CN102961176B - 股骨颈骨折内固定方式的优选方法 - Google Patents

Abstract

股骨颈骨折内固定方式的优选方法。目前欲选择优化的股骨颈骨折内固定方式，要求用户不仅要有良好的工程分析软件的操作能力还要有对优化方法的判断力才能实现优化方案的确定。本发明的方法包括：（1）患者的股骨解剖学参数的获取；（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。本产品用于股骨颈骨折内固定方式的优选。

Description

股骨颈骨折内固定方式的优选方法

技术领域：

本发明涉及一种股骨颈骨折内固定方式的优选方法。

背景技术：

股骨颈骨折是指由股骨头下至股骨颈基底部之间的骨折，发生率约占全身骨折的3.6%，各个年龄段内均可发生，但大多为50至70的年龄阶段。在全球统计的髋部骨折案例的记录中，股骨颈骨折约占其中的67%。

与其他骨折相比，股骨颈骨折具有以下三个较明显的特点：

由于股骨的功能和解剖学的特点，骨折部位经常承受较大的扭转力和剪切力，影响骨折及其复位后的稳定性，从而影响内固定效果，因此不愈合率比其他骨折高。

由于股骨头血供的特殊性，骨折时容易引起供血源阻断，影响骨折愈合，并且引发股骨头缺血性坏死、塌陷等并发症。

一般情况下患者年龄较大，且部分伴随有高血压、心脏病、糖尿病、偏瘫等全身性的疾病，受伤后卧床不起，因此较易发生坠积性肺炎、褥疮、静脉炎等不良后果，故其死亡率较一般骨折者高。

由于股骨颈骨折不愈合率约占10%-20%，死亡率高并且伴随很多的并发症，所以股骨颈骨折的治疗仍然是摆在科研人员面前的一个重要课题。股骨颈骨折的治疗分为保守治疗和手术治疗两种，鉴于保守治疗的骨不愈合率约为48%，发生股骨头坏死的概率约为34%，因此现代骨科多提倡积极的手术治疗。手术治疗通常分为骨折复位、内固定方式选择、穿钉施术这三个阶段。股骨颈骨折手术治疗过程中，内固定方式的选择是其中惟一的可控变量，也是在医生施术手法娴熟的前提下，惟一制约术后效果的关键因素。所以，选择最合理的内固定方式是穿钉施术成功的根本保障。

目前使用的股骨颈骨折内固定方式优选方法的不足之处：

1.由于工程分析软件的难操作性以及有限元分析方法的应用局限性，股骨颈骨折的内固定方式选择基本是凭借医生的经验，因此常常忽略其力学结构的合理性且缺乏科学的理论依据。这样的做法既费时又不能保证手术的高成功率。

力学分析的引入，使得对选择最合理的内固定方式问题的解决由经验上升到理论，并指导医生实践。但目前的研究又大都是单纯的理论研究，缺乏实践价值。

近年来随着有限元方法在生物力学领域的应用，使得对于股骨颈骨折的研究从一个全新的角度展开。更加精确的建模与计算手段为获取可靠的股骨颈骨折力学分析结果提供了依据，该方面的研究成果已被广泛证实，但是工程分析软件对操作者要求很高不容易操作，目前没有将有限元分析软件与股骨颈骨折内固定方式优化这一专门应用相结合的易操作平台。

优选准则很分散，没有进行集中整理。

没有将力学分析结果与股骨颈骨折内固定方式评价准则结合在一起的优选平台。

发明内容：

本发明的目的是提供一种股骨颈骨折内固定方式的优选方法，在研究了股骨力学特性的基础上，提出了用于评价内固定方式效果的评价参数：单腿站立位股骨头横向位移、下沉位移、扭转时的纵向位移、综合位移及骨折面的断裂位移，并根据真实的股骨实验应变数据，总结其线性关系，设置判断准则，编写评价算法代码进行数值提取与比较，并优选出内固定方案。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种股骨颈骨折内固定方式的优选方法，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。

