[发明专利]股骨颈骨折内固定方式的优选方法

权利要求书

1.一种股骨颈骨折内固定方式的优选方法，其特征是：该方法包括如下步骤：

（1）患者的股骨解剖学参数的获取：对患者自股骨头上方起由近端向远侧垂直于股骨纵轴进行CT扫描，扫描层厚0.625mm，层间距自股骨头上方至小转子下方为3mm，自小转子下方至股骨中段为10mm，共扫描42层，长度17.9cm；从CT图像上得到患者的骨折角度α、前倾角a、颈干角b、股骨干角c、股骨头直径d、股骨干直径d1、股骨颈直径d2、股骨头与股骨颈连接处的尺寸h、肌肉收缩力臂f、股骨颈长度l、内切股骨干与股骨颈的圆半径r4、股骨头与骨折面的距离s的参数；

（2）建立股骨近端三维几何模型；

（3）建立应力计算模型，设定股骨骨折类型及固定方式； 

（4）对各种骨折固定方式逐一进行优化计算；

（5）确定优选的评判准则，根据计算结果确定股骨颈骨折内固定方式。

2.根据权利要求1所述的股骨颈骨折内固定方式的优选方法，其特征是：所述的建立股骨近端三维几何模型；是利用ANSYS参数化设计语言APDL进行建模，通过编写VC++与APDL之间的通信代码，将从第一步获取的参数传递至股骨参数化有限元模型APDL代码中，实现股骨的建模，包括股骨颈模型的建立、股骨头模型的建立、股骨颈和股骨头连接处过渡锥体的建立、股骨干模型的建立、股骨颈与股骨干之间的连接体模型的建立。

3.根据权利要求1或2所述的股骨颈骨折内固定方式的优选方法，其特征是：所述的建立应力计算模型，设定股骨骨折类型及固定方式：假定作用在某一个点上的力，均匀的分散成多个较小的作用力同时作用在对应的点上，多个较小的作用力产生的合力的力学效果与未分散前是等效的，简化出一种简化受力模型，需要计算的应力为关节反力J、臀肌肌群力M和骼胫束肌力R。

4.根据权利要求1或2所述的股骨颈骨折内固定方式的优选方法，其特征是：所述的对各种骨折固定方式逐一进行优化计算，根据结果确定股骨颈骨折内固定方式：选择完一种内固定方式，包括螺钉数量的确定、螺钉固定角度的确定、螺钉组合方式的确定后，求得施加在股骨上的关节反力J、臀肌肌群力M和骼胫束肌力R，最后将计算出的应力结果经过VC++与APDL之间的通信代码传递至有限元法解算骨折内固定模型的APDL代码开始分析解算，从而得到在载荷J、R、M作用下的股骨头的横向位移UX、下沉位移UY、扭转位移UZ和总位移US及骨折结合面之间的最大断裂位移DS。

5.根据权利要求4所述的股骨颈骨折内固定方式的优选方法，其特征是：所述的优化计算：

螺钉固定角度优化：首先对骨折角度α=50°的患者进行螺旋CT扫描后，将获得的CT图片以DICOM格式输出到该系统中，提取参数并建立股骨近端三维几何模型；然后采取单钉固定，固定角度β=30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°，建立骨折内固定模型；经过受力分析，有限元解算后可以得到在不同固定角度时股骨头的横向位移UX、下沉位移UY、扭转位移UZ、总位移US和骨折面间最大断裂位移DS的情况；

螺钉数量的优化：最优固定角度确定后，将股骨颈骨折内固定的螺钉数量和组合方式按照角度优化后的结果进行建模，受力分析后经过有限元求解可以得到股骨头的横向位移UX、下沉位移UY、扭转位移UZ、总位移US和骨折面间最大位移DS的情况；

螺钉组合方式优化：分析以下几种组合方式，即单钉、2钉平放、2钉斜放、3钉正三角放置和3钉倒三角放置；以骨折角度α=50°的患者为例进行分析；对于骨折角度α=50°的患者，当采取不同的螺钉组合方式时，在载荷作用下，经过有限元解算后得到股骨头的横向位移UX、下沉位移UY、扭转位移UZ、总位移US和骨折结合面间的最大断裂位移DS的情况；

综合优化：根据得到的Lindon角来判断股骨颈骨折的骨折类型，随着骨折角度增大，骨折稳定性越差；从骨折角度α、螺钉的固定角度β、及紧固螺钉数量、组合方式这个方面进行判定；将骨折角度α设置从10°-70°公差为10°（或者更小）的7种情况；将穿钉角度β设置从30°-70°公差为5°的10种情况；紧固螺钉数量的选择为1-3个；将组合方式设置为单钉、2钉斜放、2钉平放、3钉正三角放置、3钉倒三角放置的5种组合方式进行优化选择；另外，有患者在骨折的同时伴随严重的骨质疏松症，针对这种情况，在固定时应优选单钉固定。

6.根据权利要求1所述的股骨颈骨折内固定方式的优选方法，其特征是：所述的确定优选的评判准则；设定的基础是单腿站立位；根据生物力学原理和AO准则，将从以下参数入手：

股骨头位移 ：在单腿站立的情况下，股骨头上将受到载荷的作用，产生位移，包括X方向上的横向位移、Y方向上的下沉位移、Z方向上的扭转位移；横向位移主要反映骨折面的牢固性和对抗张力的能力；下沉位移直接反应出结构稳定性；扭转位移反映该固定方式下的抗扭性；这三个方向的位移值越小表明固定方式越好，结构的抗变形能力越强，固定的牢固；为了综合评价这三个方向上的位移情况，设置一个判断标准US表示三个方向上的合成位移，用来更直观的判断，US越小稳定性越好；

骨折结合面之间的最大断裂位移：可以认为股骨近端是悬臂梁类的结构，股骨颈在载荷的作用下上端受到拉应力，下端受到压应力；对于考虑的是骨折面完全断裂的情况，骨折面之间将产生一定量断裂位移DS； DS断裂位移的值表示内固定结构的抗弯能力，值越小表示固定越好，若过大将引起骨折端愈合不完全的严重后果；

上述评价值中，US和DS是最能直接反应固定效果的参数，即在载荷作用下，产生的位移越小，表明此种内固定方式越好；但在实际情况中，US与DS的大小关系并不绝对一致，存在某种情况下US值取最小时DS值却反而大的情况；另外，将正常人体股骨标本，按Lindon角50°、70°截骨，造成经颈型股骨颈骨折后，在股骨颈部位和股骨头部位分别粘贴应变片，施加0N-300N的载荷，在股骨头处和股骨颈最大断裂位移处的应变片上获得的6组数据；总结出合理的固定方式之间的US的比例不会大于114%；DS的比值不会大于153%，因此分别取计算结果内的最优三分之一的结果来界定US和DS即104.7%和117.7%；首先按照US排序选择出最优US结果对应的内固定方式，其余内固定方式的US值与其的比例关系是1.047以内，先选出来，比较每种情况下的DS值与最优DS值之间的比例是否在1.17以内，若在，那么以US最优结果内固定方式为最优选项，若不在则排除该情况，然后将该种比较方法形成C++优选算法，供系统优选出最佳方案。