股骨转子间骨折股骨近端防旋髓内钉内固定切割失效的有限元仿真

背景:螺旋刀片切割是股骨近端防旋髓内钉固定失效的主要类型.目前股骨转子间骨折内固定有限元研究主要通过分析静态受力分布(Von Mises应力云图)预测内固定失效发生的起始部位,但不能直观展示内固定失效的过程.单元删除法可直观展示构件断裂的扩展过程,将此方法应用于内固定失效的有限元研究具有实际意义.目的:仿真模拟转子间骨折股骨近端防旋髓内钉内固定后切割失效的生物力学过程.方法:选取1名健康志愿者的原始股骨CT数据导入Mimics 19.0中,经过区域增长、腔隙填充、编辑蒙罩、包裹、光滑等步骤初步建立三维模型,并在Geomagic Studio进行优化处理,得到股骨的仿真三维模型.在SolidWorks中按照股骨近端防旋髓内钉规格参数构建股骨近端防旋髓内钉三维模型,装配组件,然后导入优化的股骨仿真三维模型,根据临床手术操作技术将股骨近端防旋髓内钉固定到到股骨近端,建立股骨与股骨近端防旋髓内钉装配模型.将装配模型导入Hypermesh对模型进行四面体网格划分,构建AO31-A2.1型骨折,设置材料参数及摩擦系数,导出K文件在LS-DYNA求解.结果 与结论:①股骨颈骨折块向远端骨折块滑移与小转子、股骨干相接触,螺旋刀片周围松质骨开始断裂、压缩,而后股骨头开始内翻、旋转,小转子阳性支撑使得内翻速度大于旋转速度,当小转子失去支撑后股骨颈旋转速度大于内翻速度,最终导致内固定失效;②起始时应力主要集中在外侧壁及转子下,随着载荷增加,小转子骨块的应力逐渐增大,并逐渐分散分布于转子间及转子下;③失效应变主要集中在接触界面,如与螺旋刀片相接触的外侧壁、股骨颈骨折端与小转子接触处、小转子与股骨干接触处;④股骨颈与小转子骨块是主要的不稳定部分,在失效过程中位移最明显,其中股骨头后方位移最大;⑤结果提示,AO31-A2.1型转子间骨折股骨近端防旋髓内钉内固定失效是个复合过程,包含了股骨颈短缩、内翻、旋转等失效类型.