所述的股骨颈骨折内固定方式的优选方法，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。

所述的股骨颈骨折内固定方式的优选方法，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。

所述的股骨颈骨折内固定方式的优选方法，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。

所述的股骨颈骨折内固定方式的优选方法，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。

所述的股骨颈骨折内固定方式的优选方法，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。

有益效果：

1.首次实现将有限元力学分析与股骨颈骨折内固定优选二者结合的综合分析优选系统。首次在同一界面下实现了建模、分析、优选的全过程，该成果提高了工作效率，优化了固定方法现有选取手段。通过实现股骨参数化有限元模型APDL代码与VC++的参数传递过程，完成了有限元参数化语言与面向对象语言之间的通信功能。实现了将用户界面上搜集的信息传递至有限元分析软件中，并在分析计算结果基础上对各种固定方式进行判断，得到最佳固定方式的方案。大大降低了获得优化方案的难度，缩短了方案制定的时间。

首次采用参数化的方法实现股骨近端三维建模。通过实现参数化的有限元语言建立参数化的三维模型，使得模型的尺寸能够根据需要而直接改变，从而首次实现了针对专门患者不同情况进行快速几何建模，操作简便，输入CT图像，可直接读取参数并建模。

首次实现了基于股骨颈骨折内固定力学分析结果的专门优选系统，随着有限元方法在生物力学领域的应用，更加精确的建模与计算手段为获取可靠的股骨颈骨折力学分析结果提供了依据，该方面的研究成果已被广泛证实，基于生物力学分析结果的优选方式提高了优选结果的可靠性。

在综合骨生物力学特性和骨折内固定方式优选各项评价体系的基础上，首次建立了骨骼固定质量的评价指标：单腿站立位股骨头横向位移、下沉位移、扭转时的纵向位移、综合位移及骨折面的断裂位移。根据真实的股骨实验应变数据，总结其线性关系，设置判断准则，编写评价算法代码进行数值提取与比较，并根据评价指标优选出内固定方案。提高了手术成功率，降低了手术费用。

本发明在以上背景基础上开发出基于生物力学分析结果的股骨颈骨折内固定方式优选系统，该系统可以在同一个平台下，通过输入CT体数据集和简单的界面操作，就可以获得优化的内固定方案。对于缩短优选方案制定时间，提高手术成功率，降低手术费用具有重要价值。

附图说明：

附图1是股骨近端应力分布云图。

附图2是简化后的股骨三维模型。

附图3是关节反力J、臀肌肌群力M和骼胫束肌力R分布。

附图4是上部分离体受力示意图。

附图5是骨折角度α=50°单钉固定股骨头位移情况。

附图6是骨折角度α=50°单钉固定骨折面间最大断裂位移。

附图7是骨折角度α=50°螺钉数量变化时节点位移情况。

附图8是骨折角度α=50°螺钉数量变化时骨折面最大缝距。

附图9是在单腿站立的情况下， X方向上的横向位移UX、Y方向上的下沉位移UY、Z方向上的扭转位移UZ示意图。

附图10是股骨颈骨折断裂位移示意图。

具体实施方式：

实施例1：

一种股骨颈骨折内固定方式的优选方法，该方法包括如下步骤：

（1）患者的股骨解剖学参数的获取方法：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）采用参数化的方法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。

实施例2：

实施例1所述的股骨颈骨折内固定方式优选方法，所述的采用参数化的方法建立股骨近端三维几何模型：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。

实施例3：

上述的实施例所述的股骨颈骨折内固定方式优选方法，所述的建立应力计算模型，设定股骨骨折类型及固定方式：应力计算是计算在通常情况下，正常人于单腿站立位时，股骨受到的来自关节、肌肉等载荷的值。根据圣维南原理，作用在某一个点上的力，可以均匀的将这个力分散成若干个较小的作用力同时作用在较多的点上，它们产生的力学效果是等效的。反之，同样成立。所以，我们可以将许多分散的均匀分布在节点上的较小的作用力合成较大的力作用在一个节点上。根据Scige提出的一种简化受力模型，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。

