成人髋臼发育不良髋臼内壁内移截骨的有限元分析(英文)

背景:成人髋臼发育不良晚期并发髋关节骨性关节炎常需行全髋关节置换。由于不同患者髋臼病变的严重程度有很大差别,导致重建髋臼时难度明显增加,而髋臼内壁内移截骨能良好解决对臼杯假体的包容,但对截骨后髋臼内壁的内移范围仍存有争议。目的:通过计算机辅助设计有限元分析,寻找髋臼内壁截骨的合适内移范围。方法:利用SolidWorks2008软件建立髋臼发育不良骨盆的三维模型,模拟髋臼内壁内移截骨术式,使髋臼内壁骨从未完全陷入盆腔内保持2mm骨性接触处开始,逐渐内移至完全陷入盆腔内7mm处,每隔1mm为1个实验组,分成10个实验组。将每组髋臼人为划成4个象限,分别对各组假体髋臼-骨界面间进行计算机模拟对比力学实验分析,测量出髋臼假体-骨界面间的Mises应力及剪切应力值。结果与结论:第1,5,6,9,10组在后下、前上、前下3个象限内的Mises应力分布不均匀;第2,3,4,7,8组在后下、前上、前下3个象限内的Mises应力分布均匀,其中第4组Mises应力分布更为均匀。第2,3,4,7,8组在上述3个象限内的剪切应力分布均匀,第7,8组剪切应力最小。提示关节力在髋臼内的分布主要集中在后上象限,随着臼杯不断内移,臼杯与骨的接触面积会逐渐增大,从而增加接触面上的Mises应力,但剪切应力随髋臼内壁的内移而减小。因此髋臼内壁截骨合适的内移范围在未入盆腔内1mm到完全陷入盆腔1mm,最佳位置在完全陷入盆腔1mm处。     

髋臼发育不良者全髋置换中臼杯置入位置的力学分析

目的　利用三维有限元分析方法,研究髋臼发育不良患者加深磨锉假体置入部位的髋臼骨床、使臼杯假体内移置入对髋臼假体-骨界面间的应力分布情况的影响。  方法　选取髋关节发育不良患者的骨盆为实验对象,螺旋CT做全长连续扫描,然后利用计算机仿真技术对CT图像进行三维重建,建立髋关节发育不良骨盆模型。在计算机环境中对重建模型进行髋臼磨锉,臼杯假体不同程度内移植入的模拟手术,利用有限元分析软件SolidWorks对重建模型进行有限元网格化及力学分析。  结果　臼杯假体的内移使臼杯上缘处获得骨床包容,臼杯接触面积更大,单位面积所受应力相对较少。随内移程度加大,髋臼内壁骨质突破更为明显,使髋臼顶部应力集中及其余部分应力不均愈趋明显。  结论　髋臼加深磨锉臼杯内移植入有助于改善髋关节发育不良病例行髋关节置换臼杯的骨床包容,但随内移程度的加大,髋臼内壁突破,髋臼面的应力集中,髋臼的应力分布情况明显改变,应尽量减少穿破的程度。     

新型无柄股骨假体应力分布的有限元分析

目的　通过对比传统有柄股骨假体的应力分布来研究新型无柄股骨假体的生物力学性能。方法　利用真实人体股骨上端的CT扫描图像，建立完整股骨、两个或三个固定螺钉的无柄假体、传统有柄假体的三维有限元模型。模拟人单腿直立的载荷情况，分析和比较每种模型的Von Mises应力分布。结果　(l)无柄假体股骨上的Von Mises应力比传统有柄假体和完整股骨上的都要高；(2)与传统有柄假体相比，防止了应力遮挡效应的产生。(3)两个或三个固定螺钉的无柄假体在股骨的Von Mises应力分布上没有明显差别。结论　新型无柄假体可以防止应力遮挡效应，和传统有柄假体相比能够使股骨上的应力分布更加符合实际的生理情况。     

