[發明專利]股骨頸骨折內固定方式的優選方法

有效

• 申請號: 201210538250.1
• 申請日: 2012-12-13
• 公開（公告）號: CN102961176A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 王沫楠;張凱
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: A61B17/68
• 分類號: A61B17/68
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務所 23118
• 代理人: 陳曉光

1.一種股骨頸骨折內固定方式的優選方法，其特征是：該方法包括如下步驟：

（1）患者的股骨解剖學參數的獲取：對患者自股骨頭上方起由近端向遠側垂直于股骨縱軸進行CT掃描，掃描層厚0.625mm，層間距自股骨頭上方至小轉子下方為3mm，自小轉子下方至股骨中段為10mm，共掃描42層，長度17.9cm；從CT圖像上得到患者的骨折角度α、前傾角a、頸干角b、股骨干角c、股骨頭直徑d、股骨干直徑d1、股骨頸直徑d2、股骨頭與股骨頸連接處的尺寸h、肌肉收縮力臂f、股骨頸長度l、內切股骨干與股骨頸的圓半徑r4、股骨頭與骨折面的距離s的參數；

（2）建立股骨近端三維幾何模型；

（3）建立應力計算模型，設定股骨骨折類型及固定方式；?

（4）對各種骨折固定方式逐一進行優化計算；

（5）確定優選的評判準則，根據計算結果確定股骨頸骨折內固定方式。

2.根據權利要求1所述的股骨頸骨折內固定方式的優選方法，其特征是：所述的建立股骨近端三維幾何模型；是利用ANSYS參數化設計語言APDL進行建模，通過編寫VC++與APDL之間的通信代碼，將從第一步獲取的參數傳遞至股骨參數化有限元模型APDL代碼中，實現股骨的建模，包括股骨頸模型的建立、股骨頭模型的建立、股骨頸和股骨頭連接處過渡錐體的建立、股骨干模型的建立、股骨頸與股骨干之間的連接體模型的建立。

3.根據權利要求1或2所述的股骨頸骨折內固定方式的優選方法，其特征是：所述的建立應力計算模型，設定股骨骨折類型及固定方式：假定作用在某一個點上的力，均勻的分散成多個較小的作用力同時作用在對應的點上，多個較小的作用力產生的合力的力學效果與未分散前是等效的，簡化出一種簡化受力模型，需要計算的應力為關節反力J、臀肌肌群力M和骼脛束肌力R。

4.根據權利要求1或2所述的股骨頸骨折內固定方式的優選方法，其特征是：所述的對各種骨折固定方式逐一進行優化計算，根據結果確定股骨頸骨折內固定方式：選擇完一種內固定方式，包括螺釘數量的確定、螺釘固定角度的確定、螺釘組合方式的確定后，求得施加在股骨上的關節反力J、臀肌肌群力M和骼脛束肌力R，最后將計算出的應力結果經過VC++與APDL之間的通信代碼傳遞至有限元法解算骨折內固定模型的APDL代碼開始分析解算，從而得到在載荷J、R、M作用下的股骨頭的橫向位移UX、下沉位移UY、扭轉位移UZ和總位移US及骨折結合面之間的最大斷裂位移DS。

5.根據權利要求4所述的股骨頸骨折內固定方式的優選方法，其特征是：所述的優化計算：

螺釘固定角度優化：首先對骨折角度α=50°的患者進行螺旋CT掃描后，將獲得的CT圖片以DICOM格式輸出到該系統中，提取參數并建立股骨近端三維幾何模型；然后采取單釘固定，固定角度β=30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°，建立骨折內固定模型；經過受力分析，有限元解算后可以得到在不同固定角度時股骨頭的橫向位移UX、下沉位移UY、扭轉位移UZ、總位移US和骨折面間最大斷裂位移DS的情況；

螺釘數量的優化：最優固定角度確定后，將股骨頸骨折內固定的螺釘數量和組合方式按照角度優化后的結果進行建模，受力分析后經過有限元求解可以得到股骨頭的橫向位移UX、下沉位移UY、扭轉位移UZ、總位移US和骨折面間最大位移DS的情況；

螺釘組合方式優化：分析以下幾種組合方式，即單釘、2釘平放、2釘斜放、3釘正三角放置和3釘倒三角放置；以骨折角度α=50°的患者為例進行分析；對于骨折角度α=50°的患者，當采取不同的螺釘組合方式時，在載荷作用下，經過有限元解算后得到股骨頭的橫向位移UX、下沉位移UY、扭轉位移UZ、總位移US和骨折結合面間的最大斷裂位移DS的情況；

綜合優化：根據得到的Lindon角來判斷股骨頸骨折的骨折類型，隨著骨折角度增大，骨折穩定性越差；從骨折角度α、螺釘的固定角度β、及緊固螺釘數量、組合方式這個方面進行判定；將骨折角度α設置從10°-70°公差為10°（或者更小）的7種情況；將穿釘角度β設置從30°-70°公差為5°的10種情況；緊固螺釘數量的選擇為1-3個；將組合方式設置為單釘、2釘斜放、2釘平放、3釘正三角放置、3釘倒三角放置的5種組合方式進行優化選擇；另外，有患者在骨折的同時伴隨嚴重的骨質疏松癥，針對這種情況，在固定時應優選單釘固定。

6.根據權利要求1所述的股骨頸骨折內固定方式的優選方法，其特征是：所述的確定優選的評判準則；設定的基礎是單腿站立位；根據生物力學原理和AO準則，將從以下參數入手：

股骨頭位移?：在單腿站立的情況下，股骨頭上將受到載荷的作用，產生位移，包括X方向上的橫向位移、Y方向上的下沉位移、Z方向上的扭轉位移；橫向位移主要反映骨折面的牢固性和對抗張力的能力；下沉位移直接反應出結構穩定性；扭轉位移反映該固定方式下的抗扭性；這三個方向的位移值越小表明固定方式越好，結構的抗變形能力越強，固定的牢固；為了綜合評價這三個方向上的位移情況，設置一個判斷標準US表示三個方向上的合成位移，用來更直觀的判斷，US越小穩定性越好；

骨折結合面之間的最大斷裂位移：可以認為股骨近端是懸臂梁類的結構，股骨頸在載荷的作用下上端受到拉應力，下端受到壓應力；對于考慮的是骨折面完全斷裂的情況，骨折面之間將產生一定量斷裂位移DS；?DS斷裂位移的值表示內固定結構的抗彎能力，值越小表示固定越好，若過大將引起骨折端愈合不完全的嚴重后果；

上述評價值中，US和DS是最能直接反應固定效果的參數，即在載荷作用下，產生的位移越小，表明此種內固定方式越好；但在實際情況中，US與DS的大小關系并不絕對一致，存在某種情況下US值取最小時DS值卻反而大的情況；另外，將正常人體股骨標本，按Lindon角50°、70°截骨，造成經頸型股骨頸骨折后，在股骨頸部位和股骨頭部位分別粘貼應變片，施加0N-300N的載荷，在股骨頭處和股骨頸最大斷裂位移處的應變片上獲得的6組數據；總結出合理的固定方式之間的US的比例不會大于114%；DS的比值不會大于153%，因此分別取計算結果內的最優三分之一的結果來界定US和DS即104.7%和117.7%；首先按照US排序選擇出最優US結果對應的內固定方式，其余內固定方式的US值與其的比例關系是1.047以內，先選出來，比較每種情況下的DS值與最優DS值之間的比例是否在1.17以內，若在，那么以US最優結果內固定方式為最優選項，若不在則排除該情況，然后將該種比較方法形成C++優選算法，供系統優選出最佳方案。