股骨頭骨壞死范圍對髖關節(jié)表面置換術后股骨近端力學分布的影響.pdf

1、目前，股骨頭骨壞死(ONFH)晚期行髖關節(jié)置換術是唯一徹底有效的治療方法，然而對于中青年ONFH患者，全髖關節(jié)置術(THA)亦存在比較明顯的缺陷：假體的使用壽命相對不足，一旦失敗二次手術的選擇局限、手術難度大、并發(fā)癥增加等。對于這一問題，全髖關節(jié)表面置換(HRA)有獨特的優(yōu)勢，能夠保存股骨近端骨量、容易翻修，增加關節(jié)穩(wěn)定性、術后活動范圍大、功能佳等，為中青年ONFH患者提供了更好的選擇；目前HRA主要作為需要最終行THA的一種有效的過渡

2、性手術。臨床應用后的隨訪顯示股骨頸骨折與股骨假體松動是其失敗的主要原因。盡管目前對于失敗的機制已有不少研究報道，但對ONFH患者頭部負重區(qū)出現(xiàn)骨壞死缺損時，缺損程度對于假體松動或骨折影響的研究尚未見報道；本試驗應用有限元分析的方法，模擬不同程度的股骨頭骨壞死行髖關節(jié)表面置換的情形，對股骨頭部負重區(qū)不同程度的骨缺損對術后股骨近端應力分布的影響進行研究探討。 目的: 觀察股骨頭負重區(qū)不同程度的骨壞死缺損對表面置換后股骨頸、骨

3、水泥界面、頭頸交界以及頭內(nèi)部骨質(zhì)中的與假體松動或骨折相關的應力分布的影響，為臨床治療提供依據(jù)。 材料和方法: 一、計算機三維模型的建立：應用制圖設備與軟件分別建立股骨近段模型，表面假體模型，骨水泥殼模型，不同的骨缺損區(qū)模型，股骨頭部完整的表面置換模型和負重區(qū)有不同程度骨缺損的表面置換模型。 二、有限元模型的建立與力學分析：應用有限元分析軟件，模擬單腿負重時的情形對各置換模型(完整模型、骨缺損/壞死骨模型、骨缺損/

4、填充骨水泥模型)進行受力分析，觀察不同程度(壞死角度分別為60°、80°、100°、120°和140°)的骨缺損對股骨頸、水泥界面和股骨頭頸交界處骨質(zhì)中應力分布的影響。 結果: 一、建立了股骨頭部完整的表面置換模型和負重區(qū)有不同程度骨缺損的表面置換后股骨近段的有限元模型。 二、表面假體植入后股骨近端整體的應力分布 表面假體植入后，股骨近端的Von Mises等效應力峰值集中于股骨頸的上下方；不管負重區(qū)是否

5、有骨缺損，所有模型股骨頸上下方的應力峰值最大差值僅為2.7％，骨缺損對股骨頸部的應力分布影響微??；假體下負重區(qū)骨質(zhì)內(nèi)的應力為2.88～16.4 KPa，僅約為遠側部分的1/10～1/100，股骨頭近端發(fā)生明顯的應力遮擋；負荷基本上由假體，水泥，經(jīng)股骨頭遠側部分，傳至股骨頸。 三、表面假體植入后股骨頭、頸部的應力分布 表面假體植入后，骨水泥界面中的應力主要集中于外上緣、頂端與內(nèi)上區(qū)；假體下骨質(zhì)中的應力主要集中在股骨頭遠側部

6、分和中央槽周圍，尤以股骨頭頸交界外上緣明顯；負重區(qū)的骨缺損明顯的影響了與假體松動或骨折相關的水泥界面和頭頸交界處的應力分布。 骨缺損區(qū)為壞死骨時，隨著壞死角度的增加，骨水泥殼和頭頸交界處骨質(zhì)中的Von Mises等效應力峰值明顯增大。 與無缺損模型相比，水泥殼外上緣的等效應力峰值增幅分別為22.3％(壞死角為120°時)和27.3％(壞死角為140°時)；內(nèi)下緣的應力峰值增幅分別達28.7％、45.2％、77.4％(壞死

7、角分別為100°、120°、140°時)；內(nèi)上區(qū)的應力峰值增幅分別為20％和27.2％(壞死角分別為120°和140°時)。 頭頸交界外上緣骨質(zhì)內(nèi)的等效應力峰值增幅分別為13.2％、28.3％和53.3％(壞死角分別為100°、120°和140°時)，壞死角度≤80°時，增幅僅為4.6％和7.2％。 缺損區(qū)填充骨水泥時，隨著壞死角度的增加，主要應力集中區(qū)的VonMises等效應力峰值逐漸減小或增加不明顯。 整體上

8、，壞死角度≤80°時，骨水泥界面和股骨頭頸交界骨質(zhì)中的VonMises等效應力峰值變化不明顯；壞死角度≥80°時，應力集中區(qū)的應力峰值變化明顯。 結論: 一、髖關節(jié)表面置換改變了正常股骨頭內(nèi)的負荷傳遞和應力分布，導致股骨頭近端出現(xiàn)明顯的應力遮擋。 二、負重區(qū)不同程度的骨缺損將影響與假體松動骨折相關的水泥界面和頭頸交界處的應力分布，當壞死角度≤80°時，骨水泥界面和頭頸交界處骨質(zhì)中的Von Mises等效應力峰值變

9、化較小，而當壞死角度≥100°時，應力峰值變化明顯。 三、假體下骨質(zhì)內(nèi)的應力明顯降低，出現(xiàn)不同程度的應力遮擋，這可能有利于壞死骨質(zhì)的修復；此時允許股骨頭負重區(qū)出現(xiàn)小的骨缺損(壞死角度≤80°)，并且此時保留壞死骨質(zhì)或清除以骨水泥填充，對股骨近端的應力分布無明顯影響； 四、壞死角度≥100°的骨壞死缺損，骨水泥界面和股骨頭頸交界骨質(zhì)中的應力明顯增加，可能是導致股骨頸骨折或假體松動的原因之一，這時將壞死骨質(zhì)完全刮除，填充以骨