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目的:通过计算机软件模拟六种方式固定Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折,并进行有限元分析,明确各固定方式的生物力学特点,为临床治疗Pauwels Ⅲ型骨折提供参考。方法:1.收集我院一例成人右侧股骨全长CT扫描数据,先将其导入Mimics 20.0软件中进行股骨三维重建,并测量它的相关解剖参数;然后导入股骨模型至Geomagic Wrap 2017三维模型处理软件中进行细化网格、骨面缺损修复、快速光顺等处理;最后再将此优化后的模型导入Solidworks 2017软件,使用CUT工具切割股骨颈,建立Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折模型。2.根据器械公司提供的产品手册以及股骨模型的相关解剖参数,使用Solidworks 2017软件制作六种内固定模型并装载在骨折模型上,股骨颈骨折的六种固定模型分别为:A.三枚倒品字空心加压螺钉(Cannulated Compression Screw,CCS);B.三枚空心加压螺钉+横行螺钉(Pauwels螺钉);C.三枚空心加压螺钉+1/3管型接骨板(1/3 Tubular Plate,1/3TP);D.动力髋螺钉(Dynamic Hip Screw,DHS)+防旋转螺钉(De-rotational Screw,DS);E.股骨近端经皮加压接骨板(Percutaneous Compression Plate,PCCP);F.Meta-TAN 髓内钉。3.将六种方式固定的Pauwels Ⅲ型骨折模型导入Abaqus 6.14软件中进行网格划分,材料赋值,设置摩擦系数和边界条件。于股骨头中心分别施加500N、2100N(相当于70KG成人的0.7倍、3倍体重)的静态载荷,记录:(1)股骨的位移分布和最大位移;(2)近端骨折块分别在Y轴、Z轴和X轴上的位移;(3)股骨的Von Mises应力分布及应力峰值;(4)内固定的Von Mises应力分布及应力峰值。结果:(1)六种模型的股骨最大位移均位于股骨头,500N载荷下的股骨位移峰值由大到小依次为3CCS:2.440 mm,4CCS:2.433 mm,3CCS+1/3TP:2.425 mm,PCCP:2.420 mm,Meta-TAN:2.309 mm,DHS+DS:1.045 mm。在2100N载荷下的股骨位移峰值由大到小依次为 3CCS:10.26 mm,4CCS:10.23 mm,PCCP:10.23 mm,3CCS+1/3TP:10.19 mm,Meta-TAN:9.737 mm,DHS+DS:4.26 mm。(2)近端骨折块在500N载荷下垂直剪切力方向Y轴上的位移由大到小依次为 3CCS:0.470 mm,4CCS:0.467 mm,3CCS+1/3TP:0.453 mm,Meta-TAN:0.429 mm,PCCP:0.427 mm,DHS+DS:0.274 mm。在2100N载荷下的Y轴位移由大到小依次为3CCS:1.973 mm;4CCS:1.960 mm;3CCS+1/3TP:1.904 mm;Meta-TAN:1.802 mm;PCCP:1.792 mm;DHS+DS:1.149 mm。(3)近端骨折块在500N载荷下水平剪切力方向Z轴上的位移峰值由大到小依次为 3CCS:2.003 mm,4CCS:1.993 mm,3CCS+1/3TP:1.990 mm,PCCP:1.975 mm,Meta-TAN:1.882 mm,DHS+DS:-0.316 mm。在2100N载荷下的Z轴位移峰值由大到小依次为3CCS:8.410 mm,4CCS:8.365 mm,3CCS+1/3TP:8.359 mm,PCCP:8.317 mm,Meta-TAN:7.915 mm,DHS+DS:-1.348 mm。(4)近端骨折块在500N载荷下垂直于骨折平面方向X轴上的位移峰值由大到小依次为 DHS+DS:0.737 mm,4CCS:0.604 mm,3CCS:0.601 mm,3CCS+1/3TP:0.595 mm,Meta-TAN:0.582 mm,PCCP:0.577 mm。在2100N载荷下的X轴位移峰值由大到小依次为DHS+DS:3.096 mm,4CCS:2.538 mm,3CCS:2.523 mm,3CCS+1/3TP:2.498 mm,Meta-TAN:2.445 mm,PCCP:2.425 mm。(5)股骨近端的Von Mises应力峰值在500N载荷下由高到低依次为 3CCS+1/3TP:33.07 MPa,DHS+DS:17.32 MPa,Meta-TAN:11.19 MPa,PCCP:10.51 MPa,4CCS:10.34 MPa,3CCS:10.14 MPa。在2100N载荷下的股骨近端应力峰值由高到低依次为3CCS+1/3TP:142.6 MPa,DHS+DS:75.92 MPa,Meta-TAN:50.12 MPa,3CCS:46.57 MPa,PCCP:45.99 MPa,4CCS:45.15 MPa。(6)内固定的Von Mises应力分布及应力峰值:在不同载荷下内固定的应力分布相似,3CCS应力集中在螺钉与骨折平面交界处,最大应力位于最下方螺钉中段,应力峰值在500N和2100N载荷下分别为35.23 MPa,175.1 MPa。4CCS应力集中在螺钉与骨折平面交界处,整体应力较三枚螺钉分散,最大应力位于最下方螺钉中段,应力峰值在500N 和 2100N 载荷下分别为 34.71Mpa,173.6MPa。3CCS+1/3TP 模型的应力集中在钢板上和拉力螺钉中部,最大应力位于钢板的第一螺钉孔周围,应力峰值在500N和2100N载荷下分别为125.8 Mpa,432.3 MPa。DHS+DS的应力集中在空心螺钉和动力加压螺钉中段,最大应力位于动力加压螺钉的中段,应力峰值在500N和2100N载荷下分别为50.74 MPa,215.6 MPa。PCCP的应力集中在两枚拉力螺钉中段以及侧方钢板上,最大应力位于上方拉力螺钉与套筒交界处,应力峰值在500N 和 2100N 载荷下分别为 65.19 MPa,273.8 MPa。Meta-TAN 的应力集中在交锁螺钉的近段,最大应力位于方头螺钉上靠近髓内钉的位置,应力峰值在500N和2100N载荷下分别为92.07MPa,434.1MPa。结论:六种Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折内固定模型的整体稳定性由强到弱依次为 DHS+DS,Meta-TAN 髓内钉,3CCS+1/3TP,PCCP,4CCS,3CCS。