不同松质骨体积分数影响股骨颈骨折裂纹扩展的有限元分析OA

背景:股骨颈骨折是老年人群中常见且具有高度危害性的骨折类型,其发生率随着年龄增长而显著增加。目前,股骨颈骨折的损伤机制尚未完全明确,尤其是在力学表征、裂纹萌生及失效机制等方面。目的:采用有限元法分析不同松质骨体积分数对股骨颈裂纹扩展的影响,为深入探析股骨颈骨折的力学机制提供理论支持。方法:将1例健康志愿者的股骨近端CT数据导入Mimics 19.0进行三维重建,构建含有皮质骨、松质骨股骨近端模型,导入ABAQUS/CAE 2021中赋予材料参数,并使用随机批量删除单元Python脚本,构建35%,30%,25%和20%松质骨体积分数股骨近端有限元模型,结合内聚力模型分析在2 mm轴向位移载荷作用下股骨颈骨折的力学响应及其损伤机制。结果与结论:①与35%松质骨体积分数模型相比,20%松质骨体积分数模型的承载力下降10.02%,表明松质骨体积分数减小会削弱股骨颈的力学性能,增加骨折风险;②剪切失效单元/总失效单元最大比值均在90%以上,高速轴向冲击载荷下剪切失效主导股骨颈骨折的形成;③结果表明,松质骨体积分数减小明显削弱了股骨颈的力学性能,增加骨折风险;高速轴向冲击载荷下股骨颈骨折机制以剪切失效为主。