髖關(guān)節(jié)表面置換骨水泥技術(shù)對(duì)股骨側(cè)應(yīng)力分布影響的有限元分析.pdf

1、髖關(guān)節(jié)表面置換(RSAH)是一種保留較多骨質(zhì),較完整地保持髖關(guān)節(jié)自然解剖形態(tài)和生物力學(xué)特性的術(shù)式,為翻修提供良好的基礎(chǔ),也為年輕和活動(dòng)需求較大的老年患者提供更好的選擇。RSAH骨水泥技術(shù)尚有爭(zhēng)議,其研究對(duì)提高假體生存率有重要意義。本研究采用有限元理論分析假體中央柄周圍不同厚度骨水泥固定對(duì)RSAH術(shù)后股骨近端應(yīng)力分布的影響,探索RSAH術(shù)中央柄最佳固定方式,為臨床改進(jìn)術(shù)式提供有效可行的建議。
　　 目的:建立金屬對(duì)金屬RSAH術(shù)后

2、三維有限元模型,為RSAH術(shù)骨水泥技術(shù)的生物力學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。分析假體中央柄周圍不同厚度骨水泥固定時(shí)股骨側(cè)應(yīng)力分布特點(diǎn)及變化規(guī)律,探討假體中央柄固定的最佳方式。
　　 研究方法:
　　 1.應(yīng)用MATLAB圖像處理軟件和ANSYS有限元分析軟件,建立常規(guī)術(shù)式下RSAH術(shù)后幾何模型,按不同結(jié)構(gòu)賦予相應(yīng)的材料特性,建立RSAH術(shù)后三維有限元模型。在該模型上模擬人體站立狀態(tài),設(shè)置邊界條件和加載條件,執(zhí)行計(jì)算。與臨床文獻(xiàn)進(jìn)行對(duì)照

3、,驗(yàn)證模型的有效性。
　　 2.在常規(guī)術(shù)式的RSAH術(shù)后模型基礎(chǔ)上,模擬假體中央柄以不同厚度骨水泥固定的情況,建立以厚度為0mm、1mm、2mm、3mm骨水泥固定假體中央柄的RSAH術(shù)后模型4個(gè),以及對(duì)比所需術(shù)前完整股骨模型1個(gè)。2分別對(duì)各個(gè)模型施加人體正常行走時(shí)的載荷,分析不同骨水泥厚度股骨近端應(yīng)力分布規(guī)律。
　　 3.對(duì)不同模型的不同結(jié)構(gòu)的有效應(yīng)力變化進(jìn)行分析,探討RSAH術(shù)后假體中央柄固定最佳方式。
　　

4、結(jié)果：
　　 1、利用正常人髖關(guān)節(jié)CT影像及48mm Conserve PlusRSAH假體,建立了RSAH術(shù)后正交各向異性三維有限元模型,共251815個(gè)節(jié)點(diǎn),178830個(gè)單元。計(jì)算結(jié)果RSAH術(shù)后股骨近端內(nèi)側(cè)受壓應(yīng)力,外側(cè)為拉應(yīng)力,整個(gè)模型存在中性層,其內(nèi)形變?yōu)榱恪Ｔ诠晒潜砻婕袤w邊沿水平及股骨頸區(qū)應(yīng)力明顯增大,最大應(yīng)力在股骨頸區(qū)(Ⅱ、Ⅴ區(qū)),股骨頸內(nèi)側(cè)大于外側(cè),股骨外側(cè)受拉應(yīng)力,內(nèi)側(cè)受壓應(yīng)力。
　　 2、當(dāng)骨水泥厚

5、度改變時(shí),股骨近端松質(zhì)骨應(yīng)力分布規(guī)律基本不變:每個(gè)模型最大應(yīng)力仍在股骨頸(Ⅱ、Ⅴ區(qū)),股骨頸內(nèi)側(cè)大于外側(cè),股骨外側(cè)受拉應(yīng)力,內(nèi)側(cè)受壓應(yīng)力。股骨頸區(qū)有效應(yīng)力超過松質(zhì)骨屈服應(yīng)力點(diǎn)總比例小于1％。
　　 3、不同水泥厚度模型間應(yīng)力分布只在股骨頸區(qū)(Ⅱ、Ⅴ區(qū))有明顯差異,當(dāng)水泥厚度由0mm增加到1mm及由2mm增加到3ram時(shí),股骨頸區(qū)有效應(yīng)力無明顯變化；當(dāng)水泥厚度由1mm增加到2mm時(shí),股骨頸區(qū)有效應(yīng)力有明顯減低。
　　 4、

6、水泥層厚相同時(shí),股骨頸內(nèi)側(cè)水平假體中央柄周圍松質(zhì)骨(3區(qū))有效應(yīng)力最大,股骨表面假體邊沿水平面以上,中央柄下方中央柄周圍松質(zhì)骨(1區(qū))有效應(yīng)力最小。
　　 5、骨水泥層厚不同時(shí),所有模型1、2、3、4、6區(qū)界面周圍松質(zhì)骨平均應(yīng)力均隨水泥層厚增大而減??；5區(qū)和7區(qū)界面周圍松質(zhì)骨平均應(yīng)力隨水泥層厚增大而增大。①骨水泥為0mm、1mm時(shí)所有區(qū)域應(yīng)力遮擋率較小,均小于引起骨吸收閾值(17％)；厚度為2mm、3mm時(shí)部分區(qū)域應(yīng)力遮擋率大于

7、17％。②1-6區(qū)有效應(yīng)力隨水泥層厚的增加無論是增大、減小還是變化規(guī)律不明顯,其應(yīng)力遮擋率均表現(xiàn)為隨層厚增加而增加。③當(dāng)水泥厚度由0mm增加到1mm時(shí),1-6區(qū)松質(zhì)骨界面周圍應(yīng)力遮擋率增加均不明顯；1-5區(qū)由1mm增加到2mm時(shí)應(yīng)力遮擋率有明顯增加；4區(qū)和6區(qū)當(dāng)水泥厚度由2mm增加到3mm時(shí)應(yīng)力遮擋率有明顯增加。
　　 6、骨水泥增厚,股骨近側(cè)皮質(zhì)骨有效應(yīng)力無明顯變化。
　　 7、骨水泥增厚,股骨近側(cè)壓應(yīng)力及拉應(yīng)力區(qū)分布