生物型股骨頭置換術(shù)后股骨近端受力變化的有限元分析.pdf

1、背景：當(dāng)今社會(huì)對(duì)于中老年人的股骨頸骨折的治療方法呈現(xiàn)多樣化，其中股骨頭置換術(shù)針對(duì)患者術(shù)前并發(fā)癥多、耐受手術(shù)能力差以及骨質(zhì)疏松等問題有著較為對(duì)癥的療效。但是在術(shù)后康復(fù)的過程中，隨著時(shí)間的進(jìn)展，隨之而來的術(shù)后并發(fā)癥也呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，尤其是因假體的應(yīng)力遮擋而導(dǎo)致的骨量丟失、假體松動(dòng)等，甚至最終造成手術(shù)失敗。因此，對(duì)于股骨頭置換術(shù)后應(yīng)力分析的研究，將成為改良優(yōu)化假體、避免術(shù)后松動(dòng)的解決方案之一。
　　目的:應(yīng)用有限元分析對(duì)中老年人模擬進(jìn)行

2、生物型股骨頭置換術(shù)，對(duì)已經(jīng)置入假體的股骨近端與中老年人正常的股骨近端進(jìn)行受力比較，分析術(shù)后髖關(guān)節(jié)較正常髖關(guān)節(jié)是否有較大的應(yīng)力變化，是否會(huì)造成術(shù)后在康復(fù)過程中引起假體無(wú)菌性松動(dòng)而導(dǎo)致手術(shù)失敗。為臨床上中老年人股骨頸骨折手術(shù)方式的選擇以及人工假體的改良提供參考和指導(dǎo)。
　　方法：首先通過薄層CT掃描1名正常中老年人股骨近端數(shù)據(jù)，得到連續(xù)的CT斷層圖片，利用三維重構(gòu)軟件Mimics重構(gòu)出正常股骨頭三維模型。再選定好生物型假體的型號(hào)，以及

3、根據(jù)假體參數(shù)利用三維重構(gòu)軟件Mimics重構(gòu)較精確的假體三維模型。根據(jù)重構(gòu)的股骨近端模型和重建的假體模型，導(dǎo)出點(diǎn)云格式到Solidworks軟件中，按照正規(guī)骨科手術(shù)要求以及操作方式將假體模型裝配至股骨，再導(dǎo)入Ansys軟件中，賦予不同的才料屬性、邊界條件。利用ANSYS v12.1軟件分析數(shù)據(jù)，分別對(duì)正常股骨近端和植入假體后的股骨近端模擬正常人單足站立時(shí)所對(duì)應(yīng)的髖關(guān)節(jié)承受的力進(jìn)行加載負(fù)荷，應(yīng)用ANSYS v12.1軟件考察正常股骨近端與

4、術(shù)后股骨近端的應(yīng)力分布、應(yīng)變及位移，進(jìn)行比較。
　　結(jié)果:股骨安裝假體后的模型與正常的股骨近端模型加載負(fù)荷后相比較，應(yīng)力、位移及應(yīng)力的范圍都發(fā)生了較大的變化。置換后的模型降低了股骨近端假體周圍骨質(zhì)應(yīng)力水平，尤其以大轉(zhuǎn)子和小轉(zhuǎn)子及二者下方的股骨最明顯，產(chǎn)生了應(yīng)力遮擋。在正常股骨近端中應(yīng)力最小的位置在小轉(zhuǎn)子和大轉(zhuǎn)子的部位，最小值范圍為0.013772MPa~0.035798MPa，而與置換后股骨近端相比，后者的應(yīng)力最小位置范圍更大，說

5、明因人工假體承擔(dān)更多的負(fù)荷，使得其周圍骨質(zhì)所受負(fù)荷明顯減小，產(chǎn)生了應(yīng)力遮擋。同理可見，在正常股骨近端的應(yīng)力最大部位，最大值范圍是28.706MPa~74.617MPa，但在同一位置的置換后股骨近端模型上應(yīng)力值卻明顯降低，應(yīng)力值的范圍為17.389MPa~52.743MPa。
　　結(jié)論:通過有限元分析軟件重建出來的正常中老年人股骨近端和安裝人工股骨頭假體后的股骨近端具有較高度的仿真性，二者相比較后，分析出股骨頭置換術(shù)后的股骨近端應(yīng)力