实施例4：

上述的实施例所述的股骨颈骨折内固定方式优选方法，所述的选择内固定方式并逐一进行计算：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。

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钉正放、3钉倒放的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。

实施例5：

上述的实施例所述的股骨颈骨折内固定方式优选方法，所述的设定优选的评判准则，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；因此，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。

实施例6：

实施例1所述的股骨颈骨折内固定方式的优选方法，所述的采用参数化的方法建立股骨近端三维几何模型：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。

建模的具体过程：

建立较精确的股骨模型并对其受力分析,对照分析得出的应力分布情况进行相应的简化处理。图1所示为单腿站立时股骨近端的应力分布情况。从解算结果可以看出，人体在单腿站立的情况下，主要所承受的关节反力经股骨头传递至股骨干，中间的股骨颈部位上端受到拉力，下端受到压力，在大转子部位应力相对小，也就是说大转子部分对股骨上的应力分布影响小，因此将模型在大转子处做简化。

用VC++编写一个患者基本信息获取与参数传递子模块；然后将从CT图像上搜集到的患者信息(12个参数，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)传递至股骨参数化有限元模型APDL代码中，建立患者的股骨三维模型。

建立的简化模型如图2所示。

实施例7：

根据实施例1或6所述的股骨颈骨折内固定方式的优选方法，所述的建立应力计算模型，设定股骨骨折类型及固定方式：应力计算是计算在通常情况下，正常人于单腿站立位时，股骨受到的来自关节、肌肉等载荷的值。根据圣维南原理，作用在某一个点上的力，可以均匀的将这个力分散成若干个较小的作用力同时作用在较多的点上，它们产生的力学效果是等效的。反之，同样成立。所以，我们可以将许多分散的均匀分布在节点上的较小的作用力合成较大的力作用在一个节点上。根据Scige提出的一种简化受力模型，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。这三个应力的分布情况如图3所示。

通常情况下，J、M、R均与人体体重W存在一定的相关关系。在双腿站立位时，身体的重力线位于耻骨联合的后方，并且根据髋关节本身的稳定特性，在不考虑肌肉收缩作用的情况下，每侧的股骨头受到的外载荷为上部身体体重的1/2。由于单侧下肢重为体重的1/6，那么，每一侧髋关节受到的载荷将是剩余的2/3体重的1/2，即体重的1/3。若髋关节附近的肌肉为了维持站立姿态而收缩，关节反力和肌肉活动量将成比例的增大。为了维持单腿站立位的平衡，地面的反作用力为体重W，负重腿重力为体重的1/6，剩余部分为体重的5/6。在计算时，将髋关节分为上部分离体和下部分离体。

计算公式如下（1)-(5)所示：

在上部分离体中为了达到稳定，需要三个力矩平衡，如图4所示，公式如（1）所示：

(1)

其中b=2f，。

通常情况下，力M与垂直方向成为29.5°。

考虑下肢分离体的情况，根据图3、图4下肢的受力情况可以列出下列方程：

(3)

(4)

J与竖直方向的夹角为22。4°。

由公式（1）-（5）可得到J、R、M的值。

实施例8：

根据实施例1或6或7所述的股骨颈骨折内固定方式的优选方法，所述的选择内固定方式并逐一进行计算：选择完一种内固定方式（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，先进行此种内固定方式下股骨颈骨折内固定模型的建立，然后按照应力计算模型所述，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，从而可以得到在载荷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。螺钉固定角度优化、螺钉数量优化、螺钉组合方式优化和三个指标综合评价这四个方面分析如下：

