股骨柄髓外设计对髋关节接触力影响的骨肌多体动力学研究

目的 探讨全髋关节置换(total hip arthroplasty, THA)假体股骨柄颈干角、偏心距和前倾角等设计参数对髋关节接触力的影响。方法 基于AnyBody软件建立THA骨肌多体动力学模型,参数研究股骨柄颈干角在±10°、偏心距在±20 mm和前倾角在±10°内变化时单因素或多因素对髋关节接触力的影响规律。结果 偏心距减小20 mm,最大髋关节接触力增加26.08%。颈干角增加10°,最大髋关节接触力增加5.99%。前倾角增加10°,会减小步态周期0%～24%时髋关节接触力,峰值减小19.16%;但会显著增加步态周期38%～70%时髋关节接触力,峰值增加67.78%。结论 在进行股骨柄髓外个性化设计时,在重建患者解剖参数的基础上,可以适当增加股骨柄的偏置距离,减小颈干角和前倾角,以避免增加髋关节受力。     

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。     

一种新型髋关节假体柄的生物力学设计

目的 基于一种新型髋关节假体柄设计,分析其在站立、行走、跑步和坐姿工况下的应力分布差异。 方法 基于人体 CT 数据,建立 7 组不同柄植入后的髋关节模型,利用有限元分析方法计算不同工况下假体柄和股骨应力情况。 结果 与植入传统假体柄相比,站立时新型假体柄植入后假体柄应力峰值降低 23%、股骨应力降低 72%。 7 种假体柄结果显示,假体柄高度为 86. 5 mm 的新型设计最符合患者需求。 多工况结果显示,患者处于坐姿,柄承受应力最小,使用寿命更长。 结论 新型假体柄有助于延长假体使用寿命,减小骨损伤风险。 髋关节假体模型为后期柄的设计及患者术后康复提供科学理论支撑。     

股骨偏心距重建对人工全髋关节置换术后功能的影响

目的　分析重建股骨偏心距对人工全髋关节置换术后关节功能的影响。 方法　作者选择2005年01月至2008年01月间行初次单侧人工全髋关节置换术患者68例,随访时间9~24个月,平均19.2个月。手术均采用髋关节前外侧入路,使用Zweymüller双锥形螺旋臼及SL-PLUS矩形直柄（颈干角135°,股骨头假体的直径均为28 mm）。对比术前术后双髋关节正位X线片,测量股骨偏心距、髋外展肌力臂及双下肢长度,记录手术前后髋关节活动度及Harris评分,应用SPSS13.0统计软件分析股骨偏心距与其他指标的相关性。 结果　①股骨偏心距与髋外展肌力臂具有正相关性（r=0.534,P<0.001）。②髋关节术后活动度、Harris评分与股骨偏心距均存在明显回归相关关系（r=0.403,0.344,P<0.001）。③股骨偏心距重建与否对下肢长度的影响存在显著性差异（x2=4.23,P<0.05）。 结论　在人工全髋关节置换术中,重建股骨偏心距可增加髋外展肌力,改善髋关节的活动功能及稳定性。     

人工髋关节置换前后股骨及假体的生物力学分析

目的:研究人工髋关节置换前后股骨及假体的应力分布以及假体设计参数对应力的影响。方法:建立股骨和假体有限元模型,分析在步行峰值关节载荷和主要肌肉载荷作用下,完整股骨和置换后股骨及假体的应力水平。结果:完整股骨中上部内侧受压应力,外侧受张应力,中下部外侧受压应力,内侧受张应力,股骨应力峰值位于中下部;置换后股骨受力总体模式不变,近端应力遮挡显著。随颈干角增加,假体及股骨应力水平降低;柄长对假体应力影响不大,股骨上的应力随柄长增大略有增加。结论:假体设计时可适当增大颈干角,在骨组织条件允许的情况下可适当增加假体柄长,以减轻术后的应力遮挡效应。     

个性化钛合金短柄股骨假体的生物力学研究

目的通过有限元方法评价个性化钛合金短柄股骨假体的生物力学性能。方法在已验证有效性的股骨有限元模型基础上,模拟股骨颈基底部截骨,通过置入不同短柄股骨柄假体,分别建立4种人工髋关节置换(total hip replacement,THR)手术模型:SMF柄模型(模型A)、BE1柄模型(模型B)、MINI柄(模型C)、个性柄模型(模型D)。对4组THR模型施加同样的载荷和约束,计算分析模型von Mises应力分布和变形,比较各组模型的力学稳定性。结果所有THR模型变形都比生理状态模型要小。模型B、C变形量接近,模型A、D变形量接近。模型C应力峰值高于其他组模型,达到95.55 MPa,整体应力趋势是模型C模型B模型D模型A生理状态模型。结论个性化短柄股骨假体应力峰值、应力分布与SMF柄相当,应力分布合理,对股骨近端应力遮挡小,应力下假体整体变形度及剪切应力最小,其有效性和稳定性能满足人体生物力学要求,可为关节外科医生和假体研发人员提供参考。     

