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随着社会人口进入老龄化,老年人的健康问题渐渐被社会各界关注,转子间骨折作为一种常见好发于老年人的髋部骨折,针对稳定的转子间骨折临床上往往使用动力髋螺钉(DHS)作为内固定器械固定骨折断端,但在取出动力髋螺钉后,股骨的局部应力发生了改变,容易诱发二次骨折。本实验通过研究在股骨残留钉道内植入多孔羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)陶瓷钉棒与不植入任何材料,以及植入不同材料属性的多孔HA陶瓷钉棒对股骨应力分布的影响,探讨填充的多孔HA陶瓷钉棒对改善股骨承重部分力学强度的有效性以及最佳植入材料的属性。实验通过对志愿者股骨进行X线扫描,排除没有骨质破坏的疾病后,对其股骨行CT扫描,利用医学影像数据建立正常股骨三维有限元模型,并在此基础上分别建立未填充钉棒股骨模型、填充多孔HA陶瓷钉棒股骨模型,根据填充多孔HA陶瓷的表观弹性模量和孔隙率的不同,将填充孔隙率为80%、表观弹性模量为0.1GPa的多孔HA陶瓷编为a组;填充孔隙率为50%、表观弹性模量为1.0GPa的陶瓷编为b组;填充孔隙率为30%、表观弹性模量为1.5GPa的陶瓷编为c组,将成人步态周期中关节承载处于峰值时刻作为边界条件,记录模型的Von Mises应力分布、应力峰值。最后收集数据,分析模型的应力分布以及最大应力的区域。从实验结果看出正常股骨模型的总体应力分布较为均匀,主要集中在关节承重区域,最大应力为112Mpa,股骨干应力分布较为均匀,远端应力较小。未填充多孔HA陶瓷钉棒的股骨模型出现了明显的应力集中现象,应力集中部位主要集中在股骨钉道附近的皮质处,最大应力约为319.9MPa,股骨头承重部位最大应力相应增加,约为300MPa。填充不同多孔HA陶瓷钉棒的股骨模型中,不同弹性模量的多孔HA陶瓷会显著影响股骨的应力变化,填充a组多孔HA陶瓷钉棒股骨模型,模型呈现出了显著的应力集中现象,应力集中部位出现在钉道周围骨皮质处,最大应力为292.63MPa,股骨头承重部分最大应力为260MPa,股骨远端应力较小;填充b组多孔HA陶瓷钉棒股骨模型,股骨干应力分布较为均匀,钉道周围未出现明显应力集中现象,股骨头承重部分应力最大为154.61Mpa;填充c组多孔HA陶瓷钉棒股骨模型,股骨干应力主要集中在填充钉棒附近的皮质处,最大应力为236.05 MPa;股骨头承重部分应力约为180 MPa;模型远端应力较小。从上述实验我们得出这样的结论:1.本研究采用的医学影像学数据,可以迅速且高效地建立实验所需的三维有限元模型,这种方法建模简单,可重复性强且易于控制边界条件。2.根据建模分析结果,相较正常的股骨,取出DHS钉棒的股骨呈现出了显著的应力集中现象,同时,在钉道周围以及股骨头承重部位应力明显增加,增加了发生骨折的风险。3.根据建模分析结果,填充不同多孔HA陶瓷钉棒的股骨应力存在差异,当多孔HA陶瓷的表观弹性模量为0.5GPa和1.5GPa时,模型出现了不同程度的应力集中,且应力远大于正常股骨承重区域的应力。当填充多孔HA陶瓷钉棒弹性模量为1GPa,孔隙率为50%时,股骨应力处在相对安全的范围且应力有利于新骨塑性。4.利用三维有限元技术分析研究生物力学性质是可行且有效的,能够获取传统力学实验不易获取的数据,有着广泛的应用前景。