（1）螺钉固定角度优化：

采用单钉固定方式优化固定角度，双钉固定和三钉固定的情况与此类似就不做介绍了。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格式输出到计算机，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。如图5、图6所示。

实现单钉固定方式优化固定角度的步骤如下：

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图像上我们可以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等参数。

股骨近端三维模型的建立：为了得到患者的股骨近端三维模型，我们采用参数化的有限元方法进行建模。首先我们需要用VC++编写一个患者基本信息获取与参数传递子模块；然后将从X片图像上搜集到的患者信息(12个参数)传递至股骨参数化有限元模型APDL代码中，建立患者的股骨三维模型。这个过程是通过编写VC++与APDL之间的通信代码，实现将患者基本信息获取与参数传递子模块界面上设置的参数传递至APDL代码中，再将如此整合后的完整的参数化股骨模型建立的代码传递给有限元软件进行建模。建立的简化模型如图1所示。

骨折内固定模型的建立：同股骨参数化模型建立相似，首先我们需要用VC++编写一个患者骨折内固定方式信息获取与传递子模块；然后根据搜集到的信息，将这些信息传递至骨折内固定方式有限元参数化模型建立的APDL代码中，建立患者的骨折内固定方式有限元模型。同理，这个过程是通过编写VC++与APDL之间的通信代码，实现将界面上设置的参数传递至APDL代码中，再将如此整合后的完整的参数化骨折内固定方式模型建立的代码传递给有限元软件进行建模。在患者骨折内固定方式信息获取与传递子模块中选择单钉，固定角度分别选取30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°，进行骨折内固定模型的建立。

应力解算。

分析解算：具体的解算步骤如下所述：

定义单元类型、接触类型与网格划分：由于建立的股骨模型为不规则的体模型，我们采用三维的十个节点的四面体单元SOLID92，按照自由网格进行划分；并定义螺钉与股骨的接触类型，骨折面间的接触类型为面-面接触，定义目标单元选择TRGE170，接触单元选择CONTA174。

设置材料属性：密质骨整体基本呈现各项同性，而松质骨的结构很难表达，其力学特性并没有统一的结论。从目前的研究来看，研究者大都将密质骨和松质骨作为各项同性的线弹性体来考虑，也验证了得到的分析结论基本符合实验得到的数据，因此本文所采用的材料属性的设置方式也是将两者作为各向同性的线弹性材料。设置弹性模量为16800Mpa，泊松比为0.3。将紧固螺钉的材料选择为不锈钢，其弹性模量取206000Mpa，泊松比取0.3。

设定边界条件及施加载荷：我们通过D，node，ALL用来约束节点的全部自由度。由于施加约束的节点过多，我们应用*DO-*ENDDO循环施加约束。应用命令/solu进入求解模块后，对节点施加载荷J、R、M，选择静力学分析模型，对节点施加集中载荷，应用函数 F，NODE，Lab，VALUE，VALUE2，ENED，NINC。这里的F命令与前文的D命令是对应的。

结果后处理：求解完成后，我们进入结果后处理器。通过读取分析计算结果，我们可以得到不同内固定方式下，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。

计算结果：由于股骨头的总位移US和骨折结合面间的最大断裂位移DS是最能直接反映固定效果的参数。其中，US和DS的值越小，表明此种内固定方式就越好。调用系统后台VC++编写的评价算法，我们先以US的值最小为目标进行判断，可以得到当固定角度β=65°时US的值最小；然后以DS的值最小为目标进行判断，可以得到当固定角度β=65°时DS的值最小；鉴于这两种情况下，US和DS的大小关系是一致的，我们就不用对US和DS进行最终的结果优选就可以得到最优固定角度。我们得到骨折角度α=50°时，单钉固定情况下，最优固定角度β=65°。

同理，我们可以得到在一定螺钉数量和组合方式的前提下，骨折角度α为10°、20°、30°、40°、60°、70°时，最优固定角度的情况。

（2）螺钉数量的优化：

最优固定角度确定后，我们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。图8、图9显示了在一定螺钉固定角度和组合方式的前提下,骨折角度α=50°时，不同数量螺钉对骨折强度的影响.