髋关节的几何参数测定

髋关节是人体的重要关节。在人工髋关节置换中,假体与股骨间匹配程度是影响其长期疗效的重要因素［１－４］Ｅｎｇｈ［２］等发现假体与股骨间匹配紧密的患者Ｄ’Ａｕｂｉｇｎｅｓｃａｌｅ得分较高。Ｓａｌｚｅｒ［５］等在对三种非骨水泥假体的研究发现,在下沉１０ｍｍ以上的假体中２５％与髓腔不匹配有关。Ｃｒｏｗｎｉｎｓｈｉｅｌｄ［６,７］用三维有限元分析来估算人工关节柄长度横截面等几何尺寸范围以及骨水泥和假体柄应力分布,发现将股骨假体柄长度从１００增加至１３０时,最大拉伸应力增加３１％,同时在骨水泥中的最大压应力…     

全髋关节置换术治疗成人发育性髋关节发育不良的难点及处理策略

发育性髋关节发育不良（developmental dysplasia of the hip, DDH）是成人继发性髋关节骨关节炎的最常见病因之一,早期干预不及时或治疗不当常引起髋关节严重畸形,晚期致残率较高。全髋关节置换术（total hip arthroplasty, THA）是治疗晚期成人DDH较有效的方法,但是由于髋臼和股骨近端解剖形态病理性异常使THA手术难度较大。本文就DDH的分型、手术难点及处理策略等结合近年来相关文献报道进行综述,以期为THA治疗成人DDH提供一定的理论依据。     

人工股骨柄形状和表面处理对置换术后假体和人体股骨应力分布影响的有限元分析

目的建立人工髋关节置换术后的三维有限元模型,分析研究人工股骨柄、骨水泥和人体股骨的应力分布。方法应用三维重建软件及Pro/Engineer建模软件和ABAQUS有限元分析软件计算分析人工股骨柄中空形状和柄部预处理范围对置换术后假体和人体股骨应力分布的影响。结果(1)倒立圆锥形中空特征的骨水泥固定型股骨柄的应力最小,其股骨柄周围骨水泥近端应力亦较低。(2)具有上涂层骨水泥的股骨柄可使骨水泥近端产生的应力减小,且股骨柄与骨水泥二者之间的剪力和相对滑动亦较小。(3)随着非骨水泥固定型股骨柄微孔涂层范围的增加,人体股骨上的应力范围下移,人体股骨近端的应力减小。结论(1)采用倒立圆锥形中空特征的人工股骨柄有助于降低人体股骨近端与假体接触区的应力遮挡效应。(2)采用股骨柄上涂层骨水泥的方法,可增强股骨柄与骨水泥界面的结合强度,有利于降低人工髋关节置换术后的假体松动。(3)非骨水泥固定型股骨柄微孔涂层范围对人体股骨的应力有明显的影响,微孔涂层范围过大不利于保持适中的人体股骨的应力和股骨柄的固定。     

内侧突出技术对成人发育性髋关节发育不良患者全髋关节置换术后髋关节外展肌力恢复的影响

目的 评价内侧突出技术对成人发育性髋关节发育不良（developmental dysplasia of the hip, DDH）患者THA术后外展肌力恢复的影响。方法 回顾性分析2012年1月至2021年12月于武汉大学人民医院因DDH、股骨颈骨折、股骨头坏死及髋关节骨性关节炎行单侧髋关节置换116例患者，将患者分为DDH组（52例）及非DDH组（64例）。在术前，术后1、4、24及48周进行临床数据采集，具体包括Harris评分、VAS疼痛评分、双侧髋关节外展肌肌力矩比（HAMMR）。通过骨盆正位平片测量髋关节旋转中心内移距离，比较两组间外展肌力矩差异。结果 患者随访时间12 ～ 18个月，平均随访时间14.3个月，其中DDH组52例患者髋关节Harris评分从术前（39.6±7.9）分改善至术后12个月（85.1±6.2）分，差异具有统计学意义（P＜0.05）。DDH组52例患者髋关节旋转中心内移距离平均（15.5±6.0） mm，最小内移距离8 mm，最大内移距离24.4 mm，其中Crowe Ⅰ型24例，Crowe Ⅱ型19例，Crowe Ⅲ型9例，DDH组患者术后6个月及12个月HAMMR分别为（85.3±7.4）%及（93.9±3.6）%，较术前显著改善（P＜0.05），提示患侧外展肌力恢复接近对侧水平（100%）。通过皮尔逊相关性分析，旋转中心内移距离与HAMMR无明显相关性（r=-0.061，P=0.665＞0.05）。对DDH组与非DDH组间HAMMR进行独立样本t检验发现，在术后1、5、12个月HAMMR比较，差异均无统计学意义（P＞0.05）。结论 DDH患者行THA术应用内侧突出技术，在有限范围内移旋转中心（内移距离不超过24.4 mm），对术后6个月后髋关节外展肌力的恢复无明显影响，术后髋关节功能及外展肌力得到明显改善。     

