Bernese髋臼周围截骨术术前规划的有限元分析方法研究

建立了髋关节发育不良患者的三维有限元模型,并进行了计算机模拟Bernese髋臼周围截骨术,旋转截骨块建立了不同手术方案的术后模型。分析单足站立受力环境下,术前、术后髋关节周围软骨的受力变化,并与正常髋关节模型进行比较。本文将仿真计算的正常人髋关节受力情况与文献比较,验证了模型分析方法的有效性。分析结果表明,不同手术方案对髋臼软骨的应力环境都有所改善,表现为髋臼接触面的接触应力和von Mises应力明显减小,且接触面积有所增大,但改善程度有所差异,可以通过有限元分析方法进行术前规划,为临床手术提供一定的理论依据。     

Bernese髋臼截骨术术前规划中骨盆建模对结果的影响

目的 探究在Bernese髋臼截骨术的术前规划中不同建模完整程度对髋臼应力分布和截骨最佳角度结果的影响。方法 对1位髋关节发育不良患者按照建模完整程度不同建立两个模型,模型1包括患侧髋骨和股骨,模型2包括完整骨盆及患侧股骨。对比分析两个模型单腿站立情况下髋臼软骨接触压力、面积和分布情况,并模拟截骨,分析两种建模方式对术前规划结果的影响。结果 术前模型2相比模型1接触压力大、接触面积小,并且分布更靠近髋臼月状面上边缘。比较11个术后方案,模型1的接触压力变化幅值和最佳截骨角度均小于模型2。结论 建模完整程度只有患侧髋骨和股骨的术前分析结果会低估应力集中程度和误判应力集中点的位置,并且其最佳截骨旋转角度结果较小。研究结果为截骨术前规划建模提供一定理论依据。     

步态周期中髋关节软骨应力分布对弧形髋臼周围截骨手术的影响

目的 研究在完整步态周期受力环境下髋关节周围软骨的应力分布情况,探求弧形髋臼周围截骨术（curved periacetabular osteotomy, CPO）术中所截骨块的最佳矫正角度,为临床手术提供理论依据。方法 利用CT扫描获取1名髋关节发育不良（development dysplasia of hip, DDH）患者和1名健康志愿者骨盆及股骨近端DICOM数据,构建三维有限元模型。采用划分蒙罩的方法区分皮质骨和松质骨,并为有限元模型赋予材料属性。对DDH模型模拟CPO,调整外侧中心边缘角（lateral center edge angle, LCEA）和前方中心边缘角（anterior center edge angle, ACEA）,共得到100个不同的术后模型。根据完整步态周期中的髋关节受力情况为模型分别施加载荷,分析对比术前、术后和正常髋臼软骨的受力变化。结果 DDH模型模拟术后髋臼软骨在完整步态周期中脚跟落地相、开始单腿支撑相、单腿支撑中期相、单腿支撑结束相、双腿支撑相的最小接触应力峰值分别为5.273、6.128、7.463、6.347、6.582 MPa,分别比术前减少了2.159、2.724、2.249、2.164、2.119 MPa;术后头臼接触面积较术前明显增加,但仍小于正常志愿者。结论 利用有限元方法可以得到LCEA和ACEA的最佳矫正角度,对不同患者模拟CPO手术对提高手术精准度和手术效率具有重要意义。     

髋臼发育不良性髋关节的三维有限元非线性接触压力分析

目的 从生物力学角度探讨髋臼覆盖程度(CE角)在髋臼发育不良引起的髋关节继发性骨关节炎中的作用。方法 建立正常、髋臼发育不良及髋臼过渡覆盖的髋关节三维有限元模型,应用非线性接触压力分析方法,观察髋臼发育不良性髋关节的关节软骨接触压力及软骨下骨应力分布。结果在所有的模型中,接触压力及应力均发生在股骨头最上部及与其相对应的髋臼顶穹部。在髋臼发育不良的模型中,另有过度不正常的接触压力发生在髋臼的后上缘区域。随着CE角的减小,接触压力和峰应力明显增高,接触面积下降。当CE角大于30°,压力分布类型及接触压力和峰应力改变不明显。结论髋臼覆盖程度降低所导致的生物力学改变在髋关节继发性骨关节炎中起重要作用。     