髋臼发育不良者全髋置换中置入不同直径髋臼杯的力学分析

背景：成人髋臼发育不良髋臼小而浅,臼内有大量骨痂和瘢痕组织等都为人工髋关节置换臼杯安装带来极大困难。臼杯安装后局部的力学变化关系到置换后假体松动的发生及使用寿命。 目的：利用三维有限元力学分析方法,对髋关节发育不良患者采用不同直径臼杯置入,观察对髋臼假体-骨界面间应力分布情况的影响。 方法：选取髋关节发育不良患者的骨盆为试验对象,用螺旋CT做全长连续扫描,然后利用计算机仿真技术对CT图像进行三维重建,建立髋关节发育不良骨盆模型。在计算机环境中对重建模型进行不同直径臼杯置入的模拟手术,利用有限元分析软件对重建模型进行有限元网格化及力学分析。 结果与结论：对于髋臼发育不良的病例,选择小直径臼杯可应对髋臼浅平、骨床骨量不足的缺陷而达到较好的臼杯骨床包容,但臼杯直径小致接触面小使单位面积应力升高;另一方面,大直径臼杯置入扩大磨锉髋臼骨床可引起髋内壁破损突破,导致应力(包括压应力及剪切力)增大及集中。由此推断,髋臼发育不良全髋关节置换时应在保证骨床包容的前提下选择较大直径的臼杯,有利于应力的良好分布,但应尽量避免或减少扩大磨锉髋臼骨床所致髋臼内壁的穿破。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;组织工程全文链接：     

有限元分析全髋置换术髋臼假体位置影响

目的　利用三维有限元仿真方法研究全髋关节置换术后假体位置对髋关节功能的影响,便于指导手术操作,并为临床提供评价标准。 方法　采用专门的生物力学有限元网格划分器从髋关节发育不良的CT扫描数据建立高度仿真的个性化髋骨三维有限元模型,并采用直接在真臼位置重建安放臼杯假体,将髋臼内壁打磨穿透进行内移安放,和髋臼上位方重建进行上移高位安放3种常见的临床手术方案,模拟臼杯假体位置对全髋关节置换术的影响。 结果　（1）直接在真臼位置安放的效果是最好的,出现应力集中和大剪切应力的可能性最小;（2）穿透内移安放的模拟应力分布略高于真臼位置;（3）而在上移高位安放的模拟则出现预测应力大幅增加的结果。 结论　全髋关节置换术中应尽可能在真臼位置重建和安放臼杯假体,以达到最优的应力分布和功能修复。     

全髋关节置换治疗CroweⅣ型成人髋关节发育性不良

背景：人工全髋关节置换为治疗髋关节发育性不良晚期患者的最佳选择,然而髋关节发育性不良的患者特别是CroweⅣ型因其髋关节解剖结构的显著异常,增加了手术难度且手术方法颇有争议。 目的：探讨人工全髋关节置换治疗CroweⅣ型成人髋关节发育性不良的疗效及髋臼重建与股骨侧处理的方法。 方法：纳入12例(14髋)CroweⅣ型成人髋关节发育不良患者进行人工全髋关节置换,Harris评分术前平均(35.0±6.8)分,髋臼侧采用小臼杯结合髋臼加深技术安置臼杯假体,股骨侧行转子下短缩截骨放置股骨假体,采用Harris评分评价置换后髋关节功能。 结果与结论：所有患者随访1-7年,平均4.6年,2例2髋发生置换过程中股骨大转子不全骨折,予钢丝固定。1例置换后出现坐骨神经刺激症状,1个月后恢复正常,无感染、假体松动及有明显临床表现的深静脉血栓形成等并发症。股骨侧截骨处均骨性愈合。置换后末次随访Harris评分平均为(84.0±7.0)分,置换后肢体延长4-6 cm,平均5 cm,短缩的肢体得到满意纠正。说明采用小臼杯、髋臼内陷技术、股骨短缩截骨对CroweⅣ型成人髋关节发育性不良患者行全髋关节置换能重建关节功能,恢复下肢长度,长期疗效有待于进一步观察。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;组织工程全文链接：     