术前测量预估DDH患者全髋置换术后股骨柄前倾角方法

目的根据生物型股骨柄设计原理,通过比较全髋置换术(total hip arthroplasty,THA)术前不同CT平面测量所得股骨前倾角与术后股骨柄前倾角,找到术前测量预估发育性髋关节不良(developmental dysplasia of the hip,DDH)患者THA后股骨柄前倾角方法。方法选取2007年9月～2013年5月在上海交通大学医学院附属第九人民医院行初次THA符合DDH诊断的患者21位(28髋),术前及术后均行CT扫描,术前选取头下平面、小粗隆平面和小粗隆平面上1 cm及2 cm 4个平面的前后皮质角平分线与股骨远端内外侧髁最大时后缘连线的夹角,以及大、小粗隆顶点中间平面后侧皮质切线与小粗隆中心上2 cm平面前侧皮质切线的角平分线与股骨远端内外侧髁最大时内外侧髁后方连线夹角(分别记为股骨前倾角1～5)。术后选取股骨柄假体最长水平层面,测量假体前后对称轴线与股骨远端内外侧髁最大时后缘连线的夹角作为术后股骨柄前倾角。同时测量髋臼杯假体前倾角、股骨假体矢状位矢状倾斜角度。比较术前各个股骨前倾角与术后股骨柄假体前倾角并进行相关性分析。结果股骨前倾角1～5分别为17.70°±10.54°、35.59°±7.21°、31.09°±7.98°、24.71°±9.11°、21.94°±10.10°。股骨柄假体前倾角为20.52°±10.90°。术后假体柄前倾角与股骨前倾角1～4之间差值分别为2.82°±6.27°、-15.08°±7.99°、-13.80°±15.68、-4.19°±5.69°、-1.42°±4.07°,髋臼假体前倾角为25.60°±11.65°,术后复合前倾角为46.11°±13.28°,假体矢状倾斜角为1.13°±1.53°。术前股骨前倾角1～4与术后假体前倾角均有统计学差异(P0.05),股骨前倾角5与术后假体前倾角无统计学差异;术前各前倾角与术后假体前倾角相关系数分别为0.829、0.681、0.689、0.853、0.928。结论股骨前倾角5与术后股骨柄前倾角具有高相关性,可作为替代股骨柄前倾角的有效方法。     

人工髋关节无菌性松动失效的生物力学分析与诊断推理

目的研究人工髋关节置换术后无菌性松动失效的力学机理以及引发松动的具体原因,提出对临床中发生无菌性松动事件进行失效诊断的具体方法。方法从骨水泥层强度、界面微动、应力遮挡、磨损与骨溶解等生物力学角度对无菌性松动的成因进行研究,分析无菌性松动失效与产品、临床和患者等因素的关系,并研究翻修术前检测松动的方法。结果提出无菌性松动失效原因推理路线图,成功利用荧光透视分析(fluoroscopic analysis,FSA)技术在翻修术前对无菌性松动进行了在体测定。结论无菌性松动失效分析推理路线图可以帮助展开失效事件的原因挖掘,应用FSA方法可以对松动进行在体测定与确认,辅助医生开展人工髋关节置换术后无菌性松动失效的诊治。     

用便携式步态分析仪评估全髋关节置换术手术效果

目的通过比较全髋关节置换(total hip arthroplasty,THA)病人手术前后的步态变化,评估THA手术和康复效果。方法应用IDEEA便携式步态分析仪(Mini Sun公司,美国)测试7例THA患者手术前以及手术后25周自然行走时的步态,获得单腿支撑(single leg support,SLS)和双腿支撑(double-leg support,DLS)时间、SLS/DLS、跨步长、落腿强度等步态参数,并采用SPSS 16.0和Excel 2010对数据进行统计学分析。结果 THA患者术后健侧腿SLS比术前明显下降(P0.05);半数以上THA患者患侧腿SLS术后比术前降低,健侧腿DLS、SLS/DLS术后比术前明显下降,患侧腿术后落腿强度比术前增加。结论健侧腿SLS可作为评估THA手术效果的一个敏感性指标。应用便携式步态分析系统定量反映受试者的步态,是一种无创、可方便用于临床评估手术效果的方法。     

