1、研究背景：
　　 股骨粗隆間骨折多見于老年骨質(zhì)疏松患者，隨著社會人口老齡化，人均壽命延長，股骨粗隆間骨折的發(fā)生率呈明顯的上升趨勢。1990年全世界約有1660000例髖部骨折，據(jù)估計，2050年這一數(shù)字將達到6300000，其中近一半是股骨粗隆間骨折。股骨粗隆部血供豐富，很少發(fā)生不愈合或股骨頭壞死，既往多采用保守治療，但保守治療長期臥床并發(fā)癥多，致殘率和病死率較高。據(jù)統(tǒng)計，20％的患者在12個月內(nèi)死亡，40％的患者喪失獨立生活能

2、力，其中的一半甚至無法行走。而手術(shù)治療由于患者可早期下床活動，避免了長期臥床帶來的一系列問題，死亡率明顯下降，治療后功能恢復(fù)好于保守治療。早期手術(shù)已成為股骨粗隆間骨折治療的主要方法。
　　 臨床上應(yīng)用于治療股骨粗隆間骨折的內(nèi)固定器械非常多，大致可以分為三類:髓外固定裝置、髓內(nèi)固定裝置以及人工關(guān)節(jié)置換。髓外固定裝置包括動力髖螺釘(DHS)、股骨近端鎖定加壓鋼板(PF-LCP)、經(jīng)皮加壓鋼板(PCCP)及外固定架。髓內(nèi)固定裝置包括股

3、骨近端髓內(nèi)釘(PFN)、股骨近端防旋髓內(nèi)釘(PFNA)、InterTAN髓內(nèi)釘、亞洲型股骨近端防旋髓內(nèi)釘(PFNA-Ⅱ)、Russell-Tayler重建釘?shù)?。近年來，隨著各種內(nèi)固定手術(shù)的廣泛開展及圍手術(shù)期并存疾病診治水平的提高，死亡率已大大下降，但髖內(nèi)翻、釘板斷裂、股骨頭頸切割及下肢短縮等并發(fā)癥卻依然存在。為預(yù)防或減少上述并發(fā)癥發(fā)生，股骨小轉(zhuǎn)子復(fù)位固定的重要性逐漸引起大家的重視。股骨小轉(zhuǎn)子是構(gòu)成股骨上端完整結(jié)構(gòu)的重要組成部分，它與股骨

4、距一起支撐如同懸臂梁的股骨頭部，是髖關(guān)節(jié)傳遞應(yīng)力的主要途徑。生物力學(xué)上，該處是抗屈曲、抗內(nèi)翻應(yīng)力的最主要部位。目前臨床對股骨小轉(zhuǎn)子骨折固定常用的方法有:鋼絲捆扎、拉力螺釘固定。國內(nèi)外大量文獻報導(dǎo)證實，股骨小轉(zhuǎn)子骨折固定后能明顯減少術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生，而目前對小轉(zhuǎn)子骨折固定的方式存在很多不足。如用血管彎鉗穿引鋼絲對小轉(zhuǎn)子進行環(huán)扎固定時，需對小轉(zhuǎn)子周圍的軟組織進行較多的分離，還需要切斷部分髂腰肌，創(chuàng)傷大，手術(shù)出血量也較大，破壞了小轉(zhuǎn)子血運，影

5、響術(shù)后恢復(fù)，而且骨折愈合后，內(nèi)固定不易拆除。此外，股骨粗隆間骨折以老年骨質(zhì)疏松患者多發(fā)，對于老年性骨質(zhì)疏松患者，經(jīng)鋼板固定小轉(zhuǎn)子具有更大的安全性，螺釘不易陷入骨質(zhì)內(nèi)。但目前股骨粗隆間骨折常用的內(nèi)固定當(dāng)中，尚未有專門設(shè)計對股骨小轉(zhuǎn)子骨折進行固定的釘孔。
　　 拉力螺釘在股骨頭、頸內(nèi)的分布，直接決定了內(nèi)固定的穩(wěn)定性。李康華等認(rèn)為:不同平面的鋼板螺釘呈立體交叉固定，能克服單一平面固定的不足，有效提高防旋、抗折彎的力學(xué)固定效果。目前用于

6、股骨粗隆間骨折的釘板內(nèi)固定系統(tǒng)中，其頭頸釘?shù)脑O(shè)計主要有兩種:多釘平行構(gòu)型設(shè)計或單枚主釘設(shè)計。我們在臨床使用過程中發(fā)現(xiàn)平行進釘在術(shù)后較易出現(xiàn)螺釘松動、退出，可能導(dǎo)致內(nèi)固定失敗;而對于DHS和DCS雖然其具有較強的軸向抗壓能力，但目前常用的多以單釘固定股骨頸，主釘直徑大，對骨質(zhì)損傷較大，且防旋能力差，需加用防旋螺釘。
　　 綜上所述，目前股骨粗隆間骨折常用內(nèi)固定的設(shè)計還存在以下不足:1、尚未有專門設(shè)計對股骨小轉(zhuǎn)子骨折進行固定的釘孔;