含抗生素骨水泥股骨柄与非骨水泥髋臼金属托结合全髋置换治疗中老年股骨颈骨折内固定失败19例

背景：中老年股骨颈骨折内固定失败后的治疗充满挑战性,最佳治疗方法尚未达到一致。 目的：观察含抗生素骨水泥股骨柄与非骨水泥髋臼金属托组合的全髋关节置换治疗股骨颈骨折内固定失败的效果。 方法：纳入股骨颈骨折内固定失败后行人工全髋关节置换患者19例,假体均为含抗生素骨水泥股骨柄与非骨水泥髋臼金属托组合的全髋关节。髋臼侧采用生物性假体压配固定,股骨侧采用带抗生素骨水泥假体固定。12例选取金属-聚乙烯承重界面,7例选取陶瓷-聚乙烯承重界面。置换后随访,定期摄片监测假体位置,并指导功能锻炼,记录髋关节功能恢复状况。 结果与结论：手术时间(110±55) min,术中出血量(510±60) mL,置换后出血量(310±40) mL。切口均一期愈合,未见局部红肿,脓性渗出。双下肢畸形恢复,长度相差均小于1 cm。19例全部获得随访,随访期间所有病例均未见假体松动征象。置换后1年随访Harris髋关节评分显著高于置换前(P < 0.05),其中优10例,良8例,中1例,差0例,优良率为94.7%。提示全髋关节置换治疗股骨颈骨折内固定失败有一定困难,采用含抗生素骨水泥股骨柄与非骨水泥髋臼金属托组合,可加强围手术期处理以及针对性的功能锻炼,患者关节疼痛以及活动度可得到明显改善。     

全髋关节置换后髋关节内收外展活动范围计算

目的 探讨全髋关节置换术后髋关节内收外展活动范围与髋臼杯前倾角、股骨假体前倾角的关系.方法 人工髋关节不同臼柄水平截面摆动角的计算方法:①绘制臼杯截面分别为半圆、大于半圆、小于半圆的臼柄水平截面示意图;②设截面上股骨假体颈柄的宽度2 L,臼杯截面开口宽度为2 L',截面所在圆的半径为R;③求得臼杯截面大于半圆时摆动角、臼杯截面小于半圆时摆动角、臼杯截面等于半圆时摆动角.人工髋关节内收和外展时臼柄撞击平面位置的数学表达式:①假设臼杯(人工股骨头)的半径为R,股骨假体颈柄的半径为L,股骨假体前倾角为a,臼杯的前倾角为A;②通过复合函数求导数的方法确定人工髋关节内收和外展时臼柄截面摆动角最小值时的截面位置;③人工髋关节内收和外展时臼柄撞击平面位于旋转中心后方h ＝ sina√(R2-L2) + L(sinAR + sinaL)/ √(R2-L2),此时A∈[0,arcsin(cosa √(R2-L2)- sinaL)/R],且该撞击平面随A和或a的增大而逐渐后移至h ＝ Lcosa平面.推导人工髋关节内收和外展活动范围的计算公式.结果 人工全髋关节置换术后髋关节内收和外展活动范围ROM = 2{90° - arcsin (√1-[(sinAk+sina)2/cos2a(k2-1)]/ √k2-[(sinAk+sinak2)/√k2-1]2-arccos(√k2-[(sinAk+sinak2)/cosA √(k2-1)]2/ √k2-[(sinAk+sinak2) √k2-[(sinAk+sinak2)/ (k2-1)]2] }(k为头颈比).结论 全髋关节置换术后髋关节内收外展活动范围与髋臼杯前倾角、股骨假体前倾角呈负相关,与头颈比呈正相关.     

自体股骨头植骨生物型人工全髋关节置换治疗髋关节发育不良的疗效

背景：Crowe Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型髋关节发育不良患者真臼发育差,且受股骨头蚀损影响,外侧壁常有缺损,因此大部分患者均需采用自体植骨、假臼重建。 目的：观察生物型人工全髋关节置换治疗髋关节发育不良时采用自体股骨头植骨的临床效果。 方法：选择2007-03/2009-11四川省骨科医院髋部创伤科收治的髋关节发育不良继发骨性关节炎患者15例15髋,单侧患者双下肢不等长为(2.7±0.8) cm,置换前Harris评分为(41.6±12.8)分。术中15髋采用标准全髋关节置换,同时采用自体股骨头植骨重建髋臼旋转中心。置换后随访摄骨盆正位和患髋侧位X射线平片评价髋臼和股骨假体位置、植骨块愈合情况以及双下肢长度。 结果与结论：置换后切口均Ⅰ期愈合。患者均获随访,随访时间一两年,平均1年。置换后12个月X射线平片示植骨块均已愈合。末次随访时单侧患者双下肢不等长(0.8±0.3) cm,Harris评分为(89.3±6.5)分,与置换前相比,差异均有显著性意义(P < 0.05)。X射线平片示髋臼和股骨假体无移位,未见植骨块有明显移位和吸收塌陷征象。提示髋关节发育不良继发骨性关节炎行全髋关节置换时采用自体股骨头植骨有利于恢复髋臼旋转中心,提供良好髋臼固定。     