实现螺钉数量优化的具体步骤如下:

同螺钉固定角度优化的步骤a)。

同螺钉固定角度优化的步骤b)。

骨折内固定模型的建立：同股骨参数化模型建立相似，首先我们需要用VC++编写一个患者骨折内固定方式信息获取与传递子模块；然后根据搜集到的信息，将这些信息传递至骨折内固定方式有限元参数化模型建立的APDL代码中，建立患者的骨折内固定方式有限元模型。同理，这个过程是通过编写VC++与APDL之间的通信代码，实现将界面上设置的参数传递至APDL代码中，再将如此整合后的完整的参数化骨折内固定方式模型建立的代码传递给有限元软件进行建模。在患者骨折内固定方式信息获取与传递子模块中固定角度选取50°，固定方式分别选取单钉、2钉、3钉内固定方式进行骨折内固定模型的建立。

同螺钉固定角度优化的步骤d)。

同单钉固定方式优化固定角度的步骤e)。经过分析解算后，可以得到不同螺钉数量下股骨头的横向位移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。

计算结果：由于股骨头的总位移US和骨折结合面间的最大断裂位移DS是最能直接反映固定效果的参数。其中，US和DS的值越小，表明此种内固定方式就越好。从上面的图中可以看出，螺钉越多，US和DS的值越小（且US和DS的大小关系一致），内固定效果越好。而且，骨折角度越大，效果越明显。但是，随着螺钉数量增加，多股骨近端内部结构的破坏越严重，同时带来手术难度和成本加大，所以并不是固定螺钉越多越好，一般3个螺钉为宜。

同理，我们可以得到在一定螺钉固定角度和组合方式的前提下，其他骨折角度时，螺钉的最佳数量。

螺钉组合方式优化：

我们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的情况如表1所示。

表1 α=50°不同螺钉组合方式固定情况

组合方式	UX	UY	UZ	US	DS
						单钉	0.12783 E-04	-0.12649E-04	-0.13941E-04	0.19051E-04	0.54284E-05
2钉平放	0.25978E-05	-0.34615E-06	-0.21770E-05	0.29050E-05	0.12426E-05
						2钉斜放	0.30209E-05	-0.28145E-05	-0.30344E-05	0.43276E-05	0.12177E-05
3钉正三角放置	0.67255E-06	-0.41730E-06	-0.54924E-06	0.86251E-06	0.40901E-06
						3钉倒三角放置	0.61570E-06	-0.46165E-06	-0.50362E-06	0.83145E-06	0.39088E-06

实现螺钉组合方式优化的步骤如下:

同螺钉固定角度优化的步骤a)。

同螺钉固定角度优化的步骤b)。

骨折内固定模型的建立：同股骨参数化模型建立相似，首先我们需要用VC++编写一个患者骨折内固定方式信息获取与传递子模块；然后根据搜集到的信息，将这些信息传递至骨折内固定方式有限元参数化模型建立的APDL代码中，建立患者的骨折内固定方式有限元模型。同理，这个过程是通过编写VC++与APDL之间的通信代码，实现将界面上设置的参数传递至APDL代码中，再将如此整合后的完整的参数化骨折内固定方式模型建立的代码传递给有限元软件进行建模。在患者骨折内固定方式信息获取与传递子模块中固定角度选取50°，固定方式分别选取单钉、2钉平放、2钉斜放、3钉正三角放置、3钉倒三角放置这5种内固定方式进行骨折内固定模型的建立。

同螺钉固定角度优化的步骤d)。

同螺钉固定角度优化的步骤e)。经过分析解算后，可以得到不同螺钉组合方式固定情况下，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。

