髖臼骨折術(shù)后股骨頭內(nèi)移對(duì)臼頂負(fù)重區(qū)應(yīng)力影響的有限元分析.pdf

1、目的：
　　（1）定義髖臼骨折術(shù)后股骨頭內(nèi)移指數(shù)的概念及測(cè)量方法。
　　（2）通過(guò)對(duì)髖臼內(nèi)側(cè)壁截骨建立不同股骨頭內(nèi)移位置下的髖關(guān)節(jié)有限元模型。
　?。?）應(yīng)用有限元分析方法研究髖臼骨折術(shù)后股骨頭內(nèi)移對(duì)臼頂負(fù)重區(qū)接觸應(yīng)力大小及分布的影響，為臨床醫(yī)師研究髖臼骨折術(shù)后患者髖關(guān)節(jié)生物力學(xué)變化提供參考依據(jù)，從而預(yù)測(cè)該變化與髖關(guān)節(jié)創(chuàng)傷性骨關(guān)節(jié)炎之間的相關(guān)性。
　　方法:
　?。?）對(duì)髖臼骨折術(shù)后患者進(jìn)行隨訪并收集病例資

2、料，篩選出存在不同程度股骨頭內(nèi)移的患者8例，均行骨盆正位X線片及骨盆CT平掃檢查，將所有患者骨盆CT平掃數(shù)據(jù)以DICOM格式導(dǎo)出存入光盤(pán)，并在Mimics軟件中重建骨盆三維模型。分別在骨盆平片和三維模型上測(cè)量股骨頭內(nèi)移指數(shù)，對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，比較兩組數(shù)據(jù)之間的差異有無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
　?。?）選擇一健康成年男性（33歲，70kg），提取骨盆CT掃描DICOM數(shù)據(jù)，通過(guò)Mimics17.0軟件構(gòu)建該志愿者左側(cè)髖關(guān)節(jié)三維仿真模型

3、，使用該軟件手術(shù)模擬版塊中截骨工具對(duì)髖臼內(nèi)側(cè)壁進(jìn)行截骨，并使股骨頭與所截內(nèi)側(cè)壁骨塊同步內(nèi)移，以2mm為移動(dòng)單位對(duì)不同股骨頭內(nèi)移位置下髖關(guān)節(jié)模型進(jìn)行分組，包括正常髖關(guān)節(jié)共7組。對(duì)模型進(jìn)行一系列處理，如軟骨再造、網(wǎng)格化、賦值等操作后，將模型導(dǎo)入有限元分析軟件ANSYS中進(jìn)行相關(guān)調(diào)整，設(shè)置髖關(guān)節(jié)面間接觸屬性后，建立不同股骨頭內(nèi)移位置下髖關(guān)節(jié)間力學(xué)分析的有限元模型。
　?。?）對(duì)所有模型施加相同的載荷并設(shè)定邊界條件，模擬單足站立位髖臼頂負(fù)

4、重區(qū)應(yīng)力分布情況，通過(guò)比較相同限制條件下股骨頭內(nèi)移后髖關(guān)節(jié)間接觸應(yīng)力的大小及分布變化情況，為臨床上分析股骨頭內(nèi)移與髖臼骨折術(shù)后創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎之間的相關(guān)性提供理論依據(jù)。
　　結(jié)果:
　　（1）應(yīng)用Mimics三維重建軟件基于多層螺旋CT和DICOM技術(shù)，建立骨盆及單側(cè)髖關(guān)節(jié)三維仿真模型，其幾何外形與真實(shí)解剖結(jié)構(gòu)相符，可用于進(jìn)一步研究。（2）對(duì)8例髖臼骨折術(shù)后患者骨盆正位X線片及三維重建模型的股骨頭內(nèi)移指數(shù)分別進(jìn)行測(cè)量，將兩組數(shù)據(jù)

5、進(jìn)行配對(duì)設(shè)計(jì)資料的t檢驗(yàn)，t值為2.522，P=0.046，P值小于0.05，兩組數(shù)據(jù)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。（3）可利用Mimics及其配套3-matic軟件對(duì)模型進(jìn)行軟骨再造、面網(wǎng)格、體網(wǎng)格化等操作，形成左側(cè)股骨節(jié)點(diǎn)117402個(gè)，四面體單元83714個(gè)；髖骨節(jié)點(diǎn)218557個(gè)，四面體單元數(shù)為152197個(gè)，根據(jù)灰度值對(duì)軟骨之外的模型進(jìn)行賦值并存儲(chǔ)為可導(dǎo)入有限元分析軟件的格式。（4）在ANSYS有限元分析軟件中計(jì)算七組髖關(guān)節(jié)模型臼頂負(fù)重區(qū)應(yīng)力

6、分布，得到相應(yīng)的受力云圖；單腿站立時(shí)正常髖關(guān)節(jié)臼頂負(fù)重區(qū)應(yīng)力峰值為3.01MPa，隨著股骨頭內(nèi)移，髖關(guān)節(jié)臼頂負(fù)重區(qū)與股骨頭接觸區(qū)域出現(xiàn)應(yīng)力集中，且最高峰值可達(dá)16.47MPa，尤其當(dāng)股骨頭內(nèi)移大于6mm時(shí)應(yīng)力峰值超過(guò)正常承受范圍。
　　結(jié)論：
　?。?）標(biāo)準(zhǔn)骨盆正位X線片上股骨頭內(nèi)移指數(shù)的測(cè)量有一定提示意義，但由于受檢者體位、骨折等因素影響很難獲得絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)骨盆正位 X片，而骨盆三維重建模型可任意調(diào)整骨盆位置，測(cè)得結(jié)果可靠性更

7、高。
　?。?）基于骨盆 CT數(shù)據(jù)，通過(guò)三維重建及有限元分析軟件，準(zhǔn)確構(gòu)建出帶有關(guān)節(jié)軟骨的正常髖關(guān)節(jié)和不同股骨頭內(nèi)移位置下的髖關(guān)節(jié)三維有限元力學(xué)分析模型。
　?。?）股骨頭內(nèi)移后髖關(guān)節(jié)力學(xué)環(huán)境發(fā)生改變，隨著股骨頭內(nèi)移臼頂負(fù)重區(qū)應(yīng)力集中區(qū)增大，應(yīng)力峰值增高，這可能是促進(jìn)髖臼骨折術(shù)后創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎發(fā)生的因素之一。
　?。?）髖臼骨折時(shí)，在解剖復(fù)位髖臼頂負(fù)重區(qū)的前提下，應(yīng)盡量復(fù)位并堅(jiān)強(qiáng)固定內(nèi)側(cè)壁骨塊，對(duì)髖臼骨折術(shù)后股骨頭位置的