全髋关节置换术对股骨近端骨重建的影响

目的 采用Wolff骨重建理论分析全髋关节置换（total hip arthroplasty,THA）对股骨近端骨重建进程的影响。方法 根据骨重建控制方程,利用Python语言编写骨重建程序。在ABAQUS软件中分别建立术前股骨模型与术后股骨及假体有限元模型。对比THA手术前后骨重建进程,分析假体植入对THA术后中远期股骨力学性能的影响。结果 假体植入后,股骨近端应力持续降低,受力点由股骨头转移到假体,出现明显的应力遮挡现象。应力遮挡区域内骨丢失现象严重。股骨干皮质骨变薄,应力遮挡有所缓解。假体底端内侧受挤压,应力显著高于外侧,此处骨质分布不均。结论 THA术后股骨近端内侧出现明显的应力遮挡,导致骨丢失,造成假体松动;假体底端两侧应力水平存在差异,引起骨质分布不均,导致假体与股骨配合不紧密,造成术后患者大腿中段的疼痛。     

骨小梁结构髋臼杯和实体结构髋臼杯的三维模型仿真分析

文题释义： 骨小梁结构：骨组织包括皮质骨和松质骨，松质骨由一系列小梁骨组成。骨小梁在人体内分布广，呈疏松多孔的网状结构，骨的这种结构使得骨能够承受来自各个方向的载荷，并将载荷分散化，减少集中载荷对骨的不良影响。 有限元分析：有限元分析是一种数值分析方法，它的根本思想是离散化。即利用简单而又相互作用的元素(即单元)，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。有限元数值模拟技术是提升产品质量、缩短设计周期、提高产品竞争力的一项有效手段，所以，随着计算机技术和计算方法的发展，有限元法在工程设计和科研领域得到了越来越广泛的重视和应用，已经成为解决复杂工程分析计算问题的有效途径。 背景：髋关节置换是治疗股骨头坏死、骨性关节炎、髋关节发育不良以及老年股骨颈骨折等髋关节疾病最有效的方法，因此有必要对髋关节置换的生物力学行为展开研究。 目的：采用有限元仿真的方法模拟髋关节置换后骨小梁结构髋臼杯和实体结构髋臼杯模型的接触应力和米氏应力大小和分布情况，分析其对假体及髋关节的影响。 方法：通过3-Matic Research 11.0软件设计了2种不同结构的髋关节假体组件模型：骨小梁结构髋臼杯和实体结构髋臼杯模型。并将设计好的模型经Hypermesh 14.0软件划分网格并赋予材料属性，最后导入有限元分析软件Abaqus 6.13软件中仿真分析，比较相同状态下2种髋臼杯的应力值和应力分布情况。 结果与结论：骨小梁结构髋臼杯的应力呈散点状分布，分布范围广。实体结构髋臼杯容易出现应力集中现象，应力分布集中在受力点附近。骨小梁结构髋臼杯相对于实体结构髋臼杯而言，应力分布范围更大，应力分布更均匀，从而可以减轻髋关节假体之间的磨损，降低髋关节假体发生无菌性松动的风险。 ORCID: 0000-0003-4612-6111(王晖) 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     

