骨生物力學)不同股骨假體植入角度的髖關節(jié)表面置換術后股骨近端力學的有限元研究課件

1、骨生物力學)不同股骨假體植入角 度的髖關節(jié)表面置換術后股骨近端 力學的有限元研究 1 不同股骨假體植入角度的髖關節(jié)表面置 換術后股骨近端力學的有限元研究 王特 141002038 骨生物力學)不同股骨假體植入角 度的髖關節(jié)表面置換術后股骨近端 力學的有限元研究 2 一、髖關節(jié)及股骨近端解剖結構 骨生物力學)不同股骨假體植入角 度的髖關節(jié)表面置換術后股骨近端 力學的有限元研究 3 髖關節(jié)組成 v 髖關節(jié)是多軸性球窩狀關節(jié)，由股骨的股骨頭和髖 骨的髖臼兩部分組成，其中心位于腹股溝韌帶中1/3 稍下，關節(jié)面相互成曲面狀，但大小不等，也不完 全適應，只在完全伸展并輕度外展及內旋時緊密對 合，年幼時其表

2、面更似卵圓形，隨年齡增長而變成 球形。 骨生物力學)不同股骨假體植入角 度的髖關節(jié)表面置換術后股骨近端 力學的有限元研究 4 髖關節(jié)（已打開關節(jié)囊） 骨生物力學)不同股骨假體植入角 度的髖關節(jié)表面置換術后股骨近端 力學的有限元研究 5 髖關節(jié)冠狀切面 骨生物力學)不同股骨假體植入角 度的髖關節(jié)表面置換術后股骨近端 力學的有限元研究 6 髖關節(jié)后面觀 骨生物力學)不同股骨假體植入角 度的髖關節(jié)表面置換術后股骨近端 力學的有限元研究 7 髖關節(jié)在結構上形成了以下幾個特征： 髖臼周邊有軟性髖臼唇使之加寬加深，并 超出半圓； 股骨頭成球形，與髖臼相匹配； 股骨頭凹處有圓韌帶與髖臼相連，內有血 管可為股

3、骨頭提供營養(yǎng)； 股骨頸狹長，與股骨干成角度，具有力學 意義及增加髖的活動范圍； 周圍有緊張而強大的韌帶保護；關節(jié)囊厚 而堅韌，后下壁薄弱，易脫位。 周圍有豐富的肌肉覆蓋； 骨生物力學)不同股骨假體植入角 度的髖關節(jié)表面置換術后股骨近端 力學的有限元研究 8 二、髖關節(jié)表面置換術后股骨 近端力學的有限元研究 骨生物力學)不同股骨假體植入角 度的髖關節(jié)表面置換術后股骨近端 力學的有限元研究 9 目的：探討不同股骨假體植入角度對髖關 節(jié)表面置換術后股骨近端力學變化的影響， 為臨床髖關節(jié)表面置換術股骨假體植入角 度選擇提供生物力學依據。 骨生物力學)不同股骨假體植入角 度的髖關節(jié)表面置換術后股骨近端

4、力學的有限元研究 10 （一）股骨頸骨折是髖關節(jié)表面置換RSAH最 常見的并發(fā)癥。 （二）有研究表明術后早期的骨折與置換手術 中股骨假體的植入角度不同所致的生物力學變 化有關。 骨生物力學)不同股骨假體植入角 度的髖關節(jié)表面置換術后股骨近端 力學的有限元研究 11 方法：選取1 例年輕健康男性， 年齡32 歲， 行雙髖關節(jié)CT 檢查。并應用MATLAB 軟件 處理，繪制一側股骨近段邊界三維坐標； 將三維坐標按ANSYS 文件格式編寫為 ANSYS程序文件建立一側股骨近段幾何模 型。 依次建立股骨假體植入角度分別為 120、125、130、135、140、 145的模型。 骨生物力學)不同股骨假

5、體植入角 度的髖關節(jié)表面置換術后股骨近端 力學的有限元研究 12 固定股骨遠端，根據志 愿者實際體質量（BW 為70 kg），對各模型均 施加2.38 倍體質量（相 當于70 kg 體質量病人 緩步行走所受載荷）的 載荷，施加部位為髖臼 假體外表面上方，同時 股骨大轉子處施加1.04 倍體質量的外展肌拉力 的載荷。 骨生物力學)不同股骨假體植入角 度的髖關節(jié)表面置換術后股骨近端 力學的有限元研究 13 不同柄桿角度 RSAH 術后模型觀察指標： 首先獲得不同模型有效應力云圖，觀 察應力峰值點部位，并記錄股骨假體下松 質骨區(qū)、股骨頸皮質骨區(qū)、股骨頸松質骨 區(qū)的有效應力峰值。 骨生物力學)不同股骨