Chiari骨盆截骨术中外展肌张力对股骨头软骨生物力学影响的三维有限元分析

目的　探讨Chiari骨盆截骨术中外展肌力负荷对股骨头软骨的生物力学影响。方法　建立Chiari骨盆截骨术的髋关节三维有限元模型，应用非线性接触压力分析方法，观察不同的外展肌力负荷条件下关节软骨接触压力及软骨下骨应力分布。结果　Chiari术后关节软骨的接触压力和股骨头软骨下骨应力明显降低，接触面积明显增加。随着外展肌力负荷的降低，接触压力的重新分布更加明显。对应于原髋臼软骨的压力逐渐降低，新髋臼软骨的压力逐渐升高。股骨头软骨下骨应力也进一步降低。而术后关节软骨的接触面积改变不大。结论　外展肌力负荷所引起的生物力学改变在Chiari骨盆截骨术中起重要作用。     

基于CT数据的3D打印技术在儿童发育性髋关节脱位手术中的应用

目的探讨基于髋关节CT影像数据的3D打印技术在儿童发育性髋关节脱位(DDH)手术中的应用价值。方法选取行手术治疗的DDH患儿62例,根据制定的手术方案分为3D打印组(30例)和常规手术组(32例)。3D打印组术前根据患儿髋关节CT扫描数据进行3D模型打印,并制定手术方案、模拟手术操作,根据3D模型行Pemberton髋臼截骨联合股骨截骨术;常规手术组根据术前三维CT图像制定的手术方案进行Pemberton髋臼截骨联合股骨截骨术。记录并比较2组患者手术时间、髋臼指数矫正、沈通氏线是否连续、术中出血量等。结果 2组手术时间、术中出血量比较,差异均有统计学意义(P 0.05)。2组髋关节髋臼指数矫正、术后沈通氏线连续比较,差异无统计学意义(P 0.05)。结论基于髋关节CT影像数据的3D打印技术辅助行DDH手术能显著缩短手术时间,减少术中出血量,提高手术成功率,改善预后,为患儿提供了更精准、个体化的诊疗方案。     

第二髋关节与髋臼发育不良

目的探索第二髋关节与髋臼发育不良的关系。方法观察髋臼周围旋转和周旋转联合转子间外翻截骨治疗髋臼发育不良15例15髋,术前、后X线片影像变化。A组髋臼发育不良15例15髋,测量马蹄角,计算平均值 计算术前、后角度差平均值。B组正常10例10髋马蹄角做对照。结果髋部截骨术使马蹄角与头赘相关节-启动第二髋关节。马蹄角均值：A组术前30.80±3.93°,术后19.27±1.58°,术前、后角度差11.53±3.74°。B组20.00±1.77°。A组术后与B组比较,统计学无差异。A组术前与A组术后和B组比较,差异显著。结论圆形股骨头、马蹄角〉23°,行髋臼周围前外侧12°旋转截骨术 椭圆形股骨头、马蹄角﹤23°,行转子间外翻30°截骨术 椭圆形股骨头、马蹄角〉23°,行联合截骨术。     

髋臼周围截骨治疗髋关节发育不良的研究进展

目的：探讨髋臼周围截骨( PAO)术患者的选择标准、手术效果及术中常见的问题,证实PAO是治疗中青年髋关节发育不良( DDH )患者的一种理想方法。方法以 Periacetabular osteotomy或PAO、DDH为关键词在PubMed中检索1988年1月—2014年5月的相关文献。挑选有关PAO治疗DDH在患者选择标准、手术效果以及术中常见问题等方面的相关文献。通过对文献的回顾,分析PAO患者的选择标准、手术效果、术中常见问题,以及这些因素对手术预后产生的影响。结果术前通过影像学资料全面评估DDH患者的关节软骨情况及髋关节畸形程度,通过体格检查判断患者的髋关节功能,术中通过合理选择截骨块的位置以及必要时附加一定的手术,术后恰当的功能锻炼,如此PAO对各种各样的中青年DDH患者都能取得较为满意的手术效果。结论 PAO是治疗中青年DDH患者的一种有效手段。     