两种非解剖复位内固定Pauwels Ⅲ型头下型股骨颈骨折的有限元分析

目的通过三维有限元法对"阳性支撑"和"阴性支撑"两种非解剖复位内固定Pauwels Ⅲ型头下型股骨颈骨折进行生物力学比较,并为临床应用提供理论参考。方法将25岁男性青年健康股骨CT数据及PH螺钉数据导入相关软件,分别建立Pauwels Ⅲ型头下型股骨颈骨折的"阳性支撑"和"阴性支撑"两种非解剖复位三维模型,再通过PH螺钉系统行内固定。应用有限元分析法在相同加载和约束条件下模拟"单腿站立"、"行走"两种工况。评价和比较"阳性支撑"组和"阴性支撑"组骨折端最大位移、股骨最大应变、内固定最大应力等指标。结果在两种工况下,骨折端最大位移"阳性支撑"组和"阴性支撑"组在"单腿站立"、"行走"两种工况下分别为0.87 mm和1.38 mm,股骨最大应变分别为1.27 mm和1.98 mm,1.77e~(-2)和2.47e~(-2),1.89e~(-2)和2.12e~(-2),内固定最大应力分别为304.47 Mpa和359.03 Mpa,362.24Mpa和391.52 Mpa。结论本研究通过有限元分析方法证实了Yechiel Gotfried复位理论适用于Pauwels Ⅲ型头下型股骨颈骨折该型骨折,"阳性支撑"复位较"阴性支撑"复位具有生物力学优势。     

股骨近段CT扫描与全髋关节置换的术前计划

背景：做好全髋关节置换前假体型号预测的前提是对股骨近段的充分了解和精确测量,但X射线片仅提供一个平面图像,不能了解股骨近段横断面的情况,而股骨上段CT扫描可以提供更多信息。 目的：观察股骨近段CT扫描在全髋关节置换前计划中的作用。 方法：对61例进行初次全髋关节置换的患者行股骨近端CT扫描,选取股骨小转子最突出处上方2 cm股骨颈平面(T20)、股骨小转子最突出点处的股骨转子区平面(T0)和股骨干髓腔最狭窄处平面(N)的横断面CT影像。测量股骨颈平面髓腔长径、宽径、内侧径;小转子平面髓腔长径、内侧径;股骨峡部平面髓腔长径、宽径、皮质厚度。 结果与结论：股骨颈T20长径40.8~63.3 mm,平均(49.6±5.1) mm;T20宽径13.3~29.1 mm,平均(22.4±3.4) mm;T20内侧径7.2~14.6 mm,平均(10.6±1.6) mm。股骨转子区T0长径20.5~40.2 mm,平均(28.7±4.4) mm;T0内侧径4.3~13.0 mm,平均(8.1±1.7) mm。股骨峡部N长径8.2~22.4 mm,平均(14.1±3.1) mm;N宽径6.1~17.9 mm,平均(10.2±2.9) mm;N皮质厚度2.7~12.7 mm,平均(7.5±1.8) mm。提示股骨近端CT扫描可以提供更多的影像信息和更精确的测量数据,对全髋关节置换前计划有所帮助。     

髋臼后壁软骨面平行角重建螺钉置入安全性的CT扫描图像分析

目的　通过三维CT和计算机软件分析以髋臼后壁软骨面平行角为参考时螺钉置入的理想位置、方向和长度,以指导手术和导向器研发。 方法　回顾性分析2008年7月至2016年7月我院收治的不稳定髋臼后壁骨折螺钉、钢板双重固定患者15例,男11例,女4例;年龄21～52岁,平均36.5岁,对比双侧髋臼CT图像评估手术的复位效果,计算机软件统计分析以髋臼后壁软骨面平行角为参考时螺钉置入的理想位置、方向和长度,并区分后壁螺钉置入的相对危险区和相对安全区。 结果　髋臼后壁危险区宽度对照组为（9.56±1.74）mm,手术组为（9.57±1.71） mm,安全区宽度对照组为（31.34±2.73） mm,手术组为（31.53±2.60） mm;髋臼后壁软骨面平行角对照组为（63.05±3.89）°,手术组为（62.33±3.46）°,相对螺钉长度对照组为（31.36±2.75）mm,手术组为（31.67±2.61） mm;上述参数差异均无统计学意义（P>0.05）。 结论　所有病例手术复位效果良好,髋臼后外侧壁靠近髋臼缘侧1/4（约1 cm）范围内为螺钉置入的相对危险区,而位于内侧3/4（约3 cm）范围内为相对安全区域;髋臼后壁软骨面平行角约60°,螺钉相对长度约为3.1 cm,当长度超过3.1 cm左右,角度大于60°,且位于危险区时螺钉进入关节腔风险性增大,而螺钉以小于或等于60°角度在相对安全区内置入可避免螺钉进入关节腔。     

Fixation of the acetabular cup in cemented total hip replacement: improving the anchorage hole profile using finite element method.