6、假體植入角 度的髖關節(jié)表面置換術后股骨近端 力學的有限元研究 14 假體植入角度130股骨假體及股骨近段有效應力圖 骨生物力學)不同股骨假體植入角 度的髖關節(jié)表面置換術后股骨近端 力學的有限元研究 15 假體植入角度 145股骨金屬假體下松質骨有效應力圖 骨生物力學)不同股骨假體植入角 度的髖關節(jié)表面置換術后股骨近端 力學的有限元研究 16 無論假體植入角度如何，RSAH 術后殘存股 骨的應力集中區(qū)位于假體-股骨交界區(qū)。應 力峰值點的位置與角度無關， 均位于假體- 股骨內側交界區(qū)； 骨生物力學)不同股骨假體植入角 度的髖關節(jié)表面置換術后股骨近端 力學的有限元研究 17 不同假體植入角度股骨頭頸

7、松質骨有效應力峰值圖。 HS_V_Max 為假體下松質骨有效應力峰值； NS_V_Max 為股骨頸松質骨有效應力峰值； 骨生物力學)不同股骨假體植入角 度的髖關節(jié)表面置換術后股骨近端 力學的有限元研究 18 不同假體植入角度股骨頸皮質骨的有效 應力峰值圖 骨生物力學)不同股骨假體植入角 度的髖關節(jié)表面置換術后股骨近端 力學的有限元研究 19 各區(qū)的有效應力峰值均隨角度的增大 而減小， 且135145時應力峰 值變化曲線較緩和。 骨生物力學)不同股骨假體植入角 度的髖關節(jié)表面置換術后股骨近端 力學的有限元研究 20 討論：（一） 正常股骨頭主要承受應力，而且皮質骨 承受的應力要高于松質骨，其應力

8、分布表現為負 重區(qū)應力分布最大， 負重區(qū)以外的區(qū)域應力分 布相同。 RSAH 術后，由于金屬假體的植入致使股 骨頭皮質骨缺失，為假體金屬帽所代替，股骨頭 松質骨內亦有金屬中央桿的植入。這無疑改變了 股骨頭的承力和傳導力的方式，股骨頭內絕大多 數應力為假體所承擔，松質骨僅承擔很少部分。 骨生物力學)不同股骨假體植入角 度的髖關節(jié)表面置換術后股骨近端 力學的有限元研究 21 股骨頭的應力也經由假體及假體中央桿向遠處 傳遞。對于股骨頸而言亦是如此，應力主要由金屬 假體中央桿來承擔和傳遞，其次由股骨頸皮質骨傳 遞。本研究也證實股骨頸皮質骨所承受的應力要遠 高于股骨頸松質骨、股骨假體下松質骨所承受應力。

9、 骨生物力學)不同股骨假體植入角 度的髖關節(jié)表面置換術后股骨近端 力學的有限元研究 22 （二）本研究顯示，無論假體植入的角度 如何，其骨折的危險層面均為股骨-假體交 界面，即股骨頸處。這與資料報道中常見 的髖關節(jié)表面置換術后股骨頸骨折發(fā)生部 位一致 骨生物力學)不同股骨假體植入角 度的髖關節(jié)表面置換術后股骨近端 力學的有限元研究 23 本研究表明，隨著假體植入角120至 145的逐漸外翻放置，假體下松質骨有效 應力峰值呈現逐漸減少的趨勢，135 145有效應力峰值變化幅度不大，對于股 骨頸皮質骨及松質骨的應力變化趨勢亦是如 此。因此，可以認為135145假體 外翻植入對股骨頭及股骨頸骨質均具有保護 作用。 骨生物力學)不同股骨假體植入角 度的髖關節(jié)表面置換術后股骨近端 力學的有限元研究 24 本研究結果是基于病人骨質正常，不存在 股骨頸切跡、松質骨外露等其他骨折危險 因素的條件下，