股骨近段骨干组配式假体的三维有限元分析

来源 :天津医科大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:ancdtang
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目的:(1)利用三维建模软件分别建立正常成人股骨模型和与之匹配的股骨近段骨干组配式假体模型;(2)便于研究分析,设立对照组、短钉组(假体辅助侧方钢板联合3枚单皮质骨螺钉)、长钉组(假体辅助侧方钢板联合1枚经颈螺钉和2枚单皮质骨螺钉)和三钉组(假体辅助侧方钢板联合3枚经颈螺钉和2枚单皮质骨螺钉)模型。3、在四组模型中,通过3D有限元分析方法横向研究比较对照组、短钉组、长钉组和三钉组中整体、假体、钢板、螺钉的应力分布;在横向研究的基础上设立纵向研究,即在对照组中固定远端柄长为8cm,分别设置近端柄长为1cm、2cm、3cm、4cm、5cm,观察整体、股骨、假体的应力分布。方法:(1)选择1例(40岁,70KG)健康男性影像学数据,将CT扫描数据导入Mimics10.0软件进行股骨初步三维重建,并以STL格式文件导出初步模型。将初步模型导入Geomagic Studio10.0软件再次完善,建立完整全股骨模型,以IGES格式保存。将完整模型导入ANSYS12.0有限元分析软件,并在该软件中建立股骨近端骨缺损模型和与之匹配的股骨近段骨干组配式假体简化模型。(2)在模型中,利用ANSYS12.0有限元分析软件模拟正常人行走周期中股骨承受的应力峰值,对模型施加相同的载荷和边界条件。通过分析计算,最终获得整体、假体、螺钉和股骨的应力分布。观进一步察并记录目标的Von Mises应力、Z轴应力和剪切应力数据。结果:(1)股骨近端骨干组配式假体适用于股骨骨干近端100mm以内的区域。(2)本次实验通过有限元分析认为:纵向观察时固定远端柄长为8cm时,改变近端柄长长度对整体、假体及骨自身的应力、应变并无明显影响,应力主要集中在远端柄体的内、外两侧;(3)本次实验通过有限元分析发现横向观察时按对照组、短钉组、长钉组和三钉组的观察次序,在包括压应力、拉应力、剪切应力的应力分析中,整体的应力逐渐减小,假体的应力略微增加,螺钉的应力增加,骨体的应力逐渐减少。三钉组的稳定性要优于长钉组,长钉组的优于短钉组,短钉组的优于对照组。结论:(1)股骨近端骨干组配式假体适用于股骨骨干近端100mm以内的区域。股骨近段骨干组配式假体重建股骨近端骨缺损后符合股骨生物力学特点,能够恢复了股骨完整性和应力传导。(2)本次实验通过有限元分析认为:纵向观察时固定远端柄长为8cm时,改变近端柄长长度对整体、假体及骨自身的应力、应变并无明显影响,应力主要集中在远端柄体的内外两侧;在残余髓腔长度允许的范围内,尽量使用长且粗的远端柄体以提高固定稳定性。(3)本次实验通过有限元分析发现横向观察时按对照组、短钉组、长钉组和三钉组的观察次序,在包括压应力、拉应力、剪切应力的应力分析中,整体的应力逐渐减小,假体的应力略微增加,螺钉的应力明显增加,骨体的应力逐渐减少。即三钉组的稳定性优于长钉组,长钉组的优于短钉组,短钉组的优于对照组。因此,在重建近端骨缺损时应尽量使用经颈长钉来固定。
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