Long-term studies have shown that failure of the acetabular component in total hip replacement increases exponentially ten years following surgery and occurs mostly at the bone-cement interface. During the cemented fixation of the acetabular cup, straight anchorage holes, 3-15 mm diameter and 3-20 mm deep, are drilled in the acetabulum in order to increase torsional resistance at the bone-cement interface. The aim of this paper is to provide guidelines for improving the profile of anchorage holes. Results from our finite element models show that the efficiency of anchorage holes may be improved if they are drilled perpendicularly to the acetabulum floor and if they have chamfered necks. A 10 degree inclination of the anchorage hole increases Von Mises stress in the cement mantle by 6% while creating chamfered anchorage holes, instead of straight holes, decreases it by 14%. Increasing depth of anchorage holes does not improve efficiency.     

臼杯边缘与髋臼骨性边缘位置关系影像解剖学研究

目的　利用影像资料构建骨盆三维模型,探究臼杯边缘与髋臼骨性边缘的解剖位置关系,辅助全髋关节置换术中徒手臼杯定位。 方法　选取正常髋臼及Crowe Ⅱ/Ⅲ型DDH患者髋臼的CT断层图像,使用三维规划软件BOHOLO模拟全髋关节置换术植入目标臼杯（方位：前倾角20 °,外展角40 °,骨床-臼杯覆盖率＞75%）,在右侧髋臼的1、4、7、10点钟4个方向,测量臼杯外露长度即臼杯边缘与髋臼骨性边缘的距离,并作统计分析。 结果　对于正常髋臼及Crowe Ⅱ/Ⅲ型DDH髋臼,臼杯目标方位的垂直高度分别为（16.26±0.93）mm,（22.09±4.10）mm;各方向髋臼边缘外露长度,髋臼正常组与DDH组有统计学差异（P＜0.05）,正常髋臼后下壁（右髋7点钟,左髋5点钟）的外露长度为（9.71±1.68）mm,变异度较小,不同性别、年龄无明显差异。 结论　髋臼后下壁的外露长度可作为正常臼杯定位相对恒定的解剖学参照,据此原位重建臼杯可获得满意的骨床-臼杯覆盖率,而对于Crowe Ⅱ/Ⅲ型患者,各向髋臼骨缘外露长度的变异较大。     

保留髋臼杯骨水泥聚乙烯内衬置换的髋臼侧翻修

BACKGROUND: Although cementation of polyethylene liner into a well-fixed metal shell during the revision surgery has several advantages compared to total acetabular revision, there are some disputes about its clinical outcomes, especially regarding the re-revision rate and the prosthetic survivorship. OBJECTIVE: To evaluate the clinical outcomes and safety of cementation of polyethylene liner into a well-fixed acetabular cup in the revision after total hip arthroplasty with retained stable cup. METHODS: Between March 2012 and November 2014, nine patients underwent revision after total hip arthroplasty with cementation of polyethylene liner into a well-fixed acetabular cup. There were 1 male and 8 females, aged 43.7 years on average. The time was 9.4 years on average from the primary total hip arthroplasty to revision. Harris Hip Score and prosthesis X-ray films were compared after revision. The effects and safety of cementation of polyethylene liner into a well-fixed acetabular cup were further evaluated.  RESULTS AND CONCLUSION: Nine patients were followed up for 8-37 months. The Harris hip scores before revision was (49.54±18.28) points previously, and (84.82±10.59) points during final follow-up (t=6.377, P < 0.05). One patient had re-revision surgery because of recurrent dislocation. There were not complications in other patients, resulting in failure rate of 11%. These results indicated that polyethylene liner cementation technique is safe and effective when the well-positioned and well-fixed acetabular cup retained.