基于有限元仿真的髓内钉参数对儿童股骨干骨折的影响

目的研究髓内钉关键参数对儿童股骨干骨折的生物力学性能影响,为后续儿童髓内钉的几何尺寸设计及生物力学分析提供依据。方法通过Mimics建立儿童股骨模型,使用SolidWorks进行180 mm、210 mm、240 mm 3种长度的髓内钉设计,使用Ansys Workbench有限元仿真软件,分别对3种长度的髓内钉进行医用不锈钢和钛合金材料的赋值,求解出使用不同长度及材料的髓内钉进行内固定时,股骨在轴向载荷下的应力分布及位移,评估髓内钉固定股骨的稳定性和术后股骨的愈合情况。结果在同种材料下,髓内钉长度与股骨平均应力值、股骨最大位移呈负相关,即随髓内钉长度的增加,股骨平均应力值及股骨最大位移减小,稳定性更好。相同长度下,钛合金髓内钉与医用不锈钢髓内钉相比较,可适当减弱应力屏蔽效应,利于术后股骨愈合。结论本研究建立的儿童股骨及髓内钉内固定模型说明了髓内钉长度及材料对于股骨的稳定性及骨折愈合的影响,可为后续儿童髓内钉的几何尺寸初步设计及生物力学分析提供依据。

有限元法评估不同固定参数对青少年双下肢不等长髓内钉固定术后股骨稳定性的影响

为探究不同固定参数对青少年双下肢不等长髓内钉固定术后股骨稳定性的影响,本研究利用MIMICS软件建立有骺板的青少年股骨模型,使用SolidWorks软件建立含4种螺钉锁定方式、2种钉体长度(200 mm、300 mm)、2种钉体直径(8.5 mm、9.5 mm)及2种钉体材料(不锈钢、钛合金)的8组髓内钉股骨模型。将模型导入ANSYS Workbench软件施加髋关节和肌肉载荷,进行仿真测试,分析股骨的位移及股骨和髓内钉的应力,之后使用SPSS 25软件对股骨应力、位移及髓内钉应力结果进行分析,以确定各因素对髓内钉固定股骨时稳定性影响的显著性。研究表明,髓内钉钉体在长度大、直径小的情况下股骨位移小,具有较好的稳定性;不锈钢材料可降低股骨应力、稳定性好,但其应力遮蔽效应明显;近端锁定螺钉成角度与水平布局相结合,可有效降低股骨及植入物应力,增加稳定性。本研究可有效评估髓内钉不同参数对术后股骨稳定性的影响,为青少年髓内钉的参数优化设计提供参考,提高髓内钉在手术使用过程中的安全性和有效性。