髋臼区域松质骨骨小梁束的大体分布及力学

背景:虽然目前已采用多种力学研究方法对骨盆的力学特性进行了大量的研究,但是该区域的确切应力分布仍不甚明了。目的:观察髋臼区域骨小梁的大体分布状况并与现有生物力学研究结果对比。方法:采用4具干燥骨盆标本,取其两侧髋骨分别按照髋臼边缘构成的平面及闭孔平面进行切割,观察其切面的骨小梁分布模式以了解了解髋臼区域骨小梁的大体分布状况。结果与结论:髋骨骨小梁可分为:①骶耻束:从耳状面及髂后上棘髂后下棘发出沿弓状线到达耻骨联合,部分骨小梁终止于髋臼后上方。②髂臼束从从耳状面坐骨大切迹发出到达髋臼后上部,位于骶耻束浅层。③髂坐束:从髂结节发出到达坐骨结节,部分骨小梁终止于髋臼前上方。其中骶耻束与髂坐束相交于臼顶,在坐骨大切迹、髂耻隆起及骶耻束与髂坐束相交部位骨质致密。总体上人类髋骨骨小梁主要由髂臼束、骶耻束与髂坐束构成。在坐骨大切迹、髂耻隆起及骶耻束与髂坐束相交部位骨质致密。这与现有研究中髋臼区域的应力分布负荷基本吻合。     

超声测量孕妇骨盆180例分娩方式分析

目的：探讨产前应用超声测量孕妇骨盆骶耻径（入口前后径）、胎儿双顶径的临床价值。方法：回顾180例临产孕妇产前1周进行超声测量孕妇骨盆骶耻径、胎儿双顶径的参数,寻找相关因素。结果：180例顺产孕妇的骶耻径与胎儿双顶径差值（骶顶径）范围19-29.7 mm。141例阴道顺产者,骶顶径在23 mm以上;39例被临床拟诊头盆不称而行剖宫产孕妇的骶顶径小于22 mm以下。结论：临产前超声测量孕妇骶耻径及胎儿双顶径可作为产前头盆筛查检测方法,根据骶顶径值来协助临床拟诊分娩方式,降低剖宫产率。     

构建前柱钢板髋臼区安全置钉的三维模型

背景：切开复位钢板置入内固定治疗髋臼前柱骨折时,螺钉穿入关节面的情况时有发生,为预防该并发症,对前柱钢板技术髋臼区安全置钉的定量解剖学测量非常有必要。 目的：为前柱钢板髋臼区安全置钉提供解剖学依据。 方法：利用Mimics软件对40例男性、40例女性骨盆CT进行三维重建,使用软件的切割工具制作前柱髋臼系列断面。使用软件测量工具,对各断面上不同进钉点的安全进钉方向及长度进行测量。将数据输入 SPSS 13.0软件进行统计学分析。 结果与结论：髋臼前后缘、前缘到髂耻隆起的距离,分别为男性（56.63±2.05） mm,（12.30±1.51） mm;女性（49.07±5.07） mm,（16.93±1.74） mm;髋臼后缘到髂耻隆起的距离为男性（45.46±3.44） mm,女性（33.72±6.85） mm。螺钉在矢状面与髂骨板的夹角为男性（72.17±0.93）°,女性（81.05±0.92）°。B、C和D各断面,斜冠状面上螺钉与髂骨板的最大夹角分别为男性（53.88±3.01）°,（43.22±1.86）°,（54.60±2.97）°;女性（49.54±1.81）°,（39.10±1.22）°,（47.91±2.23）°。提示利用三维模型测量前柱髋臼区解剖特点,对于前柱骨折钢板置入内固定过程中避免螺钉进入关节有重要的指导意义。     

