生物型股骨頭置換術后股骨近端受力變化的有限元分析.pdf

1、背景：當今社會對于中老年人的股骨頸骨折的治療方法呈現(xiàn)多樣化，其中股骨頭置換術針對患者術前并發(fā)癥多、耐受手術能力差以及骨質疏松等問題有著較為對癥的療效。但是在術后康復的過程中，隨著時間的進展，隨之而來的術后并發(fā)癥也呈現(xiàn)增加的趨勢，尤其是因假體的應力遮擋而導致的骨量丟失、假體松動等，甚至最終造成手術失敗。因此，對于股骨頭置換術后應力分析的研究，將成為改良優(yōu)化假體、避免術后松動的解決方案之一。
　　目的:應用有限元分析對中老年人模擬進行

2、生物型股骨頭置換術，對已經(jīng)置入假體的股骨近端與中老年人正常的股骨近端進行受力比較，分析術后髖關節(jié)較正常髖關節(jié)是否有較大的應力變化，是否會造成術后在康復過程中引起假體無菌性松動而導致手術失敗。為臨床上中老年人股骨頸骨折手術方式的選擇以及人工假體的改良提供參考和指導。
　　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，利用三維重構軟件Mimics重構出正常股骨頭三維模型。再選定好生物型假體的型號，以及

3、根據(jù)假體參數(shù)利用三維重構軟件Mimics重構較精確的假體三維模型。根據(jù)重構的股骨近端模型和重建的假體模型，導出點云格式到Solidworks軟件中，按照正規(guī)骨科手術要求以及操作方式將假體模型裝配至股骨，再導入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所對應的髖關節(jié)承受的力進行加載負荷，應用ANSYS v12.1軟件考察正常股骨近端與

4、術后股骨近端的應力分布、應變及位移，進行比較。
　　結果:股骨安裝假體后的模型與正常的股骨近端模型加載負荷后相比較，應力、位移及應力的范圍都發(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應力水平，尤其以大轉子和小轉子及二者下方的股骨最明顯，產生了應力遮擋。在正常股骨近端中應力最小的位置在小轉子和大轉子的部位，最小值范圍為0.013772MPa~0.035798MPa，而與置換后股骨近端相比，后者的應力最小位置范圍更大，說

5、明因人工假體承擔更多的負荷，使得其周圍骨質所受負荷明顯減小，產生了應力遮擋。同理可見，在正常股骨近端的應力最大部位，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力值卻明顯降低，應力值的范圍為17.389MPa~52.743MPa。
　　結論: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后的股骨近端應力