髋臼四边体骨折3种内固定方式的生物力学评价

目的　探究髋臼四边体骨折的最优内固定方式。 方法　采用半骨盆标本制作髋臼四边体骨折模型12具,按内固定方式随机分成3组,A组：骨盆缘下重建接骨板,B组：骨盆缘下锁定重建接骨板,C组：前柱重建接骨板结合方形区螺钉。将柳叶状压敏片贴于股骨头上,通过垂直加载依次测量生理体重600 N下完整髋臼I组（未制作骨折线）和A、B、C 3组的臼顶接触特性,及连续分级负载下A、B、C 3组的水平位移和纵向位移。 结果 生理体重600 N下3组内固定的髋臼负重区接触特性未能恢复至正常,负重面积、平均应力、峰值应力及分级载荷下水平位移和纵向位移均存在统计学差异（P<0.05,200 N除外）,且水平位移和纵向位移都随载荷的增加而增大,而在1800 N时A组纵向位移达到失效标准。 结论 对髋臼四边体骨折予以3种不同内固定,前柱重建接骨板结合方形区螺钉内固定的稳定性及接触特性均优于骨盆缘下接骨板内固定,可以减少创伤性关节炎的发生率。     

髋臼骨折不同台阶状移位及程度对髋关节接触特性的影响

目的 模拟累及关节面负重区的髋臼骨折,分别对不同方向旋转所形成的台阶状移位进行生物力学研究,以了解应力分布及接触面积等的改变情况。方法 分别测量10个完整髋臼 (I组)、解剖复位（K组）、不同台阶移位（A组：1mm;B组：2mm;C组:3mm;D组：4mm;a组：-1mm;b组：-2mm;c组:-3mm;d组：-4mm）时髋臼与股骨头之间的接触特性。所获数据经统计学分析软件进行分析比较差异。 结果 完整髋臼负重时接触面积总面积为（7.59±4.42）cm²;K组髋臼以及A组移位髋臼保持了髋臼的解剖形态,未引起髋臼接触面积显著变化。其余类型移位均造成髋臼骨折总接触面积减小(P<0.05)。负重区的接触面积在完整髋臼时为（3.72±0.04）cm²,骨折后也使之减小。解剖复位组负重区接触面积为（3.64±0.87）cm²（与完整髋臼负重区面积相比 P>0.05）,当内旋使台阶移位达到3mm或更大,外旋移位台阶移位到3mm或更大时,负重区接触面积显著减小。 结论 髋臼骨折产生的台阶状移位改变了正常髋关节的生物力学特性,使髋关节的接触面积发生了重新分布。     

不同台阶状移位对髋臼骨折的生物力学影响

探讨髋臼骨折块不同旋转方向的台阶状移位对髋臼应力分布及大小等的影响,以期为临床治疗髋臼骨折及预后评估提供一定的理论指导。 采用5具成人骨盆标本(10个髋关节),其中男性尸体标本3例,女性2例,年龄在23～66岁,平均年龄38.7岁。排除骨折、畸形、发育未完全及退行性病变。分别测量完整髋臼 (I组)、解剖复位(K组)、不同台阶移位(A组:1 mm、B组:2 mm、C组:3 mm、D组:4 mm;a组:-1 mm、b组:-2 mm、c组: -3 mm、d组:-4 mm)时髋臼与股骨头之间的接触特性。所获数据经统计分析软件进行分析比较差异。结果表明,完整髋臼负重区平均应力为(3.06±0.27) MPa,骨折后负重区应力有增大趋势。K组的平均应力为(2.98±0.50) MPa,当内旋使台阶移位达到2 mm或更大,当外旋使台阶移位达到3 mm时,负重区平均应力显著性增大。负重区的峰值应力在完整髋臼为 (5.05±0.38)MPa,骨折后负重区峰值应力有增大趋势。解剖复位组的平均应力为(5.58±0.72) MPa(与完整髋臼负重区峰值应力相比P>0.05); 当内旋使台阶移位达到1 mm或更大,外旋使台阶移位达到3 mm或更大时,负重区峰值应力与完整髋臼有显著性差异。 髋臼双柱骨折产生的台阶状移位改变正常髋关节的生物力学特性,使髋关节的接触面积、平均应力以及峰值应力均发生重新分布。     

