股骨頭缺血性壞死髖關(guān)節(jié)表面置換術(shù)有限元研究.pdf

1、目的：應用有限元分析方法，分析不同股骨假體植入角度、不同骨質(zhì)情況、不同股骨頭缺血性壞死程度對髖關(guān)節(jié)表面置換術(shù)后假體、骨水泥、股骨頭頸不同部位工作應力分布及大小的影響，為臨床髖關(guān)節(jié)表面置換選擇患者及最適股骨假體植入角度提供生物力學依據(jù)。
　　 對象和方法:1、建立植入角度為120°、125°、130°、135°、140°、145°的骨量正常、骨量減少、骨質(zhì)疏松髖關(guān)節(jié)表面置換術(shù)后三維有限元模型18個；2、建立不同壞死程度髖關(guān)節(jié)表面置

2、換術(shù)后三維有限元模型45個，其中壞死體積分別占股骨頭體積的15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％，壞死深度為10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm；3、對所有模型施加人體緩慢行走時的載荷及約束，求解；4、觀察不同模型間股骨近端不同結(jié)構(gòu)應力分布的變化。
　　 結(jié)果:1、不同假體植入角度、不同骨質(zhì)情況髖關(guān)節(jié)表面置換術(shù)后有限元分析結(jié)果：①應力集中部位位

3、于股骨金屬假體-股骨骨質(zhì)交界面處。②股骨金屬假體、股骨頸皮質(zhì)骨及松質(zhì)骨中性層位置與假體植入角度一致，股骨金屬假體下松質(zhì)骨中性層位置位于股骨假體中央桿外上方的松質(zhì)骨內(nèi)。③股骨金屬假體、股骨頸皮質(zhì)骨的應力峰值點位置隨股骨金屬假體植入角度的不同而不同，股骨金屬假體下松質(zhì)骨及股骨頸松質(zhì)骨的應力峰值點位置與假體植入角度無關(guān)；隨著股骨金屬假體植入角度的增加，應力峰值呈逐漸減小趨勢，135°～145°應力總體變化趨勢不明顯。④中性層的位置隨假體植入角

4、度的變化而變化，壓應力區(qū)隨股骨金屬假體植入角度的增加而增加，拉應力區(qū)隨股骨金屬假體植入角度的增加而減少。⑤135°～145°股骨金屬假體植入角，股骨金屬假體下松質(zhì)骨及股骨頸皮質(zhì)骨沒有超過屈服應力的節(jié)點存在，股骨頸松質(zhì)骨內(nèi)超過屈服應力的節(jié)點比例數(shù)均未超過1％；隨后隨假體植入角度的減小該比例明顯增加。⑥骨量減少、骨質(zhì)疏松不改變股骨頭頸應力分布規(guī)律。⑦股骨金屬假體、股骨頸皮質(zhì)骨的應力峰值隨骨量減少、骨質(zhì)疏松的發(fā)生而升高，其中以股骨金屬假體的應

5、力峰值提升最為明顯；股骨金屬下松質(zhì)骨、股骨頸松質(zhì)骨的應力峰值隨骨量減少、骨質(zhì)疏松的發(fā)生而降低。⑧骨量減少、骨質(zhì)疏松時，超過屈服應力的節(jié)點比例呈增加趨勢；135°～140°股骨金屬假體植入角時，股骨金屬假體下松質(zhì)骨及股骨頸皮質(zhì)骨沒有超過屈服應力的節(jié)點存在；140°植入角時，股骨頸松質(zhì)骨超過屈服應力的節(jié)點比例未超過1％。骨質(zhì)疏松時，股骨金屬假體下松質(zhì)骨、股骨頸皮質(zhì)骨及松質(zhì)骨均有超過屈服應力的節(jié)點存在。2、不同程度的股骨頭缺血性壞死髖關(guān)節(jié)表面

6、置換后有限元分析結(jié)果：①股骨頭內(nèi)壞死后骨水泥填充區(qū)應力集中部位位于該區(qū)下部與骨松質(zhì)的交界處；股骨金屬假體下松質(zhì)骨、股骨頸皮質(zhì)骨、股骨頸松質(zhì)骨的應力集中部位位于股骨金屬假體-股骨骨質(zhì)交界處。②股骨頭內(nèi)壞死后骨水泥填充區(qū)的應力峰值點位置隨壞死程度的不同而不同；股骨金屬假體下松質(zhì)骨、股骨頸皮質(zhì)骨、股骨頸松質(zhì)骨的應力峰值點位置相對固定。③股骨頭內(nèi)壞死后骨水泥填充區(qū)的應力峰值隨壞死程度的增大而增大，股骨金屬假體下松質(zhì)骨、股骨頸皮質(zhì)骨、股骨頸松質(zhì)骨

7、的應力峰值隨壞死程度的增大而減?。还晒墙饘偌袤w下松質(zhì)骨、股骨頸皮質(zhì)骨的拉/壓應力峰值均未超過屈服拉/壓應力。④股骨頭缺血性壞死程度不影響中性層位置。⑤股骨頭缺血性壞死后，股骨金屬假體下松質(zhì)骨應力遮擋嚴重部位位于骨水泥-骨交界面，股骨頸皮質(zhì)骨、股骨頸松質(zhì)骨應力遮擋嚴重部位位于假體-骨交界面。⑥股骨近端殘余骨質(zhì)存在應力遮擋，且隨壞死程度的增加而呈增加趨勢，壞死深度≤25mm同時體積≤55％時及深度≥30mm同時體積≤30％時，應力遮擋率超過

8、30％的表面節(jié)點比例數(shù)增長幅度較小，且增長曲線平緩；但壞死深度≥30mm同時體積>30％時，曲線趨于陡峭，增長幅度明顯增大。
　　 結(jié)論：髖關(guān)節(jié)表面置換術(shù)后，股骨金屬假體-股骨交界處為骨折危險區(qū)，松質(zhì)骨內(nèi)存在明顯應力遮擋；骨量正常患者進行髖關(guān)節(jié)表面置換手術(shù)時，股骨金屬假體植入角度允許范圍為135°～145°，其中以140°最為合適，股骨金屬假體植入角度減小將增加股骨近端的骨折危險性；患者骨量減少時，仍可進行髖關(guān)節(jié)表面置換術(shù)，假體