基于斷裂力學探討骨密度影響老年股骨頸骨折的有限元分析.pdf

1、目的：
　　1.通過臨床前瞻性分析不同骨密度與老年股骨頸骨折類型及骨折程度的關(guān)系，找出骨密度對股骨頸骨折影響的規(guī)律，是否可有效預(yù)測骨折類型和骨折程度，為預(yù)治骨折提供臨床依據(jù)和方法。
　　2.為了更好的驗證骨密度對老年股骨頸骨折類型和破裂程度的影響，建立具有不同骨密度屬性且更加貼近真實人體生物力學結(jié)構(gòu)的股骨近端三維有限元模型，利用有限元軟件進行斷裂力學實驗，驗證對比兩個模型之間的斷裂類型、破壞程度等斷裂力學結(jié)果，得出不同材料屬

2、性影響骨折力學變化的規(guī)律，為老年疏松性股骨頸骨折的生物力學機制研究打下實驗基礎(chǔ)。
　　方法：
　　1.臨床研究
　　選取自2016年7月至2017年2月期間入住廣州中醫(yī)藥大學第一附屬醫(yī)院創(chuàng)傷骨科老年股骨頸骨折病人50例，入院后經(jīng)DXA骨密度測定儀行腰椎骨密度測定，分別設(shè)立A組（T-Score≤-2.5g/cm2）和B組（T-Score＞-2.5g/cm2），每組25人(25髖)，男24例，女26例，年齡60-91歲，平

3、均年齡(76.38±9.57)歲。均為閉合性骨折，左髖20例，右髖30例。經(jīng)髖部X線、CT檢查確診骨折分型（Garden分型），記錄患者年齡、性別、受傷側(cè)、骨折分型和骨密度等，利用SPSS17.0軟件進行統(tǒng)計學分析，分析骨密度與年齡、性別、受傷側(cè)之間的關(guān)系，以及骨密度對骨折類型影響的關(guān)系。
　　2.實驗研究
　　臨床收集1例符合條件老年股骨頸骨折病人的雙側(cè)髖關(guān)節(jié)CT影像數(shù)據(jù)，用DICOM格式數(shù)據(jù)保存，利用有限元Mimics1

4、5.0軟件進行區(qū)域增長、腔隙填充等步驟創(chuàng)建健側(cè)股骨近端有限元模型，然后導入Hyermesh13.0軟件四面體網(wǎng)格劃分，分別用兩種不同骨密度材料屬性對模型賦值（C1模型:整體賦值密質(zhì)骨材料屬性;C2模型:賦值松質(zhì)骨、密質(zhì)骨材料屬性，即骨質(zhì)疏松模型），生成兩個貼近真實人體生理特性和力學結(jié)構(gòu)的股骨近端有限元模型。設(shè)置失效參數(shù)、界面屬性、分析步、邊界約束與載荷后，再導入有限元后處理軟件LS-DYNA計算，得到基于應(yīng)力-應(yīng)變曲線關(guān)系的股骨頸骨折斷

5、裂模型，并跟臨床真實骨折線驗證比對，觀察對比兩種模型斷裂時的應(yīng)力應(yīng)變、裂紋擴展走向和骨折分型情況。
　　結(jié)果：
　　1.A、B組平均年齡分別為:(81.7±8.12)歲、(71.2±8.09)歲，根據(jù)組間t檢驗分析，t=-4.520，P＜0.05，具有統(tǒng)計學意義;A、B組平均骨密度分別為:（-3.7±0.54) g/cm2、（-1.58±1.18）g/cm2，根據(jù)組間t檢驗分析，t=8.399，P＜0.05，具有統(tǒng)計學意義。

6、表明兩組骨密度閾值設(shè)定合理，具有可比性，且骨密度與年齡呈正相關(guān)。
　　2.A組:股骨頸骨折GardenⅠ、(ll)型8例，GardenⅢ、(lⅤ)型17例;B組:GardenⅠ、(ll)型15例，GardenⅢ、(lⅤ)型10例。不同骨密度組間骨折分型比例有一定差異，經(jīng)X2檢驗，X2=3.945，P=0.047＜0.05，具有統(tǒng)計學意義。表明骨密度可影響骨折類型，一定程度上預(yù)測骨折類型和嚴重程度，且A組骨折線總體上比B組更平整規(guī)則

7、。
　　3.根據(jù)有限元軟件建立了兩種不同骨密度材料屬性的股骨近端三維有限元模型和股骨頸骨折斷裂模型，并得到有效驗證。
　　4.C1、C2模型骨折時裂紋擴展、裂紋走向不完全一致，且C1模型裂紋擴展、裂紋走向比C2模型更平整規(guī)則，這與臨床研究結(jié)果非常相似。
　　5.在同樣邊界、方向、載荷和單位時間下，C2模型所受等效應(yīng)力明顯比C1模型大，并且C2模型破裂嚴重。說明低密度骨骼更容易骨折或破裂，且破裂程度嚴重。
　　結(jié)論