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精准调节式内固定系统(Precision adjustable internal fixation system)是昆明市延安医院骨科工程研究中心在桥接组合式内固定系统(Ortho-Bridge System,OBS)的基础上自主研发的一种能实现精准化骨搬运手术的新型内固定系统。实现精准调节式骨搬运手术面临以下问题:(1)无法直接利用患者的骨骼进行物理学压缩实验;(2)在治疗需做骨搬运的长骨中段缺失型骨折时,骨搬运的距离仍需医生利用直尺进行测量,精度欠佳且耗时费力。本文采用了有限元法(Finite Element Method,FEM)以辅助实现精准化骨搬运手术。基于延安医院骨科工程研究中心以往的研究成果,在众多的组配方案面前,断面两端各一块单孔桥接块和一块双孔桥接块的6螺钉方案为最佳组配方案。本文病例的选取上选择了最简单常见的股骨中段缺失,对患者术后的双足站立和单足站立两种状况进行研究,观察计算精准调节式内固定系统在所有断面工况中,是否均能满足使用需求。在本文中,断面间距分别为0cm(对照组)、2cm、4cm、6cm,螺钉的数量随断面间距而改变,分别为0颗(对照组)、1颗、2颗、2颗。对股骨和装载在其上的内固定系统进行有限元仿真分析,需首先计算:(1)骨骼的受力状况;(2)选取的志愿者的骨骼力学性能和形状尺寸。经理论计算得知,志愿者双足均匀站立下与髋关节接触的股骨头受力为300N,方向竖直向下;单足站立情况下,与髋关节接触的股骨头受力为600N,方向同样竖直向下。之后即可对志愿者的骨骼和其搭载的内固定系统进行有限元仿真研究,将志愿者的经CT扫描之后得到的骨骼数据进行生理学重建。将光顺后的股骨模型进行有限元仿真运算,经CT扫描图象的灰度值为依据将股骨模型划分为不同的材料属性的材料集合体,之后赋予其材料性质。赋予了股骨和内固定系统的材料属性后,添加受力面和固定面,求解得到了所需8种工况的有限元结果。8种工况中最大应力全部出现在内固定系统上,多半出现在调节模块侧部齿轮装入槽处。双足站立时,最大应力分别为152.07MPa、106.28MPa、171.03MPa、113.48MPa;单足站立时,最大应力分别为297.57MPa、229.70MPa、272.12MPa、218.70MPa。双足站立时,骨上最大应力分别为14.26MPa、9.98MPa、17.07MPa、10.12MPa。单足站立时,骨上最大应力分别为27.35MPa、20.81MPa、26.40MPa、22.22MPa。所有数据均小于材料的许用应力,故得出结论:精准调节式内固定系统能够满足所有工况的使用需求。考虑到无法使用真实的骨骼进行力学实验,故使用3D打印的股骨模型进行力学压缩实验。在实验前对搭载了精准调节式内固定系统的股骨模型进行了再次的有限元仿真分析,股骨及骨中段填充物的材料属性按照3D打印材料PLA塑料来赋予。压缩实验采用应变片测量模型表面应变的方法来验证有限元仿真的真实性。实验结果表明,精准调节式内固定系统可以满足使用需求。通过股骨3D打印模型确定了对股骨和搭载了精准调节式内固定系统的模型真实性和有效性。通过有限元分析的技术,为精准调节式内固定系统的安全性与可靠性提供了可靠的理论支持,也为后续的更加复杂的粉碎性骨折病例的治疗方向提供了指导方向。