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

1、不同股骨假體植入角度的髖關(guān)節(jié)表面置換術(shù)后股骨近端力學(xué)的有限元研究王特141002038第1頁，共25頁。一、髖關(guān)節(jié)及股骨近端解剖結(jié)構(gòu)第2頁，共25頁。髖關(guān)節(jié)組成 髖關(guān)節(jié)是多軸性球窩狀關(guān)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(guān)節(jié)面相互成曲面狀，但大小不等，也不完全適應(yīng)，只在完全伸展并輕度外展及內(nèi)旋時緊密對合，年幼時其表面更似卵圓形，隨年齡增長而變成球形。第3頁，共25頁。髖關(guān)節(jié)（已打開關(guān)節(jié)囊）第4頁，共25頁。髖關(guān)節(jié)冠狀切面第5頁，共25頁。髖關(guān)節(jié)后面觀第6頁，共25頁。髖關(guān)節(jié)在結(jié)構(gòu)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

2、球形，與髖臼相匹配；股骨頭凹處有圓韌帶與髖臼相連，內(nèi)有血管可為股骨頭提供營養(yǎng)；股骨頸狹長，與股骨干成角度，具有力學(xué)意義及增加髖的活動范圍；周圍有緊張而強(qiáng)大的韌帶保護(hù)；關(guān)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；第7頁，共25頁。二、髖關(guān)節(jié)表面置換術(shù)后股骨近端力學(xué)的有限元研究第8頁，共25頁。目的：探討不同股骨假體植入角度對髖關(guān)節(jié)表面置換術(shù)后股骨近端力學(xué)變化的影響， 為臨床髖關(guān)節(jié)表面置換術(shù)股骨假體植入角度選擇提供生物力學(xué)依據(jù)。第9頁，共25頁。（一）股骨頸骨折是髖關(guān)節(jié)表面置換RSAH最常見的并發(fā)癥。（二）有研究表明術(shù)后早期的骨折與置換手術(shù)中股骨假體的植入角度不同所致的生物力學(xué)變化有

3、關(guān)。第10頁，共25頁。方法：選取1 例年輕健康男性， 年齡32 歲， 行雙髖關(guān)節(jié)CT 檢查。并應(yīng)用MATLAB 軟件處理，繪制一側(cè)股骨近段邊界三維坐標(biāo)； 將三維坐標(biāo)按ANSYS 文件格式編寫為ANSYS程序文件建立一側(cè)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。第11頁，共25頁。固定股骨遠(yuǎn)端，根據(jù)志愿者實際體質(zhì)量（BW 為70 kg），對各模型均施加2.38 倍體質(zhì)量（相當(dāng)于70 kg 體質(zhì)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(zhuǎn)子處施加1.04 倍體質(zhì)量的外展肌拉力的載荷。第12頁，共25頁。不同

4、柄桿角度 RSAH 術(shù)后模型觀察指標(biāo)：首先獲得不同模型有效應(yīng)力云圖，觀察應(yīng)力峰值點(diǎn)部位，并記錄股骨假體下松質(zhì)骨區(qū)、股骨頸皮質(zhì)骨區(qū)、股骨頸松質(zhì)骨區(qū)的有效應(yīng)力峰值。第13頁，共25頁。假體植入角度130股骨假體及股骨近段有效應(yīng)力圖第14頁，共25頁。假體植入角度 145股骨金屬假體下松質(zhì)骨有效應(yīng)力圖第15頁，共25頁。無論假體植入角度如何，RSAH 術(shù)后殘存股骨的應(yīng)力集中區(qū)位于假體-股骨交界區(qū)。應(yīng)力峰值點(diǎn)的位置與角度無關(guān)， 均位于假體-股骨內(nèi)側(cè)交界區(qū)；第16頁，共25頁。不同假體植入角度股骨頭頸松質(zhì)骨有效應(yīng)力峰值圖。HS_V_Max 為假體下松質(zhì)骨有效應(yīng)力峰值；NS_V_Max 為股骨頸松質(zhì)骨有效

5、應(yīng)力峰值；第17頁，共25頁。不同假體植入角度股骨頸皮質(zhì)骨的有效應(yīng)力峰值圖第18頁，共25頁。各區(qū)的有效應(yīng)力峰值均隨角度的增大而減小， 且135145時應(yīng)力峰值變化曲線較緩和。第19頁，共25頁。討論：（一） 正常股骨頭主要承受應(yīng)力，而且皮質(zhì)骨承受的應(yīng)力要高于松質(zhì)骨，其應(yīng)力分布表現(xiàn)為負(fù)重區(qū)應(yīng)力分布最大， 負(fù)重區(qū)以外的區(qū)域應(yīng)力分布相同。 RSAH 術(shù)后，由于金屬假體的植入致使股骨頭皮質(zhì)骨缺失，為假體金屬帽所代替，股骨頭松質(zhì)骨內(nèi)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(dǎo)力的方式，股骨頭內(nèi)絕大多數(shù)應(yīng)力為假體所承擔(dān)，松質(zhì)骨僅承擔(dān)很少部分。第20頁，共25頁。 股骨頭的應(yīng)力也經(jīng)由假體及假體中央

6、桿向遠(yuǎn)處傳遞。對于股骨頸而言亦是如此，應(yīng)力主要由金屬假體中央桿來承擔(dān)和傳遞，其次由股骨頸皮質(zhì)骨傳遞。本研究也證實股骨頸皮質(zhì)骨所承受的應(yīng)力要遠(yuǎn)高于股骨頸松質(zhì)骨、股骨假體下松質(zhì)骨所承受應(yīng)力。第21頁，共25頁。（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(guān)節(jié)表面置換術(shù)后股骨頸骨折發(fā)生部位一致第22頁，共25頁。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(zhì)骨有效應(yīng)力峰值呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢，135145有效應(yīng)力峰值變化幅度不大，對于股骨頸皮質(zhì)骨及松質(zhì)骨的應(yīng)力變化趨勢亦是如此。因此，可以認(rèn)為135145假體外翻植入對股骨頭及股骨頸骨質(zhì)均具有保護(hù)作用。第23頁，共25頁。本研究結(jié)果是基于病人骨質(zhì)正常，不存在股骨頸切跡、松質(zhì)骨外露等其他骨折危險因素的條件下，因此從生物力學(xué)角度來說，如果病人骨