遠端股骨鎖定鏍絲之應力分析：有限元素模型及機械測試

Abstract

鎖定內釘已廣泛地應用於股骨骨折，但鎖 定螺絲仍常有破壞的情形發生，特別是遠 端的股骨骨折。本研究主要分成兩個架構 (1)有限元素分析；(2)機械測試實驗去探討 內釘皮質骨接觸對整個鎖定內釘應力的影 響。建立三維有限元素模型去模擬鎖定內 釘植入股骨骨折的情形。施加700N 的力量 在股骨頭上，施力的方向通過膝關節中 心，且遠端股骨底端為完全拘束。本論文 之有限元素模型分為完全結合界面模型與 接觸界面模型。刪除元素用來模擬不同位 置的骨折以表示不同內釘皮質骨接觸的情 形，並使用ANSYS 去求解鎖定內釘上的應 力。機械測試實驗主要是探討內釘皮質骨 接觸對鎖定內釘穩定度的影響。將鎖定內 釘植入股骨並分成四組，分別在isthmus 下 1cm、5cm 及isthmus 上1cm、9cm 處將股 骨橫切開以模擬骨缺損的情形。每組遠端 螺絲的位置皆在isthmus 下7 公分的位置。 本實驗以位移控制，促動器以5mm/min 的 速率往下移動。在完全界面模型，鬆質骨 對遠端內釘的應力影響不大，主要是內釘 皮質骨接觸的影響。在內釘皮質骨無接觸 情形的內釘應力較高。在接觸界面模型， 遠端螺絲及內釘的應力也受內釘皮質骨接 觸的影響，且內釘及鎖定螺絲的應力隨著 接觸長度的增加而逐漸減少。將內釘打到 遠端皮質骨發現可減低鎖定內釘及鎖定螺 絲的應力。在機械測試實驗，亦發現內釘 及鎖定螺絲的應力隨著接觸長度的增加而 逐漸減少。所以我們發現內釘皮質骨接觸 是影響鎖定內釘應力的主要因素。