骨盆髋臼模型不同加载方式的力学变化及其临床意义

目的：对模仿站立及坐位两种状态对骨盆髋臼加载后进行三维有限元模型力学分析，观察相关力学参数变化。 方法：①湿髋臼标本模型来源于解放军第二军医大学解剖学教研室。髋臼：对一具成年湿骨盆尸体标本行CT扫描成像得到每层横截面图像，提取边界坐标，利用有限元分析软件ANSYS5．6构建髋臼三维模型，并划分为121 239个结点、112 491个单元。同时将骶髂关节和耻骨联合部位锁定，模仿站立位对髋臼加载，力的方向按股骨颈力线方向．大小为400N（约80kg体质量一半）。分析加载后髋臼的三维力场分布。②骨盆模型：2004-08从自愿者中随机选取正常成年男性，然后行CT扫描。CT扫描范围从第3腰椎至坐骨结节，将扫描后图像用ANSYS5．6软件构建正常骨盆模型，并划分为356 710个单元格。固定好正常骨盆模型的两侧坐骨结节，模仿坐位对骨盆加载，于腰椎上施加一竖直向下的力，大小为500N，方向与Z轴相反，通过有限元分析计算获取应力分布图像。 结果：①髋臼三维有限元模型模仿站立位加载后在耻骨支、坐骨支、方区部、骶髂关节部、髋臼后壁部有较高应力出现，单元结构所受到的平均等效应力为（11．578-23．437）MPa。②骨盆三维有限元模型模仿坐位加载后在骶髂关节及坐骨结节部有较高应力出现，单元结构所受到的平均等效应力为（15．734-20．286）MPa。 结论：实验结论提示，骨盆髋臼骨折的内固定应强调以满足术后早期卧床功能训练为目的的有效内固定，避免早期负重。     

基于激光快速成型技术正常步态下骨盆应力分布的三维光弹分析

背景:三维有限元技术是对应力真实情况的数字模拟,光弹技术可以真实显示测试模型的整体应力分布.目的:使用激光快速成型技术制备骨盆光弹模型,以三维光弹法研究正常步态下髋臼区域的应力分布特征并与使用有限元法获得的数据进行比较.方法:使用激光快速成型技术制备骨盆光弹模型,包括第5腰椎及双侧股骨近端.在股骨上施加体质量负荷,通过固定在髂骨翼前部髂前上棘髂后上棘及耻骨下支的钢丝施加负荷模拟4组肌群,假定股骨内收15°,支撑相4个子步态股骨从屈曲22°到后伸12°.应力冻结后,沿弓状线切片.在偏振光场中观察等差线及等倾线.结果与结论:①应力集中点位于髂骨中部、髋臼后上、髂耻联合及骶髂关节部位,其中最大应力产生在髋臼后上部.②主应力从从臼顶后上部位向骶髂关节传递,同时部分向耻骨上支传递.随着股骨后伸的加大,臼顶至髂结节区域的应力逐步加大.③髋臼区域的应力主要来源于体质量负荷产生的头臼作用力,肌肉收缩力的作用有限.结果提示,采用三维光弹法可直观全场反映髋臼区域应力分布特征,与既往有限元实验产生的结果基本相符.     

前路钢板置入固定治疗骶髂关节脱位的三维有限元分析

背景：已有文献报道骶髂关节损伤及固定的生物力学研究,但多是在尸体标本或人工骨模型上模拟骶髂关节损伤。目的：利用三维有限元方法对骶髂关节脱位前路钢板内固定的垂直稳定性进行分析。方法：在完整骨盆三维有限元模型的基础上,建立一侧骶髂关节脱位后前路钢板内固定模型。对模型施加500N轴向载荷,经计算得到应力、应变及位移云图,并与完整骨盆的同一工况进行比较分析。结果与结论：在内固定系统处出现了应力集中现象,尤其以靠近骶髂关节的螺钉周围应力最大,远远大于完整骨盆同一工况下的最大应力。应变以健侧骶髂关节最大,内固定侧骶髂关节无应变。位移以损伤侧骶髂关节处最大,约为完整骨盆的2倍。提示前路钢板内固定治疗骶髂关节脱位,骨盆在垂直方向上稳定性较差,且钢板螺钉处出现了应力集中现象。     

骨盆髋臼模型不同加载方式的力学变化及其临床意义

目的:对模仿站立及坐位两种状态对骨盆髋臼加载后进行三维有限元模型力学分析,观察相关力学参数变化。方法:①湿髋臼标本模型来源于解放军第二军医大学解剖学教研室。髋臼:对一具成年湿骨盆尸体标本行CT扫描成像得到每层横截面图像,提取边界坐标,利用有限元分析软件ANSYS5.6构建髋臼三维模型,并划分为121239个结点、112491个单元。同时将骶髂关节和耻骨联合部位锁定,模仿站立位对髋臼加载,力的方向按股骨颈力线方向,大小为400N(约80kg体质量一半)。分析加载后髋臼的三维力场分布。②骨盆模型:2004-08从自愿者中随机选取正常成年男性,然后行CT扫描。CT扫描范围从第3腰椎至坐骨结节,将扫描后图像用ANSYS5.6软件构建正常骨盆模型,并划分为356710个单元格。固定好正常骨盆模型的两侧坐骨结节,模仿坐位对骨盆加载,于腰椎上施加一竖直向下的力,大小为500N,方向与Z轴相反,通过有限元分析计算获取应力分布图像。结果:①髋臼三维有限元模型模仿站立位加载后在耻骨支、坐骨支、方区部、骶髂关节部、髋臼后壁部有较高应力出现,单元结构所受到的平均等效应力为(11.578～23.437)MPa。②骨盆三维有限元模型模仿坐位加载后在骶髂关节及坐骨结节部有较高应力出现,单元结构所受到的平均等效应力为(15.734～20.286)MPa。结论:实验结论提示,骨盆髋臼骨折的内固定应强调以满足术后早期卧床功能训练为目的的有效内固定,避免早期负重。     

