動(dòng)力髖螺釘取出后填充多孔羥基磷灰石陶瓷釘棒的三維有限元分析.pdf

1、隨著社會(huì)人口進(jìn)入老齡化，老年人的健康問題漸漸被社會(huì)各界關(guān)注，轉(zhuǎn)子間骨折作為一種常見好發(fā)于老年人的髖部骨折，針對穩(wěn)定的轉(zhuǎn)子間骨折臨床上往往使用動(dòng)力髖螺釘（DHS）作為內(nèi)固定器械固定骨折斷端，但在取出動(dòng)力髖螺釘后，股骨的局部應(yīng)力發(fā)生了改變，容易誘發(fā)二次骨折。本實(shí)驗(yàn)通過研究在股骨殘留釘?shù)纼?nèi)植入多孔羥基磷灰石（hydroxyapatite，HA）陶瓷釘棒與不植入任何材料，以及植入不同材料屬性的多孔HA陶瓷釘棒對股骨應(yīng)力分布的影響，探討填充的多孔

2、HA陶瓷釘棒對改善股骨承重部分力學(xué)強(qiáng)度的有效性以及最佳植入材料的屬性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴實(shí)驗(yàn)通過對志愿者股骨進(jìn)行X線掃描，排除沒有骨質(zhì)破壞的疾病后，對其股骨行CT掃描，利用醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)建立正常股骨三維有限元模型，并在此基礎(chǔ)上分別建立未填充釘棒股骨模型、填充多孔HA陶瓷釘棒股骨模型，根據(jù)填充多孔HA陶瓷的表觀彈性模量和孔隙率的不同，將填充孔隙率為80％、表觀彈性模量為0.1GPa的多孔HA陶瓷編為a組；填充孔隙率為50%、

3、表觀彈性模量為1.0GPa的陶瓷編為b組；填充孔隙率為30%、表觀彈性模量為1.5GPa的陶瓷編為c組，將成人步態(tài)周期中關(guān)節(jié)承載處于峰值時(shí)刻作為邊界條件，記錄模型的Von Mises應(yīng)力分布、應(yīng)力峰值。最后收集數(shù)據(jù)，分析模型的應(yīng)力分布以及最大應(yīng)力的區(qū)域。⑵從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出正常股骨模型的總體應(yīng)力分布較為均勻，主要集中在關(guān)節(jié)承重區(qū)域，最大應(yīng)力為112Mpa,股骨干應(yīng)力分布較為均勻，遠(yuǎn)端應(yīng)力較小。⑶未填充多孔HA陶瓷釘棒的股骨模型出現(xiàn)了明顯的應(yīng)

4、力集中現(xiàn)象，應(yīng)力集中部位主要集中在股骨釘?shù)栏浇钠べ|(zhì)處，最大應(yīng)力約為319.9MPa，股骨頭承重部位最大應(yīng)力相應(yīng)增加，約為300MPa。填充不同多孔HA陶瓷釘棒的股骨模型中，不同彈性模量的多孔HA陶瓷會(huì)顯著影響股骨的應(yīng)力變化，填充a組多孔HA陶瓷釘棒股骨模型，模型呈現(xiàn)出了顯著的應(yīng)力集中現(xiàn)象，應(yīng)力集中部位出現(xiàn)在釘?shù)乐車瞧べ|(zhì)處，最大應(yīng)力為292.63MPa，股骨頭承重部分最大應(yīng)力為260MPa，股骨遠(yuǎn)端應(yīng)力較??；填充 b組多孔 HA陶瓷釘

5、棒股骨模型，股骨干應(yīng)力分布較為均勻，釘?shù)乐車闯霈F(xiàn)明顯應(yīng)力集中現(xiàn)象，股骨頭承重部分應(yīng)力最大為154.61Mpa；填充c組多孔 HA陶瓷釘棒股骨模型，股骨干應(yīng)力主要集中在填充釘棒附近的皮質(zhì)處，最大應(yīng)力為236.05 MPa；股骨頭承重部分應(yīng)力約為180 MPa；模型遠(yuǎn)端應(yīng)力較小。
　　本研究表明：①采用醫(yī)學(xué)影像學(xué)數(shù)據(jù)，可以迅速且高效地建立實(shí)驗(yàn)所需的三維有限元模型，這種方法建模簡單，可重復(fù)性強(qiáng)且易于控制邊界條件。②根據(jù)建模分析結(jié)果，相

6、較正常的股骨，取出DHS釘棒的股骨呈現(xiàn)出了顯著的應(yīng)力集中現(xiàn)象，同時(shí)，在釘?shù)乐車约肮晒穷^承重部位應(yīng)力明顯增加，增加了發(fā)生骨折的風(fēng)險(xiǎn)。③根據(jù)建模分析結(jié)果，填充不同多孔 HA陶瓷釘棒的股骨應(yīng)力存在差異，當(dāng)多孔HA陶瓷的表觀彈性模量為0.5GPa和1.5GPa時(shí)，模型出現(xiàn)了不同程度的應(yīng)力集中，且應(yīng)力遠(yuǎn)大于正常股骨承重區(qū)域的應(yīng)力。當(dāng)填充多孔 HA陶瓷釘棒彈性模量為1GPa，孔隙率為50%時(shí)，股骨應(yīng)力處在相對安全的范圍且應(yīng)力有利于新骨塑性。④利用