7、2、頭頸部螺釘平行進釘易導(dǎo)致螺釘切割、松動或退出;3、單一主釘造成股骨頭頸部骨質(zhì)損傷較大且防旋能力差。鑒于以上設(shè)計方面的不足，我們課題擬通過對股骨進行數(shù)字化三維重建，并對相關(guān)解剖參數(shù)進行數(shù)字化精確測量，通過獲得設(shè)計股骨近端新型釘板系統(tǒng)的重要參數(shù)，對目前常用的股骨近端外側(cè)鋼板進行改進設(shè)計。為了讓新設(shè)計的內(nèi)固定系統(tǒng)具備更穩(wěn)定的生物力學(xué)性能，對該新型內(nèi)固定系統(tǒng)采用如下創(chuàng)新性設(shè)計:1、專門設(shè)計了對股骨小轉(zhuǎn)子骨折進行固定的萬向鎖定孔，通過鋼板固定

8、小轉(zhuǎn)子并與鋼板鎖定，可使股骨距、股骨頸及股骨干獲得更大的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性;2、股骨頭頸部螺釘采用立體交叉構(gòu)型設(shè)計，從而增強拉力螺釘在股骨頭頸內(nèi)的把持力及防旋能力。這些創(chuàng)新設(shè)計對促進骨折愈合、防止髖內(nèi)翻及內(nèi)固定失效具有重要意義。
　　 目的:
　　 1、通過對股骨進行數(shù)字化三維重建并測量股骨近端相關(guān)解剖學(xué)參數(shù)，為股骨粗隆間骨折內(nèi)固定器械的研制、改良提供解剖依據(jù)。
　　 2、對股骨近端新型解剖鎖定鋼板(NPFALP)進

9、行三維有限元生物力學(xué)比較研究，以評價NPFALP的力學(xué)性能。
　　 方法:
　　 1、對80例（左、右各40例）完整成人股骨標(biāo)本行CT掃描，應(yīng)用Mimics10.01軟件，利用數(shù)字化三維重建技術(shù)重建股骨，標(biāo)定相關(guān)解剖標(biāo)志，測量股骨近端相關(guān)解剖參數(shù)。
　　 2、基于成人股骨CT掃描數(shù)據(jù)，通過Mimics、Geomagic Studio、ABAQUS軟件建立完整股骨三維實體模型及三維有限元模型，模擬70Kg正常人緩慢

10、行走單腿站立時髖關(guān)節(jié)所承受的最大峰值數(shù)值進行加載，分析加載后完整股骨近端的應(yīng)力分布特征及位移變化;
　　 3、利用上述建立好的完整股骨三維實體模型，通過ABAQUS軟件的布爾運算功能建立AO/OTA分型:31-A2型不穩(wěn)定股骨粗隆間骨折三維實體模型;利用Pro/Engineer軟件，根據(jù)DHS、LPFP、NPFALP、PFNA-Ⅱ的幾何參數(shù)，分別建立各自CAD模型;然后在Geomagic Studio軟件中，按照骨科手術(shù)操作要求

11、予以裝配固定，分別建立31-A2型不穩(wěn)定股骨粗隆間骨折與DHS、LPFP、NPFALP、PFNA-Ⅱ裝配后的三維實體模型(S1、S2、S3、S4)，并將其導(dǎo)入三維有限元軟件ABAQUS中，分別生成四種不同三維有限元分析模型(F1、F2、F3、F4)。
　　 4、利用上述四種已經(jīng)建立好的三維有限元分析模型，在設(shè)定邊界條件、材料屬性后，模擬70Kg正常人緩慢行走單腿站立時髖關(guān)節(jié)所承受的最大峰值數(shù)值進行加載;分析股骨和內(nèi)固定的應(yīng)力分布

12、特征及位移變化，骨折面的應(yīng)力分布特征，骨折斷面夾角變化等。
　　 結(jié)果:
　　 1、小轉(zhuǎn)子縱徑為(27.01±1.72)mm，橫徑為(17.82±1.22)mm，小轉(zhuǎn)子高為(8.59±1.44)mm，小轉(zhuǎn)子體積為(755.91±150.14)mm3，應(yīng)用后傾角為（22.42±9.08）°，應(yīng)用上傾角為（17.02±2.02）°，擬固定小轉(zhuǎn)子最短螺釘長度為(49.25±3.20) mm;股骨頸前傾角（13.83±8.87）

