针对股骨干骨折的治疗,植入物的选择通常有三种:髓内钉,锁定钢板,加压钢板。不同的固定方式各有利弊:髓内钉固定虽是中心轴固定,却严重破坏了骨髓血供。锁定钢板固定方便易行,但需要剥离很多骨膜,固定容易偏离中心轴。加压钢板虽强度大,却存在应力遮挡效应。针对股骨中段骨折,通常采用钛合金或者医用不锈钢作为内固定材料,使用长钢板低密度螺钉固定。然而,对螺钉数目的使用及位置的安装并没有明确的理论基础和生物力学依据。根据医学临床经验表明,使用螺钉的数目过多,易因应力集中造成接骨板失效,然而螺钉数量使用过少时,又会导致系统固定稳定性不足。本文研究的目的是使用钛合金锁定加压钢板,针对股骨干横断形骨折,采用数值模拟的方法,来确定最优的螺钉数目以及最佳的螺钉位置,确保股骨接骨板系统最强的稳定性,尽可能的避免内固定物的失效,力求达到最佳的治疗效果。本文采用数值模拟的方法,利用Mimics软件,将计算机断层扫描(CT)的数据,以DICOM格式导入到Mimics15.0软件中,采用逆向工程技术,提取出三维股骨模型并制造出股骨干中段横断2毫米的骨折。利用计算机辅助设计(CAD)和UG等软件,构建出14孔锁定型接骨板的三维模型,并根据威高骨科锁定钢板目录,选取了合适的螺钉。根据接骨板安装在股骨张力侧的原则,在UG8.0中装配出了不同螺钉数目和不同螺钉位置的股骨-锁定板内固定系统模型。为了模拟临床实验中的股骨干中段横断形骨折,在ANSYS WORKBENCH15.0中对股骨-锁定板内固定系统三维模型设定其边界条件、施加固定载荷、赋予材料参数,设定接触及连接,划分网格。再针对每种不同情况,求解出在轴向压缩力、扭矩、内外四点弯曲加载下的股骨-锁定板系统中接骨板上的应力及其分布、计算出股骨-锁定板系统总变形。得出因螺钉位置、螺钉数量的不同,对股骨-锁定板系统总位移、应力应变分布的影响。通过数值模拟分析结果,表明不同的螺钉数量对股骨-锁定板系统的固定稳定性有着显著的影响:固定稳定性随着螺钉数目的增多而增强,插入全部的螺钉能提供最强的固定稳定性,但是,植入的螺钉数目太多会导致接骨板上,7、8螺钉孔中间的接骨板处应力集中,易导致接骨板在高频轴向载荷下失效。螺钉位置的不同对锁定加压型接骨板内固定系统的固定稳定性有影响。骨折端未安装7、8螺钉时,螺钉位置越靠近骨折端则系统的固定稳定性越好。但是当骨折端安装了7、8螺钉时,接骨板最两端是否安装螺钉,对系统的稳定性有很大影响,除此之外,其他位置螺钉的改变对系统固定稳定性影响不大。数值模拟分析结果表明,接骨板跨越的骨折距离越短,相对应的应变则越高,应力也越集中,容易引起接骨板的疲劳断裂。但能保证高的系统稳定性。因此,工作线路短的系统稳定性比同等情况下工作线路长的系统稳定性好。螺钉数量的不同对锁定加压型接骨板内固定系统的应力、应变有影响。在6组模型中,系统的最大应力与最大应变集中在靠近大转子的一号螺纹孔处。随着螺钉数目增多,最大应力减少,但是,当安装的螺钉数超过8个时,这种减少的趋势反而不明显。螺钉位置的不同对锁定加压型接骨板内固定系统的应力、应变有影响。相同螺钉数目时,较长的工作线路优于较短的工作线路。当7、8号螺钉被安装时,最大应力出现在7号螺钉孔处,接骨板上的应力主要分布在7、8号螺钉之间。螺钉位置越靠近股骨骨折断面,工作长度越短,应力集中越明显。