人工關(guān)節(jié)置換治療骨質(zhì)疏松股骨轉(zhuǎn)子間不穩(wěn)定骨折的生物力學(xué)研究.pdf

1、股骨轉(zhuǎn)子間骨折是老年人常見的骨質(zhì)疏松性骨折,其中約35％-40％是不穩(wěn)定的。隨著對(duì)此類骨折認(rèn)識(shí)的不斷提高,盡早手術(shù)減少并發(fā)癥以成為大多數(shù)外科醫(yī)生的共識(shí)；多種內(nèi)固定方式運(yùn)用于臨床,對(duì)股骨轉(zhuǎn)子間穩(wěn)定型骨折取得較好效果；老年患者合并骨質(zhì)疏松,股骨轉(zhuǎn)子間不穩(wěn)定骨折的內(nèi)固定失敗率較高；且內(nèi)固定術(shù)后需要長(zhǎng)時(shí)間臥床等待骨折愈合,并發(fā)癥發(fā)生率較高；近年來人工股骨頭置換術(shù)運(yùn)用于治療股骨轉(zhuǎn)子間不穩(wěn)定骨折,取得較好效果；患者可以術(shù)后早期下床活動(dòng),減少和避免并

2、發(fā)癥的發(fā)生。目前國內(nèi)外對(duì)股骨不穩(wěn)定型轉(zhuǎn)子間骨折治療的研究主要集中于臨床研究,相關(guān)基礎(chǔ)的生物力學(xué)研究較少,且集中于普通力學(xué)試驗(yàn)。普通力學(xué)實(shí)驗(yàn)無法直接運(yùn)用于人體,只能測(cè)出部分點(diǎn)的力學(xué)參數(shù),且模型間可比性低；隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,數(shù)字骨科概念的提出,骨科生物力學(xué)研究進(jìn)入數(shù)字時(shí)代；三維有限元分析法是生物力學(xué)研究的重要方法,能夠很好分析關(guān)節(jié)、脊柱等生物力學(xué)問題,成為人體生物力學(xué)研究的有效分析方法。
　　 目的：運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬骨質(zhì)疏松股

3、骨轉(zhuǎn)子間不穩(wěn)定型骨折人工關(guān)節(jié)置換術(shù),并做術(shù)后股骨及假體的應(yīng)力分析,評(píng)估術(shù)后的假體的初始穩(wěn)定性；為關(guān)節(jié)假體的選擇及股骨近段骨折的重建方法提供理論依據(jù)。
　　 方法：對(duì)志愿者雙下肢進(jìn)行薄層CT掃描,獲得股骨數(shù)據(jù),將圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)入圖像處理軟件Mimics11.1進(jìn)行圖像處理,生成股骨骨皮質(zhì)內(nèi)、外表面的輪廓曲線；再將輪廓曲線數(shù)據(jù)導(dǎo)入建模軟件Unigraphic NX4.0進(jìn)行實(shí)體建模,得到具有骨皮質(zhì)、骨松質(zhì)、骨髓腔的股骨三維模型；根據(jù)De

4、puy公司AML生物型假體及施樂輝公司Muller骨水泥假體設(shè)計(jì)參數(shù)在建模軟件UG4.0中分別進(jìn)行三維建模,得到AML普通柄A、加長(zhǎng)柄B、solution柄C、普通骨水泥柄D的三維數(shù)字模型。在建模軟件UG4.0中模擬人工股骨頭置換手術(shù),分別將普通柄A、加長(zhǎng)柄B、solution柄C、普通骨水泥柄D植入經(jīng)過股骨頸截骨的正常股骨與轉(zhuǎn)子間骨折的股骨,得到模型第1組(A1、A2),第2組(B1、B2),第3組(C1、C2),第4組(D1、D2)

5、；將模型分別導(dǎo)入有限元分析軟件ansys11.0；進(jìn)行四面體網(wǎng)格劃分,股骨近端做網(wǎng)格加密處理,參照相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)材料賦值、定義接觸、受力加載、應(yīng)力分析。
　　 結(jié)果：⑴建立了骨質(zhì)疏松股骨、假體、關(guān)節(jié)置換術(shù)后的三維有限元模型。⑵從股骨整體受力而言,置換后股骨小轉(zhuǎn)子及股骨上段受力較術(shù)前明顯減少,股骨距應(yīng)力下降最為明顯。而股骨應(yīng)力集中區(qū)位于股骨髁上,較術(shù)前向股骨遠(yuǎn)端移位；位于假體遠(yuǎn)端的股骨應(yīng)力明顯增加,股骨上最大等效應(yīng)力較術(shù)前增加。股骨上

6、段應(yīng)力較小。正常的關(guān)節(jié)置換組(對(duì)照組)與股骨轉(zhuǎn)子間骨折人工關(guān)節(jié)置換組(實(shí)驗(yàn)組)對(duì)比:可見股骨整體的受力趨勢(shì)相同,關(guān)節(jié)力通過金屬假體傳向股骨遠(yuǎn)端。實(shí)驗(yàn)組股骨近端受力比對(duì)照組小,且股骨上最大等效應(yīng)力增加長(zhǎng)柄假體與短柄假體的對(duì)比,股骨下端的受力趨勢(shì)一致,假體的長(zhǎng)度的增加,對(duì)股骨下端的應(yīng)力的改變較少.生物型假體與骨水泥假體對(duì)股骨受力的影響趨勢(shì)一致；骨水泥假體實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組股骨的受力趨勢(shì)相近。⑶假體柄應(yīng)力從上往下傳遞,主要集中在假體下端與骨髓腔峽

7、部緊密結(jié)合的部分,假體下端子彈頭部分未與骨骼接觸所以受力較小。假體中下段把應(yīng)力傳向股骨。假體最大等效應(yīng)力,大于股骨應(yīng)力。柄長(zhǎng)度的增加未改變假體受力的趨勢(shì),受力主要是集中在假體與骨髓腔峽部緊密結(jié)合的部分。
　　 結(jié)論：人工關(guān)節(jié)置換改變了股骨的受力方式。股骨轉(zhuǎn)子間骨折關(guān)節(jié)置換后的假體穩(wěn)定性較好,在正常載荷下人工關(guān)節(jié)穩(wěn)定。股骨峽部完整,假體柄的長(zhǎng)度不同對(duì)置換后股骨受力改變較小。骨水泥由于提供即刻的穩(wěn)定性,結(jié)合上端鋼絲固定對(duì)股骨轉(zhuǎn)子間骨