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目的:采用三维有限元方法,比较分析四种不同排列方式三枚空心钉内固定对Pauwels III型股骨颈骨折模型的疗效。综合评价三枚空心螺钉以不同方式排列的固定特点,分析四种内固定方式生物力学的稳定性,为临床治疗Pauwels III型股骨颈骨折提供理论依据及建议。方法:通过CT对志愿者进行扫描,收集股骨近端数据。在Mimics 20.0中通过设定灰度阈值、手动分割和区域增长,分离出股骨皮质骨和松质骨区域,通过软件功能得到股骨的三维几何模型。将Mimics 20.0中得到的初步几何模型以STL格式导入Geomagic Studio 12.0中进行表面修补,去除特征和光滑处理,使模型更加精确,最终将图形转化为NURBS曲面,将点云数据转化成实体模型。将处理好的实体模型以SAT格式导入Hypermesh 14.0中,建立Pauwels角度为70°的Pauwels III型股骨颈骨折断面,装配空心钉内固定进行分组,a组:三枚空心钉以“倒三角”方式平行排列。b组:两枚螺钉平行置于小转子上方,与a组下方螺钉水平位置相同,植入角度相同;自大粗隆于股骨距水平垂直于骨折线方向植入第三枚螺钉。c组:两枚空心钉于股骨距水平自大粗隆垂直于骨折线方向平行植入,将股骨颈骨折线平均分为三个部分,两枚平行螺钉中第一枚螺钉垂直经过骨折线下三分之一交界处,位于股骨颈前方;第二枚螺钉与第一枚螺钉平行,并垂直经过骨折线上三分之一交界处,位于股骨颈后侧,第三枚的螺钉置于小转子上方,与“倒三角形”排列方式最远端空心钉植入方式相同,位于垂直骨折线的两枚平行空心螺钉钉的中间部位。d组:两枚螺钉平行置于小转子上方,与a组下方螺钉水平位置相同,植入角度相同;自大粗隆于股骨距水平垂直于股骨干纵轴植入第三枚螺钉。分组完成后进行精细网格划分和非线性材料属性赋值,生成完整的股骨颈骨折内固定有限元模型。最后,导入有限元软件Abaqus 6.13-4,模拟行走步态阶段的肌肉对应的反应力。施加一个2317 N的载荷向量,与股骨干长轴在冠状面上呈24°夹角,矢状面上呈15°夹角,作用于股骨头;702 N的载荷向量,与股骨干长轴在冠状面上呈28°夹角,矢状面上呈21°夹角,作用于大转子。在两种加载条件下,股骨远端部分的模型被约束为边界条件,并假设骨折面完全断裂并处于接触状态,摩擦系数为0.2。分析比较四种模型中骨骼位移情况及内固定受力分布情况。结果:四组模型中,a、c、d组均存在一枚空心螺钉因mises应力值较大,受力集中从而出现塑性应变,并在0.25s处于最大受力状态时达到峰值;四组模型其股骨头位移峰值依次为:a:0.707mm,b:0.791mm,c:1.063mm,d:0.941mm。骨折线处位移峰值依次为a:0.0116mm,b:0.070mm,c:0.178mm,d:0.120mm。b、c、d组在骨折线上方位移趋势较a组模型增加,其中c组模型骨折线两侧位移差异的整体趋势较a组明显改善。结论:通过有限元分析得出,b组模型治疗效果同a组模型相近,但有效改善了内固定应力过于集中的问题,采用两枚垂直骨折线空心钉固定的c组对Pauwels III型股骨颈骨折断端位移及骨折稳定性具有一定成效,实验的最终结果还需要进一步通过生物力学和临床研究进行论证。