计算结果：由于股骨头的总位移US和骨折结合面间的最大断裂位移DS是最能直接反映固定效果的参数。其中，US和DS的值越小，表明此种内固定方式就越好。调用系统后台VC++编写的评价算法，我们先以US的值最小为目标进行判断，可以得到当采取三钉倒放组合方式时US的值最小；然后以DS的值最小为目标进行判断，可以得到当采取三钉倒放组合方式时DS的值最小；鉴于这两种情况下，US和DS的大小关系是一致的，我们就不用对US和DS进行最终的结果优选就可以得到最优组合方式。我们可以得到3钉固定方式无论在整体稳定性上，结合面张开位移上，还是在固定方式抗扭转能力上都具有单钉固定方式和2钉固定方式所不及的优势。

同理，我们可以得到在其他骨折角度情况下，螺钉的最优组合方式。

（4）三个指标综合评价：

对于股骨颈骨折患者，当选择不同的内固定方式时，可以得到在同样载荷下不同的股骨头横向位移UX、下沉位移UY、扭转位移UZ和总位移US及骨折结合面间的最大断裂位移DS。对这些结果，通过调用系统后台的VC++编写的评价算法比对结果数据，先以US的值最小为目标进行判断，可以得到US的值最小时的内固定方式；再以DS的值最小为目标进行判断，可以得到DS的值最小时的内固定方式；然后判断两种内固定方式是否一致，如果一致，说明US和DS的大小关系一致，则这种内固定方式就是此种骨折情况下最佳的内固定方式；如果不一致，说明US和DS的大小关系不一致，需对US和DS进行最终的结果优选，才能得出此种骨折情况下最佳的内固定方式。

我们以骨折角度α=70°的患者为例进行分析。对于骨折角度α=70°，我们以三种内固定方式为例：单钉60°固定、双钉斜放60°固定、三钉倒三角放置60°固定，并依次利用本系统进行分析，并对结果优选。计算结果：由于股骨头的总位移US和骨折结合面间的最大断裂位移DS是最能直接反映固定效果的参数。其中，US和DS的值越小，表明此种内固定方式就越好。调用系统后台VC++编写的评价算法，我们先以US的值最小为目标进行判断，可以得到当采取三钉倒三角放置60°时US的值最小；然后以DS的值最小为目标进行判断，可以得到当采取单钉60°方式时DS的值最小；鉴于这两种情况下，US和DS的大小关系是不一致的，我们需要对US和DS进行最终的结果优选才能得到最优组合方式。通过最后一步对US和DS的优选，我们得到当采取三钉倒三角放置60°时，内固定效果最好。

具体分析步骤如下：

同螺钉固定角度优化的步骤a)。

同螺钉固定角度优化的步骤b)。

骨折内固定模型的建立：同股骨参数化模型建立相似，首先我们需要用VC++编写一个患者骨折内固定方式信息获取与传递子模块；然后根据搜集到的信息，将这些信息传递至骨折内固定方式有限元参数化模型建立的APDL代码中，建立患者的骨折内固定方式有限元模型。同理，这个过程是通过编写VC++与APDL之间的通信代码，实现将界面上设置的参数传递至APDL代码中，再将如此整合后的完整的参数化骨折内固定方式模型建立的代码传递给有限元软件进行建模。在患者骨折内固定方式信息获取与传递子模块中固定角度选取60°，固定方式分别选取单钉、2钉斜放、3钉倒放这3种内固定方式进行骨折内固定模型的建立。

