股骨干前弓對(duì)聯(lián)合加壓交鎖髓內(nèi)釘系統(tǒng)使用的影響的有限元分析.pdf

1、目的:采用有限元方法模擬不同前弓曲率半徑的股骨，進(jìn)而得到其對(duì)順行髓內(nèi)釘使用的影響。探討中國(guó)人股骨前弓與髓內(nèi)釘?shù)钠ヅ湫詥?wèn)題，從而制定適合國(guó)人的術(shù)前計(jì)劃和治療方案，并提出初步的新設(shè)計(jì)方案。
　　方法:選取正常成年男性志愿者一例，志愿者年齡31歲，通過(guò)X線(xiàn)檢查右側(cè)股骨無(wú)病理性改變。選用64排螺旋CT機(jī)在管電壓:120KV，管電流:200mA的條件下，掃描志愿者的右側(cè)股骨。設(shè)定掃描條件為:掃描層厚為1mm，層間距為1mm。將掃描所得的Di

2、com格式數(shù)據(jù)導(dǎo)入交互式醫(yī)學(xué)影像控制系統(tǒng)Mimics14.0，在確定正常方位后根據(jù)軟件設(shè)定的骨骼閾值，利用蒙罩編輯、形態(tài)學(xué)操作等功能將骨骼與其它周?chē)M織分離，建立完整的右側(cè)股骨包括皮質(zhì)骨及松質(zhì)骨部分的三維空間模型。將此模型轉(zhuǎn)換為STL格式并導(dǎo)入到自動(dòng)化逆向工程軟件Geomagic Studio12.0中，在表面光順化處理后進(jìn)行網(wǎng)格優(yōu)化。定義正位X線(xiàn)上小轉(zhuǎn)子下緣水平以上部分為股骨上段，側(cè)位X線(xiàn)上內(nèi)收肌結(jié)節(jié)水平以下部分為股骨下段，兩水平中間

3、部分為股骨中段，以此進(jìn)行裁切，并計(jì)算股骨中段模型初始股骨前弓曲率半徑。于Mimics14.0軟件中，在股骨近段自進(jìn)針點(diǎn)沿髓內(nèi)釘插入方向建立一直徑為14mm通道，與髓腔結(jié)合，視為近段通道;在股骨中段以髓腔為基礎(chǔ)建立通道，在股骨髓腔峽部附近沿股骨弧度分別建立直徑為11mm、12mm、13mm通道，模擬擴(kuò)髓后狀態(tài)，中段遠(yuǎn)端松質(zhì)骨看做髓腔處理，結(jié)合后視為中段通道;股骨遠(yuǎn)段松質(zhì)骨看做髓腔處理，視為遠(yuǎn)段通道;三部分結(jié)合為髓內(nèi)釘插入過(guò)程的通道。導(dǎo)入G

4、eomagicStudio12.0軟件內(nèi)進(jìn)行布爾減運(yùn)算，獲得去除髓內(nèi)釘插入通道的股骨上、中、下三段模型。在美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司(Parametric Technology Corporation，PTC公司)所研發(fā)的參數(shù)化建模軟件Creo Parametric2.0中，利用其草繪功能，繪制出施樂(lè)輝(Smith-Nephew)公司的φ10、11、12mm×350mm3種規(guī)格的右側(cè)股骨重建釘，以及該公司φ5mm×90mm股骨近端鎖釘。而后在Mi

5、mics14.0軟件的3-matic模塊中依據(jù)其置入原則進(jìn)行組裝，得到置有重建釘及兩枚近端鎖釘?shù)墓晒悄Ｐ?，在Creo Parametric2.0中以股骨中段為選取框分別對(duì)股骨模型進(jìn)行扭曲操作，得到不同曲率半徑的股骨模型。在股骨模型中模擬重建釘插入過(guò)程通道，通過(guò)微調(diào)股骨前弓及重建釘空間位置，觀察重建釘與股骨髓腔內(nèi)壁的相對(duì)關(guān)系，探討重建釘與股骨前弓的匹配程度。提出股骨前弓正切值的概念，該值為股骨前弓所在圓弧的弦高與1/2現(xiàn)場(chǎng)的比值，因?yàn)橄?/p>

6、了拍攝X線(xiàn)的放大率，使結(jié)果更精確并更易得出。通過(guò)術(shù)前拍攝健測(cè)股骨正側(cè)位X線(xiàn)，從而預(yù)測(cè)術(shù)中及術(shù)后重建釘與患者股骨髓腔的匹配程度，指導(dǎo)制定臨床治療方案。
　　結(jié)果:在Mimics14.0軟件中從水平面、冠狀面、矢狀面分析結(jié)果，按重建釘不同直徑分組，對(duì)應(yīng)10mm、11mm、12mm的重建釘，股骨前弓曲率半徑分別為75.7647cm、73.0057cm、96.9086cm，股骨前弓正切值分別大于0.915351、0.095056、0.07

7、1330的股骨模型，因重建釘遠(yuǎn)端接觸股骨遠(yuǎn)端內(nèi)側(cè)皮質(zhì)，將會(huì)造成術(shù)后疼痛及內(nèi)固定周?chē)鷳?yīng)力骨折的高風(fēng)險(xiǎn)。直徑為10mm的重建釘因直徑比股骨峽部入口處髓腔內(nèi)徑小，在調(diào)整股骨前弓曲率半徑至42.1221cm、在釘頭達(dá)到此處時(shí)仍不會(huì)出現(xiàn)插入困難，而直徑為11mm、12mm的重建釘，在股骨前弓曲率半徑分別為63.7519cm、95.7433cm，股骨前弓正切值分別大于0.101646、0.072207的股骨模型，在釘頭達(dá)到股骨峽部入口處時(shí)插入困難，

8、股骨前弓曲率半徑分別為66.3759cm、75.7665cm、96.9086cm，股骨前弓正切值分別大于0.104751、0.091535、0.071330的股骨模型，在釘頭達(dá)到股骨峽部最狹窄處時(shí)插入困難，股骨前弓曲率半徑分別為74.3592cm、77.2252cm、99.3351cm，股骨前弓正切值分別大于0.093295、0.089775、0.069570的股骨模型，在釘頭達(dá)到股骨峽部最下端時(shí)插入困難，如強(qiáng)行暴力置入，將引起醫(yī)源性骨

9、折。股骨前弓曲率半徑分別為57.0168cm、64.7568cm、66.9274cm，股骨前弓正切值分別大于0.122430、0.107398、0.103869的股骨模型，由于髓內(nèi)釘偏前插入，將撞擊股骨近端前側(cè)皮質(zhì)，或因患者合并其他股骨近端骨折時(shí)，無(wú)法順利置入近端股骨頸方向鎖釘。
　　結(jié)論:較大股骨前弓弧度的股骨將會(huì)造成髓腔與重建釘?shù)牟黄ヅ?，產(chǎn)生諸多并發(fā)癥。重建釘遠(yuǎn)端接觸股骨遠(yuǎn)端內(nèi)側(cè)皮質(zhì)，將造成術(shù)后疼痛及內(nèi)固定周?chē)鷳?yīng)力骨折的高風(fēng)險(xiǎn)