髋臼后壁骨折内固定的髋臼接触特征

目的研究髋臼后壁骨折及其经内固定后的髋臼接触特征的变化。方法运用压敏片技术分别测量正常髋臼,髋臼后壁骨折及经用重建钢板(RP)和重建钢板 分叉钢板(RP SP)两种方法内固定后髋臼的接触面积和接触应力。结果髋臼后壁骨折后接触面积较正常髋臼下降34%,经RP固定后接触面积恢复至正常的80%,RP SP固定后恢复至正常的92%。髋臼后壁骨折后接触压力和接触应力明显增加,两种内固定方法固定后接触压力和接触应力随之减小。结论髋臼后壁骨折引起髋臼接触面积下降、应力集中,两种内固定方式均能有效恢复髋臼的接触面积,降低接触应力,其中RP SP固定的效果更为明显。     

髋臼位相关参数在髋臼前柱前壁骨折术中定位的临床意义

目的探讨髋关节的相关参数外展角、前倾角、顶弧角在髋臼前柱前壁骨折术中定位的意义。方法测量男女成人骨盆标本各109髋的髋臼外展角、前倾角、顶弧角及髋臼前柱前壁治疗安全角度,并将数据进行统计学分析。结果男性骨盆标本髋臼外展角实测值(43.5±2.9)°,前倾角实测值(13.7±5.2)°,顶弧角的内顶弧角(25.5±7.3)°、前顶弧角(37.8±7.2)°、后顶弧角(49.9±12.7)°;女性骨盆标本髋臼外展角实测值(44.1±3.2)°,前倾角实测值(14.3±4.9)°,顶弧角的内顶弧角(27.1±6.5)°、前顶弧角(36.3±9.2)°、后顶弧角(52.3±13.6)°。根据"2-7"分割线测量髋臼前柱前壁厚度。外展角、前倾角、顶弧角比较,差异有统计学意义(P0.05)。三者与髋臼前壁厚度差异无统计学意义(P0.05)。不同性别之间的髋臼外展角、前倾角、顶弧角差异无统计学意义(P0.05)。结论髋臼外展角、前倾角、顶弧角的测量在髋臼前柱前壁骨折的术中定位能够取得满意的治疗效果。     

髋臼后壁厚度的解剖学测量及其意义

目的:研究正常成人髋臼后壁的解剖厚度,为后壁后柱骨折的解剖重建提供依据。方法:解剖男女各8例成人新鲜冷冻尸体骨盆标本,对髋臼后壁后柱采用"4-6"分割法,分别测量不同分割点后壁厚度以及后柱壁宽度、髋臼直径和深度。结果:根据"4-6"分割法,髋臼后壁两侧厚度较中间高,中点厚度最低。髋臼后壁外1/4分割线厚度为:男(12.78±1.87～8.25±1.14)mm,女(11.90±0.61～7.99±1.01)mm;1/2分割线厚度为:男(25.15±3.40～19.03±3.22)mm,女(24.24±1.12～19.00±2.40)mm;内1/4分割线上下各两个钉道不入关节,中间3点厚度为:男(30.66±2.24～29.87±1.94)mm,女(30.13±2.09～29.72±3.63)mm。结论:根据"4-6"分割法便于估计髋臼后壁不同进针点的厚度,对于后柱壁骨折重建术中避免内固定物进入关节有重要指导意义。     

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。     

压配型髋臼假体置换后骨性髋臼的微有限元分析

目的探讨压配型髋臼假体置换术后骨性髋臼皮质骨和松质骨的骨小梁应力分布模式及松质骨是否参与承载负荷。方法应用显微CT扫描骨性髋臼的骨小梁,建立骨性髋臼的三维微有限元模型。计算压配型髋臼假体置换后骨性髋臼骨小梁的应力和应变,分析骨性髋臼骨小梁应力、应变的生物力学特征。结果当压配型金属髋臼假体植入髋臼后,骨性髋臼外表面的最高应力区位于耻骨区,最高应力为1.389 MPa。在臼顶区,高应力区的面积最大。在骨性髋臼内部的松质骨,高应力区主要分布在臼顶区,分布区域相对较广。当施加1.372 k N载荷后,骨性髋臼外表面面积较大高应力区位于臼顶区域和耻骨区域,臼顶区的最高拉应力为0.604 MPa,耻骨区骨小梁出现微损伤。在骨性髋臼内部的松质骨,面积较大高应力区主要分布在臼顶区和耻骨区。结论高应力区沿着骨性髋臼外表面呈现3点式环形分布,集中分布于耻骨区、坐骨区、臼顶区;髋臼内部松质骨骨小梁通过形变导致应力分布更加均匀。髋臼松质骨具有承受载荷功能。     

