股骨頭骨壞死范圍對(duì)髖關(guān)節(jié)表面置換術(shù)后股骨近端力學(xué)分布的影響.pdf

1、目前，股骨頭骨壞死(ONFH)晚期行髖關(guān)節(jié)置換術(shù)是唯一徹底有效的治療方法，然而對(duì)于中青年ONFH患者，全髖關(guān)節(jié)置術(shù)(THA)亦存在比較明顯的缺陷：假體的使用壽命相對(duì)不足，一旦失敗二次手術(shù)的選擇局限、手術(shù)難度大、并發(fā)癥增加等。對(duì)于這一問(wèn)題，全髖關(guān)節(jié)表面置換(HRA)有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能夠保存股骨近端骨量、容易翻修，增加關(guān)節(jié)穩(wěn)定性、術(shù)后活動(dòng)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(guò)渡

2、性手術(shù)。臨床應(yīng)用后的隨訪顯示股骨頸骨折與股骨假體松動(dòng)是其失敗的主要原因。盡管目前對(duì)于失敗的機(jī)制已有不少研究報(bào)道，但對(duì)ONFH患者頭部負(fù)重區(qū)出現(xiàn)骨壞死缺損時(shí)，缺損程度對(duì)于假體松動(dòng)或骨折影響的研究尚未見(jiàn)報(bào)道；本試驗(yàn)應(yīng)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(guān)節(jié)表面置換的情形，對(duì)股骨頭部負(fù)重區(qū)不同程度的骨缺損對(duì)術(shù)后股骨近端應(yīng)力分布的影響進(jìn)行研究探討。 目的: 觀察股骨頭負(fù)重區(qū)不同程度的骨壞死缺損對(duì)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(dòng)或骨折相關(guān)的應(yīng)力分布的影響，為臨床治療提供依據(jù)。 材料和方法: 一、計(jì)算機(jī)三維模型的建立：應(yīng)用制圖設(shè)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(fù)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(xué)分析：應(yīng)用有限元分析軟件，模擬單腿負(fù)重時(shí)的情形對(duì)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(jìn)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(duì)股骨頸、水泥界面和股骨頭頸交界處骨質(zhì)中應(yīng)力分布的影響。 結(jié)果: 一、建立了股骨頭部完整的表面置換模型和負(fù)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(yīng)力分布 表面假體植入后，股骨近端的Von Mises等效應(yīng)力峰值集中于股骨頸的上下方；不管負(fù)重區(qū)是否

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

6、分和中央槽周圍，尤以股骨頭頸交界外上緣明顯；負(fù)重區(qū)的骨缺損明顯的影響了與假體松動(dòng)或骨折相關(guān)的水泥界面和頭頸交界處的應(yīng)力分布。 骨缺損區(qū)為壞死骨時(shí)，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(yīng)力峰值明顯增大。 與無(wú)缺損模型相比，水泥殼外上緣的等效應(yīng)力峰值增幅分別為22.3％(壞死角為120°時(shí))和27.3％(壞死角為140°時(shí))；內(nèi)下緣的應(yīng)力峰值增幅分別達(dá)28.7％、45.2％、77.4％(壞死

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

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

9、化較小，而當(dāng)壞死角度≥100°時(shí)，應(yīng)力峰值變化明顯。 三、假體下骨質(zhì)內(nèi)的應(yīng)力明顯降低，出現(xiàn)不同程度的應(yīng)力遮擋，這可能有利于壞死骨質(zhì)的修復(fù)；此時(shí)允許股骨頭負(fù)重區(qū)出現(xiàn)小的骨缺損(壞死角度≤80°)，并且此時(shí)保留壞死骨質(zhì)或清除以骨水泥填充，對(duì)股骨近端的應(yīng)力分布無(wú)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(yīng)力明顯增加，可能是導(dǎo)致股骨頸骨折或假體松動(dòng)的原因之一，這時(shí)將壞死骨質(zhì)完全刮除，填充以骨