同螺钉固定角度优化的步骤d)。

同螺钉固定角度优化的步骤e)。

实施例9：

根据实施例1或6或7或8所述的股骨颈骨折内固定方式的优选方法，股骨颈骨折内固定方式优选方法评价准则的设定：通过螺钉固定角度优化分析，我们能够得到对该名患者，当骨折角度α=50°时，单钉固定情况下，最优固定角度β=65°；通过螺钉数量优化分析，我们能够得到螺钉越多，内固定效果越好。而且，骨折角度越大，效果越明显。但是，随着螺钉数量增加，多股骨近端内部结构的破坏越严重，同时带来手术难度和成本加大，所以并不是固定螺钉越多越好，一般3个螺钉为宜；通过螺钉组合方式优化分析，我们能够得到3钉倒三角放置固定方式无论在整体稳定性上，结合面张开位移上，还是在固定方式抗扭转能力上都具有单钉固定方式和2钉固定方式所不及的优势；通过三个指标综合评价，我们得到对于骨折角度α=70°的患者，当采取三钉倒三角放置60°时，US的值最小，DS的值不是最小，但是经过最后的综合评价分析，当采取这种内固定方式时，综合内固定效果最好。

具体的评价过程如下：

评价准则的确定：考虑患者骨折愈合的前期阶段，即手术复位已完成，并复位良好，这是骨折愈合的首要条件，愈合阶段随后开始。由于股骨颈骨折内固定施术后患者只能进行轻微的活动如缓慢行走等，即一个静力分析的过程。本文分析的是典型静力问题——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。因此，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，UX、UY、UZ示意图如图9所示。

位移评价参数：股骨头的横向位移UX、下沉位移UY、扭转位移UZ、总位移US。

边界条件：约束股骨远端矢状面、轴向和冠状面三个方向的位移。

骨折结合面之间的最大断裂位移：可以认为股骨近端是与悬臂梁类似的结构，股骨颈在载荷的作用下上端受到拉应力，下端受到压应力。本文考虑的是骨折面完全断裂的情况，因此，骨折面之间将产生一定量断裂位移DS。图10为内固定后加载时产生的断裂位移的示意图。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。

断裂位移评价参数：骨折面之间的最大断裂位移DS。

边界条件：约束股骨远端矢状面、轴向和冠状面三个方向的位移。

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。根据文献，US对术后效果的影响略大于DS。另外，本文根据西安交通大学的临床生物力学实验：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%，因此本文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%。因此，本系统首先按照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，最后形成的评价准则见表2。

表2 股骨颈骨折固定方式优选系统评价准则

不同骨折角度下，最优固定效果下的紧固螺钉数量、固定角度和组合方式，如下表3：

表3 最优固定效果下的紧固螺钉数量、固定角度和组合方式

骨折角度	螺钉数量	螺钉固定角度	螺钉组合方式	优点
					10°	2	50°	双钉斜放	当骨折角度为10°时，选择双钉斜放，螺钉固定角度50°，该方案骨折断面位移最小且股骨头受力合理。
20°	3	55°	三钉倒三角放置	当骨折角度为20°时，选择三钉倒三角放置，螺钉固定角度55°，该方案骨折断面位移最小且股骨头受力合理。
					30°	3	50°	三钉倒三角放置	当骨折角度为30°时，选择三钉倒三角放置，螺钉固定角度50°，该方案骨折断面位移最小且股骨头受力合理。
40°	2	55°	双钉斜放	当骨折角度为40°时，选择双钉斜放，螺钉固定角度55°，该方案骨折断面位移最小且股骨头受力合理。
					50°	3	65°	三钉倒三角放置	当骨折角度为50°时，选择三钉倒三角放置，螺钉固定角度65°，该方案骨折断面位移最小且股骨头受力合理。
60°	2	55°	双钉斜放	当骨折角度为60°时，选择双钉斜放，螺钉固定角度55°，该方案骨折断面位移最小且股骨头受力合理。
					70°	3	60°	三钉倒三角放置	当骨折角度为70°时，选择三钉倒三角放置，螺钉固定角度60°，该方案骨折断面位移最小且股骨头受力合理。

Claims (5)

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；

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，固定得越牢固；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：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；

US和DS是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值与最优US值的比例不会大于114％；DS值与最优DS值的比值不会大于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值与最优US值的比例关系是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。

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是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是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：所述的优化计算包括：

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°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。