基于计算机辅助设计改良的内固定装置应用于Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折的有限元分析

目的本研究旨在针对PauwelsⅢ型股骨颈骨折内固定治疗中的问题,对股骨颈系统(FNS)进行优化改良,提高其生物力学稳定性,减少手术失败及并发症发生的可能性。方法通过分析既往临床研究文献,确定FNS失效因素,进行尺寸构造测算,利用NX 10.0软件进行设计改良;对于螺栓与防旋钉间微动问题,将防旋钉螺纹逆向增长与螺栓螺口绞锁,增加螺纹厚度并改变螺纹类型与侧面角。获得改良股骨颈系统(IMP-FNS)模型;再通过有限元实验,与FNS和空心螺钉(CCS)进行生物力学性能比较。结果当2100 N载荷时,IMP-FNS、FNS和CCS三组的von Mises应力峰值为434.51、584.96、457.24 MPa,应变峰值为0.32%、0.46%、0.46%;近端骨块位移峰值为4.2、4.97、4.86 mm;骨折面位移峰值为0.2、0.2、0.3 mm;股骨头骨小梁压缩应力最小值-5.2、-15.92、-8.31 MPa。IMP-FNS的von Mises应力分布更均匀,应变及位移峰值较小。在位移及骨小梁压缩方面表现更稳定,能有效防止螺钉切割,提供更佳的力学条件。结论IMP-FNS治疗PauwelsⅢ型股骨颈骨折时展现出了更优的生物力学稳定性,为愈合提供更佳力学条件。IMP-FNS一体化加强结构有望降低手术失败及并发症的风险,为股骨颈骨折内固定治疗提供可靠方案。