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目的:应用三维有限元技术研究内侧支撑钢板联合空心加压螺钉固定PauwelsⅢ型股骨颈骨折的生物力学稳定性,为临床治疗PauwelsⅢ型股骨颈骨折提供理论参考。方法:1.建立股骨几何模型:招募志愿者一名44岁男性志愿者,通过病史询问及X线影像检查,排除股骨骨折、畸形、肿瘤等骨质结构破坏存在。GE64排螺旋CT进行层厚0.625mm扫描,扫描范围为股骨头上方至膝关节下方,并将CT图像作为DICOM格式文件存储导入到医学三维重建软件Mimics19.0中,结合剖面线(Profile Line)、区域增长(Thresholding)、快速分割(CT Bone Segementation)、三维重构功能(Caculate 3D from Masks)提取近端股骨三维模型。通过Mimics19.0虚拟手术模块(Simulate)及图像重新切割项目(Reslice Project)建立平行于股骨颈中心轴的空心导向器,将股骨三维模型及空心钉导向器保存为STL格式文件导出,导入GeomagicStudio2012软件进行逆向操作拟合NURBS曲面,导出STEP格式文件。2.建立PauwelsⅢ型股骨颈骨折模型:近端股骨STEP格式文件导入SolidWorks2018软件,在前视图参考面分别向水平方向50°、60°、70°方向分割股骨颈,获得三个PauwelsⅢ型股骨颈骨折模型。3.建立骨折内固定装配模型:根据临床资料,采用SolidWorks软件制作3孔1/3重建管型钢板及空心钉。通过虚拟空心钉导向器将空心加压螺钉以倒三角平行于股骨颈中轴线排列方式装配到各骨折模型中,去除干涉,得到对照组骨折内固定模型(A组,单独使用空心钉固定)。在A组模型基础上于股骨颈内侧骨折端装配内侧支撑钢板,得到实验组骨折内固定模型(B组,内侧支撑钢板联合空心钉组)。4.网格划分、设置边界条件及材料属性赋值:将以上骨折内固定模型导入Hypwermesh14.0软件划分有限元网格,之后网格文件导入Mimics软件中以蒙板赋值法赋予材料属性。赋值后的网格文件导入Ansys Workbench19.0中设定边界及约束条件,添加载荷并提交运算。结果:创建了Pauwels角50°、60°、70°的股骨颈骨折模型。通过虚拟手术操作为每个骨折模型完成了内固定装配,建立了两组骨折内固定模型:倒三角平行空心钉内固定组;内侧支撑钢板联合空心钉内固定组。求解出了每一个模型应力、位移状况。1.空心钉等效应力峰值:A组应力峰值分别为39.447Mpa、40.247Mpa、43.694Mpa,应力峰值均位于下方空心钉的下表面与骨折面钉道交界处。B组空心钉应力峰值分别为21.132Mpa、22.617Mpa、25.241Mpa,空心钉应力分布均匀,峰值均小于A组,应力峰值位于上方空心钉的上表面,且与钉道交界处。2.近端骨折面等效应力分布及峰值,A组:应力峰值分别为10.459Mpa、12.865Mpa、14.103Mpa,应力峰值均位于骨折面钉道处。B组:应力峰值分别为6.520Mpa、8.096Mpa、7.315Mpa,其中Pauwels角50°、60°时应力峰值均位于骨折面钉道处,股骨矩区域有应力集中。Pauwels角70°时应力峰值位于骨折端股骨矩区域。3.股骨头及内固定的整体位移分布和峰值:A、B两组模型整体位移峰值均位于股骨头顶端,骨折端沿骨折面产生切向移位。A组位移峰值分别为:0.7183mm、0.8926,mm、1.2892mm。B组位移峰值分别为为0.5168mm、0.6873mm、0.8516mm,B组位移峰值均小于A组。结论:有限元分析表明:重力载荷作用下,内侧支撑钢板联合空心加压螺钉治疗PauwelsⅢ型股骨颈骨折时,内侧支撑钢板可以通过有效抵抗股骨颈骨折断端剪切作用,重建股骨颈内侧骨性支撑,将骨折端剪切应力转化为股骨矩内侧压应力,从而有效减少空心钉应力峰值、股股骨头位移峰值,一定程度上减少了空心钉断钉、切割股骨头、股骨头内翻畸形等并发症发生的风险,促进骨折愈合。