骨质疏松性粗隆间骨折的生物力学研究

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伴随着社会人口老龄化,老年股骨粗隆间骨折事件发生率日益增高,虽然现在临床上治疗的方案很多而且多数病例都能取得良好的临床结果,但出现问题的病例并不少见。据统计,内固定手术失效率可高达20%。骨折手术成败的关键取决于以下几个方面:①骨骼质量;②骨折类型;③骨折复位质量;④内固定手术方案的设计或选择;⑤内固定装置在骨骼中的放置位置。骨科医生仅能控制后三种因素,但必须考虑前两种因素来制定适当的治疗计划。由于骨质疏松的存在,内固定装置对骨的把持力较弱,容易导致螺钉的松动、骨折移位等,最终造成内固定失效。目前却没有统一的标准来指导如何选择手术方式,现有的生物力学研究也没有针对骨质疏松性的粗隆间骨折模型,而且现在的有限元模型还是使用的简单的均匀的各向同性材料模型,不能反映真实人骨。  本课题研究内容旨在建立一个基于CT图像的可靠的生物力学计算方法,用于研究骨质疏松性粗隆间骨折内固定手术方案的生物力学特性,为后期临床上选择最佳内固定手术方案提供理论依据。课题研究以人造股骨为基本材料,共有三种密度的人造骨来模拟骨质疏松。论文前期以标准股骨为代表,结合基于CT的有限元方法和实验测试两者的优势,建立准确的分析模型并由人造股骨进行静力实验,测得其在股骨颈、小转子、钢板位置处的应变来验证计算模型的准确性。进一步使用人造股骨进行破坏性试验,实验采用动力髋螺钉和髓内钉两种固定方式,模拟人的行走状态进行疲劳加载,观察其破坏形式以及研究位移随着加载次数的变化规律,从而对比两种手术方案的固定效果。研究表明,基于CT的有限元方法建立的骨折及其固定模型,除髓内钉固定的模型的小转子位置外,有限元模拟与实验结果对比误差在20%以内,因此有限元模型是准确的,同时通过破坏性试验研究发现采用动力髋螺钉的手术方案的破坏形式多以髋内翻为主,此外还有模型发生拉力钉扭转破坏等现象,而且骨质疏松程度越高,髋内翻破坏发生的越早,而对于采用髓内钉的手术方案,在疲劳加载实验完成之后未发现明显破坏,因此对于骨质疏松性粗隆间骨折,髓内钉的固定效果要好于动力髋螺钉。
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