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。     

低浓度肾上腺素对减少全髋关节置换术中骨水泥植入综合征的影响

目的:探讨低浓度肾上腺素生理盐水混合液(1∶500 000)髓腔冲洗填塞法对全髋关节置换术(total hip replacement,THR)过程中生命体征及骨水泥植入综合征(bone cement implantation syndrome, BCIS)的影响.方法:将1 52名拟行THR的患者随机分为观察组(76例)和对照组(76例),其中对照组使用生理盐水冲洗及纱布填塞骨髓腔,观察组使用低浓度肾上腺素生理盐水混合液冲洗及纱布填塞骨髓腔,收集并比较两组患者在髓腔冲洗填塞后(T0)、骨水泥注入时(T1)与注入后5 min(T2)、10 min(T3)的生命体征变化情况及BCIS的发生率.结果:观察组在T1,T2的心率、收缩压、指尖血氧饱和度均明显高于对照组(P＜0.05),重复测量方差分析结果显示,两组在不同时间点的心率、收缩压、指尖血氧饱和度的组内效应、时间效应、交互效应均具有统计学意义(P＜0.05),在舒张压及中心静脉压的时间效应具有统计学意义(P＜0.001);观察组在呼吸窘迫、低氧血症和低血压性休克的发生率明显明显低于对照组(P＜0.05).结论:低浓度肾上腺素髓腔冲洗填塞法有利于维持患者在骨水泥植入过程中的生命体征稳定,减少BCIS的发生,对于确保THR患者的手术安全具有积极的促进作用.     

动力髋部螺钉与股骨近端髓内钉固定不稳定股骨转子间骨折的生物力学比较

目的 比较动力髋部螺钉（dynamic hip screw, DHS）与股骨近端髓内钉 (proximal femoral nail, PFN)固定不稳定型股骨转子间骨折的生物力学稳定性。方法8对新鲜冰冻人体股骨标本行标准4部分截骨术,每对分别以DHS及PFN固定后分为DHS组及PFN组,行生物力学测试。在持续加载负荷（200、400、600、800、1 000、1 200和1 400 N）后测量骨折端分离移位程度以反映内植物的稳定性。每个标本重复加载5次,计算其平均值后绘制载荷-距离曲线,并计算刚度值。设定最初载荷为1 400 N,加载速度10 N/s,每次加载600 N,当压力逐渐增加至最高值时停止,维持10 s后压力逐渐减小至0 N。记录内固定失败时加载的最大压力值作为内植物最大强度。结果 所有标本均顺利完成测试,内固定物均无断裂。在不同负荷下DHS组位移变化值与刚度值平均值分别为 (3.92±2.21) mm和(215.28±58) N/mm;PFN组分别为(4.22±1.80) mm和(197.06±34.20) N/mm,两组比较均无统计学差异性(P>0.05)。PFN组为钉尾端发生新的骨折;DHS组均为钢板远端皮质螺钉处发生骨折,并无螺钉切出股骨头。PFN组内固定失败时平均载荷为(4 312±560) N, DHS组(3 954±520) N,两组比较无统计学差异(P>0.05)。结论PFN与DHS治疗不稳定型股骨转子间骨折在强度及轴向稳定性上并无本质性差别。临床上需根据具体骨折情况选用合适的内固定材料,治疗中应尽量做到解剖复位,对于难以解剖复位者要力争恢复内后侧骨皮质的连续性。     

含锶羟基磷灰石骨水泥强化动力髋螺钉的极限载荷性能测试

目的测试采用含锶羟基磷灰石骨水泥(Sr-HAC)强化动力髋螺钉(DHS)固定股骨粗隆间骨折后的极限载荷性能。方法 18具老年人骨质疏松股骨标本,随机分成三组,每组6例,对照组(正常标本),其中二组制成EvansⅢ型骨折模型,一组应用DHS固定,另一组应用Sr-HAC强化DHS固定,测量各组的最大载荷。结果正常标本组的极限载荷最大,Sr-HAC强化DHS内固定股骨粗隆间骨折的极限载荷次之,单纯DHS内固定组的极限载荷最小,其中Sr-HAC强化DHS组与单纯DHS内固定组相比差异有统计学意义(<0.05)。结论采用Sr-HAC DHS内固定,能提高DHS的极限载荷,可能减少内固定的失败。     

全髋关节置换术后脱位的风险分析

目的探讨分析全髋关节置换术后常见的脱位失效的风险。方法利用光学运动捕捉系统对正常人群进行日常行为的下肢运动学测量,设计并开发可视化髋关节假体运动分析软件。利用该软件测量不同设计参数的髋关节假体的最大安全活动范围,分析臼杯假体和股骨柄假体的相对运动关系,判断假体的活动安全性。结果利用测量得到的人体行为运动学数据,通过软件对比天然髋关节的活动度与全髋关节置换术后的活动范围,获得了髋关节假体脱位与人体行为运动的关系,并检测了植入假体的脱位风险。结论全髋关节置换术后的高屈曲动作脱位风险较大,尤其是下蹲、下跪动作。