THA前后股骨應(yīng)力變化及扭力的影響.pdf

1、目的: 人工全髖關(guān)節(jié)置換(THA)已成為治療多種髖關(guān)節(jié)疾病終末期病變最普遍、最為有效可靠的方法，不僅可以矯正髖關(guān)節(jié)畸形、消除疼痛、增加髖關(guān)節(jié)活動度、恢復(fù)髖關(guān)節(jié)功能，而且大大提高了病人的生活質(zhì)量。然而人工髖關(guān)節(jié)的術(shù)后無菌松動到目前為止，仍是困擾患者和外科大夫的一個最大的問題，已成為全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后主要的并發(fā)癥和翻修手術(shù)最常見的原因。生物力學(xué)因素被認(rèn)為是無菌性松動的主要原因，其中由扭力造成的旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)正是導(dǎo)致股骨假體松動的重要原因。我

2、們通過生物力學(xué)試驗(yàn)和三維有限元分析，探討全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后股骨應(yīng)力的變化及扭力的作用，從而為髖關(guān)節(jié)假體設(shè)計(jì)改進(jìn)提供理論依據(jù)。 材料和方法: 應(yīng)用螺旋CT對一名身高170cm，體重為60kg的健康志愿者的下肢股骨進(jìn)行掃描獲取整個股骨圖像；將獲得的CT圖像信息通過DICOM3．0標(biāo)準(zhǔn)輸入PC機(jī)，實(shí)現(xiàn)螺旋CT圖像文件和PC機(jī)的精確傳輸；運(yùn)用CAD的Pro/ENGINEER軟件，通過目標(biāo)組織的分割、輪廓跟蹤、多邊形逼近、周期B樣曲

3、線逼近及數(shù)據(jù)點(diǎn)參數(shù)化，構(gòu)建人體股骨三維輪廓模型，提取出股骨髓腔輪廓曲線、皮質(zhì)骨內(nèi)外輪廓線，以IGES格式存盤；將上述數(shù)據(jù)輸入有限元分析軟件ANSYS6.1并通過確定材料特性參數(shù)和網(wǎng)格化，建立股骨的三維有限元模型；在三維有限元模型上加載負(fù)荷，計(jì)算出股骨應(yīng)力分布性質(zhì)。根據(jù)Timoshenko等提出的材料扭轉(zhuǎn)理論結(jié)合股骨及假體的三位有限元模型，計(jì)算出扭力的性質(zhì)和大小。 結(jié)果: 全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后股骨總體的軸向應(yīng)力模式?jīng)]有改變，股

4、骨內(nèi)側(cè)仍是以壓應(yīng)力為主，外側(cè)以張應(yīng)力為主，股骨內(nèi)側(cè)應(yīng)力由近端向遠(yuǎn)端逐漸增大，股骨中下段即股骨髁上方區(qū)域?yàn)樽罡邊^(qū)。置換術(shù)后股骨上段應(yīng)力明顯減小，而股骨與假體下段結(jié)合處應(yīng)力明顯增加，說明股骨假體植入后髖關(guān)節(jié)應(yīng)力主要由假體承擔(dān)，并主要通過假體下段傳導(dǎo)于股骨，近端出現(xiàn)了明顯的應(yīng)力遮擋，特別是股骨距區(qū)域；全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后，股骨和假體結(jié)合面上產(chǎn)生了巨大的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力差，假體所受的扭力在髖關(guān)節(jié)假體無菌松動中起到重要的作用。通過改進(jìn)假體設(shè)計(jì)來增加假體對股骨