髋臼后柱数字解剖学研究及解剖钢板的设计*

目的通过CT断层扫描数据的三维重建模型对髋臼后柱形态特点进行解剖学测量,为术中钢板成型及髋臼后柱解剖型钢板开发提供依据。方法采集111位成人患者(男72例,女39例)骨盆CT数据,测量股骨头直径(D);并分别通过CT断层扫描的三维反求技术重建人体骨盆解剖结构模型,测量髋臼后柱钢板放置路径中髋臼后壁、近端、远端的3段近似圆弧的曲率半径(R1、R2和R3),以及反应三段圆弧相对位置关系的髋臼后壁圆弧展角;对以上数据进行统计和相关性分析。结果成人股骨头直径(D):47.4±3.7mm;其中女性为43.6±2.3mm,男性为49.5±2.5mm。R1:48.0±7.8mm;R2:67.7±13.4mm;R3:9.8±0.4mm。:51.4°±6.8°。统计分析结果显示反应髋臼后柱钢板路径中的R1、R2、R3和与股骨头直径D和性别均无相关性。R3体现出相对独立性,其尺寸变化范围不大;而R2总体上随着R1增大而增大(线性相关系数R=0.388),而髋臼后壁圆弧展角随着R1的增大而降低(线性相关系数R=0.735)。结论髋臼后柱的解剖结构存在很大的个体差异,这种差异与股骨头直径、性别无明显相关性。髋臼后壁的形态决定了髋臼近端以及远端骨盆形态。新型髋臼后柱解剖钢板的应用,能够与髋臼后柱相匹配,缩短术中钢板塑形时间。     

髋臼后壁骨折内固定稳定性的生物力学研究

目的　研究髋臼后壁骨折后不同内固定方法的固定强度 ,以确定最理想的内固定方法。方法　左右配对的18具髋关节标本随机分成三组 ,在髋臼后外缘与坐骨大切迹间的中点截骨 ,建立髋臼后壁大块骨折模型。用临床常用的两枚皮质骨螺钉 (CS)、髋臼重建钢板 (RP)以及重建钢板 +两枚皮质骨螺钉 (RP +CS)三种内固定方法分别固定每一组骨折 ,然后屈髋 90°对模型分别进行生物力学测试 ,测量各组骨折块的分离位移以及分离 3mm时的载荷 ,以比较每一种内固定方法的固定强度。结果　载荷下 ,髋臼骨折块的分离位移随载荷的增加而增大 ,统计显示CS组与RP、RP +CS组间差别具有显著意义 (P <0 .0 1) ,而RP组与CS +RP组之间差别无意义 (P >0 .0 5 )。结论　髋臼后壁骨折内固定以RP较为理想 ,单纯CS力量不足以维持骨折块的稳定 ,而在RP之外再加两枚CS并不能增加内固定强度 ,反而增加了手术创伤及难度     

记忆合金三维内固定系统治疗髋臼骨折的生物力学研究

目的阐明按髋臼解剖学特点与镍钛合金的特性而设计的髋臼三维记忆内固定系统(acetabulartridimentionalmemoryalloyfixationsystem,ATMS)应用于髋臼骨折治疗的生物力学基础。方法从稳定性及头臼对应解剖与应力分布两个方面进行研究。6具成人新鲜骨盆股骨标本左右侧两两对应分为实验组与对照组,造成髋臼骨折模型后,实验组与对照组将骨折块复位,直视下分别用ATMS及重建钢板与螺钉紧密固定。制作可多向调节的万能旋转加载夹具,按前屈、后伸、直立三种状态从100N至500N进行加载,比较两组在经度及纬度方向的位移,分析髋臼骨折ATMS固定的稳定性;在直立位状态加载至500N,利用压敏片计算髋关节在前屈、后伸、直立三种状态下两组头臼接触面积及接触应力,分析髋臼骨折ATMS固定后头臼之间的解剖关系与应力分布状态。结果实验组与对照组在不同载荷、不同髋关节状态下测得的数据无显著的统计学差异。结论ATMS应用于髋臼骨折固定具有良好的稳定性、头臼对应解剖关系与应力分布状态。     

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。     

Fluid load support and contact mechanics of hemiarthroplasty in the natural hip joint

