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文檔簡介
1、目的:應(yīng)用有限元分析方法,分析不同股骨假體植入角度、不同骨質(zhì)情況、不同股骨頭缺血性壞死程度對髖關(guān)節(jié)表面置換術(shù)后假體、骨水泥、股骨頭頸不同部位工作應(yīng)力分布及大小的影響,為臨床髖關(guān)節(jié)表面置換選擇患者及最適股骨假體植入角度提供生物力學(xué)依據(jù)。
對象和方法:1、建立植入角度為120°、125°、130°、135°、140°、145°的骨量正常、骨量減少、骨質(zhì)疏松髖關(guān)節(jié)表面置換術(shù)后三維有限元模型18個;2、建立不同壞死程度髖關(guān)節(jié)表面置
2、換術(shù)后三維有限元模型45個,其中壞死體積分別占股骨頭體積的15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%,壞死深度為10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm;3、對所有模型施加人體緩慢行走時的載荷及約束,求解;4、觀察不同模型間股骨近端不同結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布的變化。
結(jié)果:1、不同假體植入角度、不同骨質(zhì)情況髖關(guān)節(jié)表面置換術(shù)后有限元分析結(jié)果:①應(yīng)力集中部位位
3、于股骨金屬假體-股骨骨質(zhì)交界面處。②股骨金屬假體、股骨頸皮質(zhì)骨及松質(zhì)骨中性層位置與假體植入角度一致,股骨金屬假體下松質(zhì)骨中性層位置位于股骨假體中央桿外上方的松質(zhì)骨內(nèi)。③股骨金屬假體、股骨頸皮質(zhì)骨的應(yīng)力峰值點(diǎn)位置隨股骨金屬假體植入角度的不同而不同,股骨金屬假體下松質(zhì)骨及股骨頸松質(zhì)骨的應(yīng)力峰值點(diǎn)位置與假體植入角度無關(guān);隨著股骨金屬假體植入角度的增加,應(yīng)力峰值呈逐漸減小趨勢,135°~145°應(yīng)力總體變化趨勢不明顯。④中性層的位置隨假體植入角
4、度的變化而變化,壓應(yīng)力區(qū)隨股骨金屬假體植入角度的增加而增加,拉應(yīng)力區(qū)隨股骨金屬假體植入角度的增加而減少。⑤135°~145°股骨金屬假體植入角,股骨金屬假體下松質(zhì)骨及股骨頸皮質(zhì)骨沒有超過屈服應(yīng)力的節(jié)點(diǎn)存在,股骨頸松質(zhì)骨內(nèi)超過屈服應(yīng)力的節(jié)點(diǎn)比例數(shù)均未超過1%;隨后隨假體植入角度的減小該比例明顯增加。⑥骨量減少、骨質(zhì)疏松不改變股骨頭頸應(yīng)力分布規(guī)律。⑦股骨金屬假體、股骨頸皮質(zhì)骨的應(yīng)力峰值隨骨量減少、骨質(zhì)疏松的發(fā)生而升高,其中以股骨金屬假體的應(yīng)
5、力峰值提升最為明顯;股骨金屬下松質(zhì)骨、股骨頸松質(zhì)骨的應(yīng)力峰值隨骨量減少、骨質(zhì)疏松的發(fā)生而降低。⑧骨量減少、骨質(zhì)疏松時,超過屈服應(yīng)力的節(jié)點(diǎn)比例呈增加趨勢;135°~140°股骨金屬假體植入角時,股骨金屬假體下松質(zhì)骨及股骨頸皮質(zhì)骨沒有超過屈服應(yīng)力的節(jié)點(diǎn)存在;140°植入角時,股骨頸松質(zhì)骨超過屈服應(yīng)力的節(jié)點(diǎn)比例未超過1%。骨質(zhì)疏松時,股骨金屬假體下松質(zhì)骨、股骨頸皮質(zhì)骨及松質(zhì)骨均有超過屈服應(yīng)力的節(jié)點(diǎn)存在。2、不同程度的股骨頭缺血性壞死髖關(guān)節(jié)表面
6、置換后有限元分析結(jié)果:①股骨頭內(nèi)壞死后骨水泥填充區(qū)應(yīng)力集中部位位于該區(qū)下部與骨松質(zhì)的交界處;股骨金屬假體下松質(zhì)骨、股骨頸皮質(zhì)骨、股骨頸松質(zhì)骨的應(yīng)力集中部位位于股骨金屬假體-股骨骨質(zhì)交界處。②股骨頭內(nèi)壞死后骨水泥填充區(qū)的應(yīng)力峰值點(diǎn)位置隨壞死程度的不同而不同;股骨金屬假體下松質(zhì)骨、股骨頸皮質(zhì)骨、股骨頸松質(zhì)骨的應(yīng)力峰值點(diǎn)位置相對固定。③股骨頭內(nèi)壞死后骨水泥填充區(qū)的應(yīng)力峰值隨壞死程度的增大而增大,股骨金屬假體下松質(zhì)骨、股骨頸皮質(zhì)骨、股骨頸松質(zhì)骨
7、的應(yīng)力峰值隨壞死程度的增大而減??;股骨金屬假體下松質(zhì)骨、股骨頸皮質(zhì)骨的拉/壓應(yīng)力峰值均未超過屈服拉/壓應(yīng)力。④股骨頭缺血性壞死程度不影響中性層位置。⑤股骨頭缺血性壞死后,股骨金屬假體下松質(zhì)骨應(yīng)力遮擋嚴(yán)重部位位于骨水泥-骨交界面,股骨頸皮質(zhì)骨、股骨頸松質(zhì)骨應(yīng)力遮擋嚴(yán)重部位位于假體-骨交界面。⑥股骨近端殘余骨質(zhì)存在應(yīng)力遮擋,且隨壞死程度的增加而呈增加趨勢,壞死深度≤25mm同時體積≤55%時及深度≥30mm同時體積≤30%時,應(yīng)力遮擋率超過
8、30%的表面節(jié)點(diǎn)比例數(shù)增長幅度較小,且增長曲線平緩;但壞死深度≥30mm同時體積>30%時,曲線趨于陡峭,增長幅度明顯增大。
結(jié)論:髖關(guān)節(jié)表面置換術(shù)后,股骨金屬假體-股骨交界處為骨折危險區(qū),松質(zhì)骨內(nèi)存在明顯應(yīng)力遮擋;骨量正?;颊哌M(jìn)行髖關(guān)節(jié)表面置換手術(shù)時,股骨金屬假體植入角度允許范圍為135°~145°,其中以140°最為合適,股骨金屬假體植入角度減小將增加股骨近端的骨折危險性;患者骨量減少時,仍可進(jìn)行髖關(guān)節(jié)表面置換術(shù),假體
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