骶髂关节面应力分布规律的CT测量

目的了解骶髂关节面应力分布的规律。方法选取健康尸体5具,将标本以CT同样参数扫描各层面骶髂关节两侧骨及关节腔内固定的测量点,计算其CT值。结果骶髂关节的骨CT值及每个层面的CT值呈一类似于波谷样的分布规律。结论人体骨的密度与其所受到的应力直接相关,以此可推测骶髂关节面应力分布应该呈相似的分布特点。这一结论正与我们以三维有限元方法研究骶髂关节周围应力分布特点的结果极其相似。     

髋臼前柱骨折钢板中内固定的最佳进针点

背景:近年来切开复位内固定成为骨盆骨折和髋臼骨折的一种重要治疗手段,但是在内固定过程中有时会发生螺钉穿入关节内、损伤盆腔内重要血管或神经等严重并发症.目的:测量髋臼前柱钢板内固定技术中螺钉的最佳进钉点、方向和长度.材料:取成年男性半骨盆标本20个,由山东大学医学院解剖学教研室提供.方法:分别测量20个半骨盆标本髋臼前、后缘到髂前下棘、骼耻隆起和耻骨结节的距离,确定和制作髋臼前柱系列断面,并测量各断面上各进钉点的安全进钉角度,将测量数据输入到SPSS 10.0软件进行统计学分析.主要观察指标:髋臼前柱钢板内固定技术中螺钉的最佳进钉点、方向和长度.结果:髋臼前缘到髂前下棘、髂耻降起和耻骨结节的距离分别为(25.4±1.4),(11.8±0.7),(37.4±1.5)mm,后缘到骼前下棘和髂耻隆起的距离分别为(15.5±0.9),(29.1±1.6)mm.在各断面距离骨盆界线0.5cm点、1.0cm点和1.5 cm点上螺钉的安全进钉角度的最大值分别为(8.2±2.2)°,(14.9±3.4)°和(26.1±4.5)°.结论:在前柱髋臼区使用钢板内固定时,可以采用3种方法避免螺钉穿入关节内.第1种方法是使用短螺钉,螺钉方向随意:第2种方法是使用长螺钉(长度5 cm)内紧贴骨盆界线进钉,方向平行于四方区:第3种方法为根据不同的进钉点选择不同的进钉角度和长度.     

髋臼区域皮质骨厚度分布特征的三维图像测量

背景:课题组前期研究建立了采用正常人体的CT数据构筑三维模型研究皮质骨厚度的空间分布的方法。目的:根据髋骨皮质骨三维厚度分布规律对髋臼区域的皮质骨厚度进行分区。方法:使用Mimics对8名健康志愿者髋骨CT图像进行分割提取皮质骨并建立几何模型。以A平台提供的二次开发语言PCL编写皮质骨厚度测量的新算法。获得厚度数据后根据各厚度范围皮质骨分布面积的大小,采用聚类分析的方法对测得的厚度范围进行分组。结果与结论:髋骨皮质骨厚度介于0.44～4.00mm,采用聚类分析的方法发现可分为0.44～1.133mm、1.133～1.826mm及1.826～4.00mm3组,按照这3组厚度范围对髋骨模型进行渲染后发现整个髋骨的皮质骨的较厚部位可分为明显的三组皮质骨束,第1组沿弓状线延伸至耻骨联合,第2组从臼顶延伸到髂结节,第3组分布在坐骨大切迹上下。说明在髋臼区域皮质骨较厚的部位可大致分为3组,其部位与应力集中点点基本吻合。     

