三种内固定方式治疗AO/OTA A3型股骨远端骨折的有限元分析

作     者：张金辉 刘晖 徐维臻 熊远飞 张剑平 吴进 

作者机构：第909医院暨厦门大学附属东南医院骨科 

出 版 物：《中国组织工程研究》 (Chinese Journal of Tissue Engineering Research)

年 卷 期：2024年

学科分类：1002[医学-临床医学] 100210[医学-外科学(含：普外、骨外、泌尿外、胸心外、神外、整形、烧伤、野战外)] 10[医学] 

主　　题：股骨远端骨折 双钢板 股骨逆行髓内钉 胫骨逆行髓内钉 有限元分析 生物力学 

摘      要：背景：股骨远端骨折的患者年龄呈双峰分布，多见于高能量损伤的青壮年和低能量损伤的老年人。对于复杂的股骨远端骨折，单一的股骨远端外侧微创内固定系统或股骨逆行髓内钉的固定方式可能无法实现骨折愈合的稳定环境，因此常常需要联合固定。目的：设计了一款针对股骨远端A3型骨折的新型联合内固定方式(微创内固定系统+胫骨逆行髓内钉)，使用有限元方法与2种常用联合固定方式——双钢板(微创内固定系统+锁定加压钢板)和钉板联合(微创内固定系统+股骨逆行髓内钉)固定的生物力学性能进行对比分析，为股骨远端型骨折临床内固定的选择提供理论依据。方法：选择一名23岁健康男性志愿者的股骨CT图像，基于Mimics与Geomagic Studio软件重建股骨三维模型，并与其他文献所做体外有限元分析数据比较，验证此次制作股骨三维模型的有效性。使用Creo 5.0软件建立股骨远端A3型骨折模型与内固定三维模型，对股骨骨折模型与3种联合内固定方式(微创内固定系统+胫骨逆行髓内钉、微创内固定系统+锁定加压钢板、微创内固定系统+股骨逆行髓内钉)进行装配并行布尔运算，建立3组有限元模型。随后导入Abaqus有限元分析软件中赋予材料属性，施加相同的边界条件与3种载荷(正常站立、缓慢行走、下楼梯)提交计算，分析3组模型受力后内固定应力分布、股骨整体与局部变形情况，评估新型联合内固定方式(微创内固定系统+胫骨逆行髓内钉)的失效风险与抗变形能力。结果与结论：(1)微创内固定系统+胫骨逆行髓内钉抗变形能力虽然低于微创内固定系统+锁定加压钢板10%左右，但与微创内固定系统+股骨逆行髓内钉相当，具备良好的抗变形能力；(2)3种联合内固定方式的股骨刚度基本不随步态发生变化；随着载荷的增加，股骨位移量基本呈线性增加，稳定性较高；(3)微创内固定系统+胫骨逆行髓内钉内固定的失效风险低于其他两种方案，相比微创内固定系统+锁定加压钢板失效风险降低2.94%；(4)新型联合固定方式在抗变形能力与安全有效性方面均具备一定的优势，为进一步的临床推广应用奠定了理论基础。