髋臼结构植骨在Crowe Ⅲ或Ⅳ型髋关节发育不良关节置换术中的应用

目的探讨髋臼结构植骨在CroweⅢ、Ⅳ型髋关节发育不良（DDH）人工全髋关节置换术（THR）中应用的短期效果。方法对2008年7月—2011年6月,全髋关节置换术（THR）中采用结构性植骨结合非骨水泥臼杯进行髋臼侧重建治疗的38例43髋Crowe Ⅲ型或Ⅳ型DDH患者的短期疗效进行回顾性分析。男5例（5髋）,女33例（38髋）,平均年龄41岁。术前Harris评分平均51分,19髋术中联合行转子下横行短缩截骨,平均1．6cm。结果术后平均随访39个月。末次随访Harris评分平均92分。肢体长度差异由术前的平均4．4cm减少至术后0．7cm。术后髋关节旋转中心平均下移3．2cm,内移2．8cm。所有髋臼假体无松动或感染,髋臼结构植骨块均愈合。术后异位骨化1髋,关节脱位1髋,闭合复位成功。结论自体结构性植骨结合非骨水泥臼杯重建Crowe Ⅲ、Ⅳ型髋关节发育不良的旋转中心,短期效果令人满意,无植骨不愈合、骨块吸收或松动等并发症。     

3D打印技术辅助髋臼旋转截骨术的疗效分析与思考

目的分析3D打印技术辅助髋臼旋转截骨术(rotational acetabular osteotomy,RAO)的疗效。方法对2012年3月至2018年2月收治的42例髋臼发育不良患者(42髋)施行髋臼旋转截骨术(RAO)。所有病例均为女性,平均年龄36.1岁,平均随访时间13.4个月。按照术前是否使用3D打印模型分为3D打印组和非3D打印组,分别测量两组术前、3D打印组术后及非3D打印组术后的外侧中心边缘角(lateral central-edge angle,LCE)、Sharp角、臼顶倾斜角(Tonnis角)、髋臼覆盖率、旋转中心下移程度和手术时间,采用医院术后并发症情况统计量表记录两组患者术后并发症的发生情况,并进行比较。结果3D打印组与非3D打印组术后测量的LCE角、體臼覆盖率、并发症发生率及手术时间比较,差异有统计学意义(P0.05)。与非3DI打印组相比,3DI打印组上述指标的结果更符合正常髋关节的影像学数据。在骨盆模型上进行预操作,可以提前发现术中可能遇到的困难,有效减少术中发育异常髋臼对确定截骨线和截骨角度的干扰等问题。结论3D打印技术辅助髋臼旋转截骨术有助于提高截骨的精确性及安全性,降低手术难度,缩短手术时间。     

Cam型髋关节撞击综合征关节软骨接触力学的有限元分析

目的 通过有限元方法探讨不同严重程度的Cam型髋关节撞击综合征(femoroacetabular impingement,FAI)关节软骨接触力学的变化。方法 建立正常髋关节及不同α角的 Cam型FAI髋关节三维有限元模型,计算行走、坐下、起立等日常活动下的关节软骨接触压力和应力。结果 完整步态周期加载过程中,不同α角的Cam型FAI软骨接触压力分布与正常髋关节接近,无高接触压力和Von Mises应力集中区域;坐下、起立加载过程中,Cam型FAI软骨接触压力均大于正常髋关节,且随α角的增加而增大,其接触区域主要位于髋臼缘前上方,局部出现过高压力和Von Mises应力集中。结论 Cam型FAI软骨接触力学变化的关键影响因素是运动方式,关节软骨过高的接触压力和Von Mises应力,可能是其引起软骨退变并最终导致骨性关节炎的力学原因。     

正常步态下髋臼底接触面积与压力分布的三维有限元分析

背景：认识髋关节的正常压力分布特点,将有助于进一步了解正常髋关节的力学机制与异常载荷下关节软骨的病理学行为。 目的：运用三维有限元的方法,分析正常步态过程中头臼间接触面积和应力分布情况。 方法：应用CT扫描技术和计算机图像处理系统,建立髋臼的三维有限元模型,利用髋臼模型模拟髋臼在完整步态过程中连续32个位相时的受力状况,并对各位相时接触面积进行计算。 结果与结论：获得了髋臼在32个位相时的应力峰值分布呈双峰形,在起步位相时达到峰值(4.2 MPa),支撑期接触面积明显高于跨步期。始终接触部位集中在髋臼顶部,偏内侧,而髋臼前角与后角始终没有应力传导。髋臼软骨在不同位相的应力分布明显不同,支撑期应力增高区分布在臼顶区,而跨步期应力增高区在臼软骨的内侧缘。结果显示髋臼的接触应力增高区及接触面的分布对临床研究有重要意义,可提示导致髋臼骨性关节炎的好发因素。     

