儿童股骨颈组合式螺钉系统的有限元分析及有限元的个体化应用

摘要

目的： 1．建立包含股骨头软骨和骨骺的儿童股骨颈骨折三维有限元模型并模拟组合式螺钉系统固定，使用有限元方法对螺钉进行生物力学测试并分析结果，指导组合式螺钉系统的设计。 2．在儿童股骨颈骨折三维有限元模型中导出不同直径的螺钉分析骨折端界面的应力值和应变值，并用SPSS13.0统计学软件进行分析，得出适应于该模型的最佳直径的螺钉，在有限元的个体化应用中进行尝试。 方法 健康发育儿童自股骨头上方起由近端向远端垂直于股骨纵轴，对两侧股骨上段进行螺旋CT扫描，获取用于建立三维有限元模型的相关资料，使用Mimiesl2.11数字化三维医学影像交互式软件、ANSYS10.0有限元处理软件，建立股骨颈骨折模型，并根据螺钉数据建立儿童股骨颈螺钉三维有限元模型，导入骨折模型，设定边界及载荷条件，进行生物力学分析，得出骨折端界面的应力、应变值并进行统计学分析。 结果： 1．建立了儿童股骨颈骨折和儿童股骨颈螺钉三维有限元模型，进行生物力学三维有限元分析，得出螺钉应力分布图，最大应力值，应力集中区域。 2．通过建立了儿童股骨颈骨折和儿童股骨颈螺钉三维有限元模型分析骨折端界面的应力值及应变值，分析不同直径螺钉与骨折端界面的平均应变值的关系。 结论： 1．建立的儿童股骨颈骨折和儿童股骨颈组合式螺钉三维有限元模型逼真、客观，通过对拟设计的螺钉的力学属性进行系统分析，对实体螺钉的设计与改进有明确的指导作用。 2．分析儿童股骨颈组合式螺钉和儿童股骨颈骨折三维有限元模型骨折端的应力值与应变值，并对应变值进行统计学分析，指导临床对内固定的选择，证明有限元分析在内固定个体化应用过程中的作用。