13、°，股骨頸干角（127.78±4.22）°，角α（11.16±2.50）°，角β(19.73±5.65)°，角γ(16.13±4.93)°，角δ（38.63±6.16）°。所有測量參數(shù)，左、右側(cè)均無統(tǒng)計學(xué)差異，P＞0.05。
　　 2、在活體股骨CT數(shù)據(jù)及內(nèi)固定的幾何參數(shù)基礎(chǔ)上，使用Mimics、GeomagicStudio、Pro/Engineer及ABAQUS軟件能夠成功建立完整股骨，31-A2型不穩(wěn)定股骨粗隆間骨折，DHS

14、，LPFP，NPFALP，PFNA-Ⅱ的三維實體模型及三維有限元模型;DHS、LPFP、NPFALP、PFNA-Ⅱ與股骨粗隆間骨折固定后的三維實體模型(S1、S2、S3、S4)及三維有限元模型(F1、F2、F3、F4)。
　　 3、本研究通過模擬步態(tài)周期中單腿站立時髖關(guān)節(jié)的受力情況，對完整股骨進行了生物力學(xué)有限元分析。股骨的應(yīng)力主要分布在股骨內(nèi)側(cè)皮質(zhì)及股骨外側(cè)皮質(zhì)，其中股骨內(nèi)側(cè)皮質(zhì)表現(xiàn)為壓應(yīng)力，股骨外側(cè)皮質(zhì)表現(xiàn)為張應(yīng)力，本研究得

15、出的應(yīng)力分布情況與實際情況相符。
　　 4、DHS、LPFP、NPFALP、PFNA-Ⅱ用于31-A2型不穩(wěn)定股骨粗隆間骨折固定后的有限元分析結(jié)果顯示:DHS、LPFP、NPFALP三種內(nèi)固定均不同程度導(dǎo)致了鋼板下方股骨應(yīng)力遮擋，LPFP應(yīng)力遮擋效應(yīng)最顯著，NPFALP應(yīng)力遮擋效應(yīng)相對較小，PFNA-Ⅱ在該部位的應(yīng)力遮擋效應(yīng)不明顯，但在股骨遠(yuǎn)端前內(nèi)側(cè)出現(xiàn)了應(yīng)力集中，其應(yīng)力值為91.0MPa;四種內(nèi)植物均存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，其中DH

16、S、LPFP的應(yīng)力集中現(xiàn)象較顯著，其最大應(yīng)力值分別為:591.0MPa和667.5MPa，NPFALP、PFNA-Ⅱ的應(yīng)力值相對較小，其最大應(yīng)力值分別為:351.7MPa和494.7MPa;四個模型中股骨近端興趣點的位移值進行比較:模型F1(6.02mm)＞模型F4(5.78mm)，模型F2(3.99mm)＞模型F3(3.16mm);四種內(nèi)植物上的最大位移值進行比較:DHS(7.86mm)＞PFNA-Ⅱ(7.58mm)，LPFP(4.8

17、7mm)＞NPFALP(4.12mm);四種模型骨折斷面的應(yīng)力分布差異較大，相對于DHS、LPFP和PFNA-Ⅱ，采用NPFALP固定時骨折斷面應(yīng)力分布較為均勻;四種模型的骨折斷面均不同程度發(fā)生了分離移位，相對于DHS、LPFP和PFNA-Ⅱ，NPFALP固定后的骨折斷面夾角最小。
　　 結(jié)論:
　　 1、本研究基于CT數(shù)據(jù)的股骨數(shù)字化三維重建圖像具有良好的形態(tài)和清晰的邊界，可精確識別股骨相應(yīng)的解剖標(biāo)志并進行三維測量。<

18、br>　　 2、本研究對股骨近端解剖測量獲得的數(shù)據(jù)能較好地為設(shè)計NPFALP提供解剖學(xué)依據(jù)。
　　 3、本研究通過模擬單腿站立時髖關(guān)節(jié)受力情況進行加載，完整股骨的應(yīng)力分布情況與傳統(tǒng)實驗力學(xué)得到的結(jié)果一致，證明本實驗建立的有限元模型是準(zhǔn)確可靠的。
　　 4、NPFALP用于31-A2型不穩(wěn)定股骨粗隆間骨折固定時，股骨、內(nèi)固定及骨折面的應(yīng)力分布合理，股骨、內(nèi)固定的位移及骨折斷面夾角較小。因此，可認(rèn)為NPFALP對31-A2