经髋臼顶及耻骨上、下支骨盆三处截骨矫正髋臼发育不良的应用解剖

目的：探讨经髋臼顶、耻骨上、下支骨盆三处截骨术矫正髋臼发育不良的耻骨上支截骨角度和耻骨下支截骨长度,为临床截骨矫形,达到理想股骨头覆盖提供解剖学依据。方法：选取15具成人湿性骨盆标本（30侧髋关节）,随机分成A组、B组,每组15侧髋关节;再将其随机分为3个亚组,每组5侧髋关节。将髋臼CE角打磨成0。,制作髋臼发育不良模型,再按Salter截骨将髂骨截断。A、B两组分别在耻骨上支中点由内上向外下与矢状面成30。和45。截断,各亚组依次将耻骨下支在耻骨联合以远分别截去1．0cm、1．5cm、2．0cm骨块。截骨后将髋臼向前外及下方旋转,并用克氏针固定髂骨截骨端。测量A、B各亚组耻骨上支断端的接触面积,摄x线片,测量各亚组的cE角、Sharp角、臼头指数等几项数据。所得数据用SPSS13．0软件进行统计学处理。结果：A组各亚组耻骨上支的接触面积均小于B组,差异有统计学意义（P〈0．01）,A、B组内3个亚组间的cE角、Sharp角以及臼头指数值比较差异有统计学意义（P〈0．01）;A、B两组间的各亚组的cE角、Sharp角以及AHI值比较差异无统计学意义（P〉0．05）。结论：经髋臼顶及耻骨上、下支骨盆三处截骨术中,在耻骨上支中点由内上向外下与矢状面成45。截骨条件下,耻骨下支截除2．0cm骨块,能够达到最佳的耻骨上支断端接触面积和实现股骨头满意覆盖的CE角、Sharp角及臼头指数值。     

三维CT术前测量儿童发育性髋关节发育不良的研究

目的 通过三维CT对发育性髋关节发育不良（DDH）儿童髋关节进行三维重建,探讨三维CT对DDH患儿的临床价值。方法 收集2016年1月~2018年12月重庆医科大学附属儿童医院进行术前三维CT重建的DDH患儿12例,在三维重建模型上对患儿髋关节的相关结构进行测量。结果 通过对12例患儿术前髋关节三维重建模型进行观察与测量,患儿平均髋臼缺损宽度为（39.06±3.11）mm,平均髋臼缺损深度为（8.69±0.57）mm。选择缝匠肌骨瓣修补患儿髋臼缺损,术后髋臼缺损皆获得明显改善。结论 三维CT能够从多个方位观察髋关节结构,更直观、更全面的观察到髋关节形态学的变化,在三维CT模型上可直接测量髋臼缺损的大小,更有效的指导手术选择及临床工作。     

髋臼几何形态对髋关节接触力学行为的影响

目的研究髋臼解剖几何形态对髋关节接触力学特性的影响。方法建立人体天然髋关节的解剖学模型以及具有不同髋臼外形的简化模型,利用有限元分析方法研究步态载荷作用下髋关节的接触力学行为。结果 (1)解剖学模型产生的接触主要在髋臼的中上部,沿身体前后方向分布,峰值接触应力出现在髋臼前上部。(2)与解剖学模型相比,旋转椭球形髋臼产生了类似的接触分布,而球形和旋转蚶线形髋臼产生的接触主要在髋臼中部,沿上下方向;(3)旋转椭球形髋臼具有最大的接触面积和最小的峰值接触压力和Von-Mises应力;(4)球形髋臼和旋转蚶线形髋臼具有类似的接触力学特征。结论与球形和旋转蚶线形相比,旋转椭球形能够更好地描述髋臼的解剖形态及其接触力学行为。