The articular cartilage covering the ends of the bones of diarthrodial synovial joints is thought to have evolved so that the loads are transferred under different and complex conditions, with a very high degree of efficiency and without compromising the structural integrity of the tissue for the life of an individual. These loading conditions stem from different activities such as walking, and standing. The integrity of cartilage may however become compromised due to congenital disease, arthritis or trauma. Hemiarthroplasty is a potentially conservative treatment when only the femoral cartilage is affected as in case of femoral neck fractures. In hemiarthroplasty, a metallic femoral prosthesis is used to articulate against the natural acetabular cartilage. It has also been hypothesized that biphasic lubrication is the predominant mechanism protecting the cartilage through a very high fluid load support which lowers friction. This may be altered due to hemiarthroplasty and have a direct effect on the frictional shear stresses and potentially cartilage degradation and wear. This study modelled nine activities of daily living and investigated the contact mechanics of a hip joint with a hemiarthroplasty, focussing particularly on the role of the fluid phase. It was shown that in most of the activities studied the peak contact stresses and peak fluid pressures were in the superior dome or lateral roof of the acetabulum. Total fluid load support was very high (~90%) in most of the activities which would shield the solid phase from being subjected to very high contact stresses. This was dependent not only on the load magnitude but also the direction and hence on the location of the contact area with respect to the cartilage coverage. Lower fluid load support was found when the contact area was nearer the edges where the fluid drained easily.     

三维记忆内固定与髋臼重建钛板系统修复髋臼后壁骨折伴关节后脱位的比较

背景：髋臼后壁骨折伴髋臼关节后脱位大多需要实施固定切开复位内固定治疗,术中可选择不同的内固定材料。 目的：观察髋臼三维记忆内固定系统在髋臼后壁骨折伴髋臼关节后脱位中的应用效果。 方法：回顾性分析山东省菏泽市立医院2010年2月至2014年2月收治的92例髋臼后壁骨折伴髋臼关节后脱位患者的临床资料,均实施固定切开复位内固定治疗,按照所使用内固定物的不同分为三维记忆内固定组45例和重建钛板组47例,固定后随访12个月。 结果与结论：重建钛板组手术时间以及术中出血量均显著长于或者大于三维记忆内固定组(P < 0.05)。三维记忆内固定组的末次随访Harris评分显著高于重建钛板组(P < 0.05)。两组患者固定后均未出现血栓并发症及深部感染等不良反应。结果表明,将三维记忆内固定系统应用于对髋臼后壁骨折伴髋臼关节后脱位的内固定治疗之中可以获得良好的应用效果。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程      

Influence of head constraint and muscle forces on the strain distribution within the intact femur

The aim of this study was to analyse the influence of muscle action and a horizontally constrained femoral head on the strain distribution within the intact femur. The strain distribution was measured for three loading configurations: joint reaction force only, joint reaction force plus abductors, and joint reaction force plus the abductors, vastus lateralis and iliopsoas. In each case the strains were recorded from 20 uniaxial strain gauges placed on the medial, lateral, anterior and posterior aspects of the proximal femur. Application of the abductor muscle force produced a marginal decrease in the strain levels on all aspects of the femur as compared with the joint reaction force alone. This is in contrast with previous studies which have simulated an unconstrained femoral head. The inclusion of vastus lateralis and iliopsoas further reduced the strain levels. A horizontally constrained femoral head produces smaller variation in the strain levels when muscle forces are applied. In vivo data, demonstrating negligible movement of the femoral head in one-legged stance, support the results of this study and suggest that in the absence of comprehensive muscle force data, a constrained femoral head may provide a more physiologically relevant loading condition.     

