股骨頸骨折移位程度的三維重建研究及前傾角改變的有限元分析.pdf

1、目的:(1)建立正常成人雙側(cè)股骨近端的三維模型，分析雙側(cè)股骨近端形態(tài)并測量解剖形態(tài)的相關(guān)參數(shù)，研究雙側(cè)股骨近端的對稱性及解剖形態(tài)。(2)通過對股骨頸骨折的三維重建及空間移位參數(shù)的測量，對股骨頸骨折空間移位重新認識，指出當(dāng)今廣泛應(yīng)用的股骨頸骨折Garden分型的不足，重新認識股骨頸骨折。(3)應(yīng)用有限元方法研究股骨頸骨折空心螺釘內(nèi)固定術(shù)后不同前傾角對股骨近端應(yīng)力、應(yīng)變分布和力學(xué)性能分布的影響。
　　 方法:(1)選取50例正常成人

2、雙側(cè)股骨近端CT掃描數(shù)據(jù)，將雙側(cè)股骨近端CT薄掃數(shù)據(jù)利用Mimics10.01軟件進行三維重建，將左側(cè)股骨與右側(cè)股骨鏡像模型相配準，對配準后模型進行三維測量，并測量左右股骨近端的形態(tài)參數(shù)，對測量結(jié)果進行統(tǒng)計分析。(2)按時間順序從2010年1月至2011年11月收治的股骨頸骨折患者中選取GardenⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型骨折各40例，其中GardenⅠ型組包括嵌插型骨折34例和不完全骨折6例。所有患者雙側(cè)股骨近端行CT掃描并將薄掃原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入

3、相關(guān)軟件進行三維重建，將健側(cè)模型與骨折側(cè)鏡像模型相配準，在配準后的兩個模型上進行關(guān)鍵點的標記并行空間移位參數(shù)測量，對四組患者股骨頭空間移位參數(shù)進行統(tǒng)計分析。將三維重建模型與X線片影像學(xué)表現(xiàn)相對比，充分認識X線片影像學(xué)表現(xiàn)的局限性。(3)采用16層螺旋CT掃描正常成人髖關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)，基于三維重建軟件和CAD軟件，分別建立Pauwells角為70°的股骨頸骨折空心螺釘內(nèi)固定術(shù)后前傾角為0°、5°、10°、15°、20°的股骨近端三維有限元分析模

4、型，對所有模型施加人體緩慢行走時的載荷和約束，觀察不同模型間股骨近端結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布的變化。
　　 結(jié)果:(1)股骨近端形態(tài)和髓腔內(nèi)部結(jié)構(gòu)有明顯的個體差異性，雙側(cè)股骨近端形態(tài)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有高度對稱性。股骨頭直徑為(45.71±4.08) mm、股骨頭高度為(53.61±5.43) mm、偏心距為(39.91±5.07) mm、股骨頸中央直徑為(36.71±3.75) mm、頸干角為(127.88±6.28)°、股骨頸長度(46.61

5、±4.74) mm、小粗隆中點所在平面的髓腔內(nèi)徑為(26.21±4.59) mm，其中偏心距、頸干角與白種人形態(tài)參數(shù)相比有顯著性差異(P＜0.01);本研究提供了一種驗證雙側(cè)股骨對稱性的新方法。(2) GardenⅠ型組中嵌插型骨折平均股骨頭空間移位角度18.06°±10.77°，30％(10/34)嵌插型骨折空間移位角度＞20°，6例不完全骨折通過三維重建發(fā)現(xiàn)僅3例為不完全骨折。GardenⅡ型組股骨頭空間移位角度16.79°±9.9

6、8°，大部分骨折斷端存在一定程度的空間移位。GardenⅢ型組、GardenⅣ型組股骨頭中心空間移位距離分別為14.36±5.61 mm、18.77±5.45mm。GardenⅠ型中嵌插型骨折組與Ⅱ型組之間股骨頭空間移位角度、股骨頭凹最深點移位距離、股骨頭中心移位距離差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)。GardenⅢ型組股骨頭空間移位參數(shù)與無移位型兩組相比較，差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)。GardenⅣ型組股骨頭空間移位參數(shù)與其

7、他三組相比較，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)。(3)當(dāng)前傾角未改變時（10°模型），股骨所受應(yīng)力、產(chǎn)生的位移及發(fā)生的等效應(yīng)變最小，股骨近端最大應(yīng)力值為0.17 E+7，產(chǎn)生的位移為1.1mm。隨著前傾角的增大或減小，股骨近端所承受的有效應(yīng)力及產(chǎn)生位移呈逐漸增大趨勢。當(dāng)前傾角為20°時，股骨近端及螺釘所受應(yīng)力最大;當(dāng)前傾角為0°時，股骨近端產(chǎn)生的位移及發(fā)生的等效應(yīng)變值最大。股骨近端應(yīng)力集中的部位由股骨距區(qū)域轉(zhuǎn)移至頭頸交界處的外上方。三

8、枚空心螺釘承受的應(yīng)力較周圍骨組織高，最下方螺釘承受的應(yīng)力較上方兩枚螺釘明顯增高。
　　 結(jié)論:(1)正常成人雙側(cè)股骨內(nèi)外部形態(tài)存在一定的對稱性，變異較小;三維重建更利于對股骨近端形態(tài)參數(shù)的測量;(2)不完全股骨頸骨折發(fā)生率極低，大部分嵌插型骨折存在一定程度的空間移位，將其歸類為穩(wěn)定型、無移位型骨折存在一定的局限性。Garden分型定義的無移位型骨折并不能完全表示無空間移位，而是二維影像上表現(xiàn)的相對無移位。經(jīng)典的股骨頸骨折Gard