股骨頭骨缺損對HRA術(shù)后股骨上段受力的影響.pdf

1、目的：本研究用有限元分析的方法模擬全髖關(guān)節(jié)表面置換術(shù)并用骨水泥填充骨缺損，探討不同骨缺損大小對股骨上段應力分布的影響，評估術(shù)后股骨頸骨折發(fā)生危險性以及股骨頭應力遮擋，為掌握合理的手術(shù)指征提供依據(jù)。 材料與方法： (1)對一具中年男性尸體的髖關(guān)節(jié)(生前無腰椎及髖關(guān)節(jié)疾病)進行螺旋CT掃描，圖像用DICOM格式保存刻光盤，轉(zhuǎn)入個人電腦用MIMICS8.1軟件進行圖像后處理，提取松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨邊界信息重建股骨上段和髖臼的三維幾

2、何模型，簡單修整后導入ABAQUS6.6有限元分析軟件； (2)測量全髖關(guān)節(jié)表面置換假體的幾何長度及相關(guān)角度，由CAD軟件建立其三維模型，導入ABAQUS； (3)建立骨缺損范圍占股骨頭體積0％、25％、50％的三個模型，壞死區(qū)以骨水泥填充替代。裝配假體，裝配后的模型在ABAQUS6.6中劃分網(wǎng)格，賦以不同的材料屬性生成有限元模型； (4)對模型施加1372N即2倍體重的垂直載荷，采用非線性有限元方法分析股骨上段

3、應力分布。 結(jié)果： 1.構(gòu)建了三維結(jié)構(gòu)光滑逼真的成人健康髖關(guān)節(jié)模型，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建股骨頭骨缺損范圍占股骨頭體積分別為0％(健康股骨頭)、25％、50％三個有限元模型并模擬全髖關(guān)節(jié)表面置換術(shù)安裝假體，骨缺損以骨水泥填充。 2.健康髖關(guān)節(jié)行全髖關(guān)節(jié)表面置換術(shù)后，在1372N即2倍體重的垂直負荷下，股骨頸內(nèi)側(cè)皮質(zhì)骨存在2個相互靠近的壓應力集中區(qū)(定義為A區(qū)及B區(qū))，峰值壓應力各為7.53MPa及6.83MPa；股骨頸外

4、側(cè)皮質(zhì)骨(C區(qū))及股骨頸與假體界面的外側(cè)緣(D區(qū))則存在拉應力集中區(qū)，峰值拉應力各為-3.56MPa及-6.19MPa。 3.25％骨缺損模型上述四個應力集中區(qū)的峰值應力分別為7.25MPa，6.88MPa，-3.44MPa及-6.27MPa；50％骨缺損模型四個應力集中區(qū)的峰值應力分別為7.54MPa，6.83MPa，-3.05MPa及-6.18MPa。 4.股骨頸內(nèi)部松質(zhì)骨在股骨頭假體短柄下段周圍可見中等應力集中區(qū)，

5、其余區(qū)域及整個股骨頭松質(zhì)骨則為低應力分布，有明顯的應力遮擋效應。 結(jié)論： 1.本研究基于薄層螺旋CT掃描數(shù)據(jù)生成的幾何模型外形逼真，光滑連續(xù)，能客觀準確地描述皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的空間結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上生成的FEA模型能較準確的模擬全髖關(guān)節(jié)表面置換術(shù)后的應力分布。 2.全髖關(guān)節(jié)表面置換術(shù)用骨水泥填充缺損后，股骨頸和股骨上段皮質(zhì)骨的生物力學大體符合生理分布；股骨頸處存在明顯的應力集中，有術(shù)后早期骨折的危險；股骨上段皮質(zhì)骨的

6、應力分布特征不隨骨缺損范圍增大而出現(xiàn)顯著改變。 3.盡管骨缺損范圍達到股骨頭體積的50％時，股骨上段皮質(zhì)骨的應力分布仍基本符合生理分布，但大面積骨缺損可能累及股骨頸，客觀上增加了股骨頸骨折的危險性，故大范圍骨缺損選擇表面置換術(shù)應當慎重。 4.股骨頭及股骨頸內(nèi)部松質(zhì)骨存在明顯的應力遮擋效應，術(shù)后骨改建可能導致此處骨質(zhì)疏松以致假體松動失敗。 5.有限元分析方法和實物標本的生物力學測試方法各有優(yōu)缺點，應該相互結(jié)合，以彌