基于CT灰度值赋值的股骨头坏死有限元模型对比

文题释义： CT灰度值赋值：此赋值法利用CT灰度的不同,将组织划分为不同的等级材料,利用数学公式将CT灰度值与弹性模量进行转换运算,将不同骨组织材料进行相应赋值,能够较真实的体现骨组织内部的复杂情况,使模型更加准确。 股骨头坏死应力集中：正常股骨头内应力延压力性骨小梁均匀分布在股骨头内,坚硬的股骨距承受大部分应力。股骨头坏死的应力因坏死区骨小梁的断裂、硬化带及肉芽带的形成无法均匀传导下行,股骨头负重区、坏死区应力分布不均匀出现多个应力集中区域,与正常股骨头不同的是,应力分散于股骨颈内外侧。 背景：目前研究股骨头有限元模型多采用单例或较少样本建模用于特定的生物力学研究,对于模型稳定性研究不多。 目的：以正常股骨头和股骨头坏死建模进行多样本的模型对照,通过应力分布规律和力学参数的对比,分析模型的准确性和稳定性,为股骨头坏死塌陷防治提供力学基础。 方法：选择20髋经1年非手术治疗稳定未塌陷的股骨头为实验组,20髋单侧股骨头坏死患者的健侧设为正常组。采集股骨头CT数据分别建立有限元模型,观察正常股骨头与股骨头坏死应力分布、股骨头负重区最大等效应力与最大总形变量,对比并统计分析。研究方案经中国中医科学院望京医院医学伦理委员会批准,患者签署知情同意书。 结果与结论：①建立了正常股骨近端、无坏死股骨近端和坏死骨有限元模型,单元数和节点数分别为       502 568±114 196、692 608±154 678,449 954±125 824、623 311±171 401,19 133±13 167、27 577± 19 131;②模拟单足站立位进行载荷设定的云图显示：当施以体质量2.5倍压强作用于股骨头负重区表面时,正常股骨头负重区表面应力均匀,应力延压力性骨小梁均匀分布在股骨头内,股骨距承受大部分应力;股骨头坏死负重区表面及坏死区出现应力集中区域,头内应力分散于股骨头颈交界,股骨颈内外侧应力相当,且股骨头坏死产生的形变多于正常股骨头;③股骨头坏死与正常股骨头的负重区最大总形变量分别为(4.14±1.31),(1.36±0.22) mm,最大等效应力分别为(1.94±0.77),(0.75±0.19)MPa,差异有统计学意义(P < 0.05),且两组数据偏于集中,模型稳定性较好。通过多样本的正常股骨头与股骨头坏死比较,证明了基于CT灰度值直接赋值反映了股骨头坏死的实际力学特性,具有较好的准确性和稳定性。ORCID: 0000-0001-5227-532X(薛志鹏);0000-0003-0831-1201(陈卫衡) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程     

大龄髋脱位儿童髋关节骨性形态研究及分析

目的应用CT的原始数据资料，结合反求工程软件．对大龄髋脱位儿童髋关节的病理形态结构做进一步的定量分析研究．以了解大龄髋脱位儿童髋关节的病理形态变化．探讨髋关节骨性形态的测量方法及意义．方法实验组共44个脱位髋，按照Tonnis分级标准分为2个亚组：半脱位组，共30个髋；全脱位组，共14个髋。单侧脱位患儿的“正常髋”为相对对照组．共41个髋。以Mimics软件读取CT原始数据．进行前处理．得到髋关节的点云数据，输入至反求工程软件Imageware中．对髋臼及股骨头的骨性关节面进行球面拟合．测定股骨头上下两部分对髋臼的匹配程度。结果大龄髋脱位儿童髋臼球面半径较乎、浅（全脱位组为27．470±6．299，半脱位组为24．340±2．637，对照组为21．710±1．975），股骨头发育小；3组中全脱位组表现得更加明显。实验组与对照组股骨头的上下两部分和骨性髋臼关节面匹配误差比较：全脱位组、半脱位组P〈0．001．对照组P〉0．05．显示股骨头上半部分对髋臼的匹配程度高于下半部分。结论髋脱位儿童股骨头上下两部分与髋臼的匹配差异提示了复位手术时股骨近端内翻截骨的必要性。适当的内翻截骨可以使匹配程度较高的股骨头上半部作为主要负重区。良好的球面匹配能获得良好的应力分布．从而减少或推迟骨关节炎的发生。     

股骨近端抗旋转髓内钉置入治疗老年不稳定型股骨转子间骨折

背景：股骨近端抗旋转髓内钉是在股骨近端髓内钉基础上设计的新型髓内固定系统,提高了抗旋转性和角度稳定性及抗切出能力。 目的：评价股骨近端抗旋转髓内钉置入治疗老年不稳定股骨转子间骨折的疗效。 方法：回顾性分析采用股骨近端抗旋转髓内钉置入治疗不稳定股骨转子间骨折56例患者的临床资料,对置入过程中细节、复位质量、螺旋刀片位置、置入后并发症和最终结果进行评价。 结果与结论：56例均采用闭合复位内固定,46例置入股骨近端抗旋转髓内钉过程顺利。置入后13个月：影像学评价显示骨折复位好44例,可12例;螺旋刀片位置42例位于股骨头中央,股骨头后下方12例,后上方2例;颈干角为(128±4.8)°。所有患者骨折在置入后3~6个月内愈合,50例患者肢体功能恢复到受伤前水平。无股骨颈切出和刀片进入髋臼并发症发生。说明股骨近端抗旋转髓内钉置入内固定适用于治疗老年不稳定股骨转子间骨折。