三維有限元模型中外髁下緣位置的原有節(jié)點(diǎn)其邊界條件設(shè)置為0，單單考慮骨盆寬臼窩作用的股股通力上，采用大轉(zhuǎn)子附近的外展肌力與骨外側(cè)肌力當(dāng)做其外載荷，設(shè)定軸向600N的盈利，沿著軸向向下，判定靜態(tài)環(huán)境下股骨及內(nèi)固定的應(yīng)力分布情況。本研究以股骨頸中段作為同心圓，分析過(guò)圓心各內(nèi)徑在股骨頸表層的交點(diǎn)和壓強(qiáng)值。本次研究有線元模型的材料見(jiàn)表1。

1.4判斷標(biāo)準(zhǔn) 判斷兩種內(nèi)固定物應(yīng)力分布的位置和峰值，股骨應(yīng)力分布位置極其峰值，股骨位移情況和峰值。

2結(jié)果

2.1分析兩種內(nèi)固定物應(yīng)力分布情況 在空心釘鎖定板模型中，其內(nèi)固定應(yīng)力大多集中在中間近骨折線位置，它的應(yīng)力峰值是65.8MPa，空心釘固定模型其應(yīng)力大都集中在骨折線螺釘位置，應(yīng)力峰值是118.2MPa，后者明顯比前者應(yīng)力峰值高。

2.2分析股骨應(yīng)力分布情況 空心釘鎖定板模型其側(cè)應(yīng)力主要集中在股骨近端內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子附近，應(yīng)力峰值是13.6MPa，股骨頭和骨折端所承受的應(yīng)力比較小，峰值僅有1.58MPa?？招尼敼潭Ｐ偷墓晒莻?cè)應(yīng)力都集中在骨折近端側(cè)皮質(zhì)位置，其峰值是28.1MPa，空心釘固定模型都比空心釘鎖定板模型的應(yīng)力峰值高。

2.3分析股骨位移的分布情況 在空心釘鎖定板模型內(nèi)位移均集中在骨折遠(yuǎn)端，位移峰值是0.78mm，空心釘模型位移處在骨折遠(yuǎn)端，位移峰值是1.59mm。

3討論

股骨頸骨折是老年人群比較常見(jiàn)的髖部骨折，有可能引發(fā)骨不連或股骨頭壞死[2]。相關(guān)研究表明，患者的年齡、精神、及骨折分型影響著選擇哪種手術(shù)方式，也影響患者的預(yù)后效果[3]。有限元分析法就是采用求解微分方程組或積分方程組求解的技術(shù)。有限元分析解法就是把微分方程轉(zhuǎn)換為代數(shù)方程組，通過(guò)數(shù)學(xué)近似的辦法對(duì)真實(shí)系統(tǒng)展開(kāi)模擬，進(jìn)而使用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)值技術(shù)進(jìn)行求解[4]。有限元分析法作為高效的現(xiàn)代分析辦法，先把研究對(duì)象求解區(qū)域分離成一組有限個(gè)進(jìn)行聯(lián)結(jié)的單元組合體[5]。因單元可以按照不同的聯(lián)結(jié)方法展開(kāi)組合，且單元自身又能分為不同性質(zhì)，這時(shí)可以擬建為多個(gè)幾何形狀求解區(qū)域，隨后把小區(qū)域?qū)嵤┝W(xué)分析并展開(kāi)整體分析[6]。有限元分析法與傳統(tǒng)應(yīng)力分析法比較的優(yōu)點(diǎn)：這種分析法能建立真實(shí)幾何比較相似的數(shù)字模型，賦予材料獨(dú)特的性質(zhì)。因這種分析法使用最先進(jìn)的電子計(jì)算機(jī)，這種分析方法更加精確、成本比較低、可靠性高，擁有相對(duì)應(yīng)的開(kāi)放性和研究空間[7]。從本次研究可知，采用空心釘固定模型對(duì)愈合骨折效果更好。

總之，股骨頸骨折具有不同的生物力學(xué)特點(diǎn)，采用空心釘鎖定板固定能避免股骨頸短縮，可以達(dá)到穩(wěn)定生物力學(xué)穩(wěn)定性的效果，具有微創(chuàng)的特點(diǎn)，成為主要的推薦方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]股骨近端空心釘鎖定板治療股骨頸骨折13例臨床療效[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（醫(yī)學(xué)版），2015，36（1）：141-143，158.

[2]亓?xí)?，楊?股骨近端空心釘鎖定板小切口治療老年股骨頸基底部骨折療效觀察[J].現(xiàn)代醫(yī)藥衛(wèi)生，2014（7）：1036-1038.

[3]王奉雷.空心釘鎖定板治療股骨頸骨折術(shù)后股骨頭壞死的危險(xiǎn)因素分析[J].重慶醫(yī)學(xué)，2014（8）：909-912.

[4]葉永杰，王秀敏，銀毅，等.空心釘鎖定板與加壓空心螺釘治療青壯年股骨頸骨折療效對(duì)比[J].中國(guó)藥業(yè)，2014（15）：91-92，93.

[5]閆江濤，秦福，汪琦，等.股骨近端空心釘鎖定板治療股骨頸骨折的臨床效果觀察[J].中國(guó)綜合臨床，2014，30（9）：978-981.

[6]陳建陽(yáng).用微創(chuàng)股骨近端空心釘鎖定板內(nèi)固定術(shù)治療中老年股骨頸骨折11例療效探討[J].當(dāng)代醫(yī)藥論叢（下半月），2014（2）：130.

[7]陳建陽(yáng).用微創(chuàng)股骨近端空心釘鎖定板內(nèi)固定術(shù)治療中老年股骨頸骨折11例療效探討[J].當(dāng)代醫(yī)藥論叢，2014（2）：130.

編輯/申磊