类风湿性关节炎继发髋臼内陷的髋关节置换

背景：类风湿性关节炎导致的髋臼内陷,髋臼运动中心重建和髋关节功能重建是人工全髋置换的两大技术难点。目的：探讨类风湿性关节炎继发髋臼内陷时行的髋关节置换的效果。方法：纳入治类风湿性关节炎累及髋关节造成髋臼内陷的患者16例（22髋）行全髋关节置换,其中男5例8髋,女11例14髋。所有患者置换过程中均行不同程度植骨,置换后随访28—94个月,平均50个月,行髋关节×射线进行影像学评估,关节活动度、Harris评分进行临床疗效评估。结果与结论：至末次随访,所有患者获得影像学上假体良好稳定,假体周围无明显透亮线,移植骨稳定,Harris评分由置换前42．4±8．6,上升为87．5±5．6,关节活动度中屈曲由置换前（45．2±5．5）°,提高为（95．6±5．8）°,外展由（15．2±8．5）°,提高至（32．6±6．6）°。说明类风湿性关节炎继发髋臼内陷,进行全髋关节置换时,根据骨缺损情况结合自体骨移植,能有效恢复髋关节中心,重建髋关节功能。     

钢板置入内固定髋臼后柱骨折中螺钉的最佳进钉点

背景：骨盆骨折和髋臼骨折切开复位内固定过程中有时会发生螺钉穿入关节内、损伤盆腔内重要血管或神经等严重并发症。目的：探讨髋臼后柱钢板内固定技术中螺钉的最佳进钉点、方向和长度。方法：取成年男性半骨盆标本20个,制作髋臼后柱系列断面,测量各进钉点的螺钉进钉角度和长度。结果与结论：各断面在髋臼缘、外中1/4点、中点、内中1/4点和髋臼后柱内缘的进钉安全角度分别为39°、57°、74°、90°和106°,螺钉长度分别为39,57,74,90和106mm。在髋臼区的外1/4区、外中1/4区、内中1/4区和内1/4区,钉后柱角分别为40°-60°、60°-75°、75°-90°、90°-平行于四方区,螺钉长度30mm。     

半球形髋臼假体与带翼髋臼假体的有限元对比分析

人们针对髋臼翻修假体进行了多种设计以提高它的使用寿命.关于经常用于翻修手术中的半球形超大髋臼假体的研究已有很多,而一种新型三翼翻修假体在临床使用中取得了令人满意的效果.对比分析上述两种假体,并对带翼假体的设计做出适当评价.建立半球形髋臼假体和三翼髋臼假体的三维有限元模型,应用有限元分析公式计算在缺损髋臼翻修后,不同翻修假体在正常步态周期内的应力变化规律.结果显示,在不同关节力的作用下半球形髋臼假体与三翼假体的应力分布规律基本相同,只是后者在三翼与球壳连接的翼跟部存在应力集中带.而翼间夹角为15°的三翼髋臼假体所受应力要明显小于翼间夹角30°的三翼髋臼假体和半球形髋臼假体(P<0.05).结果提示,带翼髋臼假体与半球形假体置入后所受的应力水平无明显差别,而使用翼间夹角较小的带翼假体可明显减小假体各部所受的应力,从而可提高带翼假体的稳定性.     

骨盆倾斜与髋臼假体方向的关系研究

目的:研究在髋臼发育不良(development dysplasia ofhip,DDH)继发骨关节炎患者中,骨盆倾斜与髋臼假体安放角度的关系。方法:2008年1月—2012年12月在复旦大学附属中山医院因DDH继发骨关节炎而行初次全髋关节置换术(total hip arthroplasty,THA)的患者353例,将其中89例骨盆倾斜者纳入研究。89例中,脊柱固定畸形者按功能位安放髋臼假体,其他按解剖位置安放髋臼假体。结果:89例中76例患者随访超过1年,术后按功能位测量,平均外展角(41.4±6.5)度;按解剖位测量,平均外展角(37.9±6.3)度。76例均无脱位或感染。1例CrowⅣ型DDH假体移位,术后14个月进行了翻修。结论:骨盆倾斜在全髋关节置换术中是影响髋臼方向的一个重要因素,在安放髋臼假体时应评估未来可能的变化,错误的髋臼方向可能导致髋关节不稳定并增加磨损。     

陀螺仪在全髋置换髋臼杯定位中的应用

背景：全髋置换中良好的髋臼假体方位对于手术的成功起到了至关重要的作用。传统定位工具或精确度欠佳、或太过繁琐,限制了其应用。 目的：对比陀螺定位仪与传统定位技术在全髋置换髋臼杯定位中的优劣。 方法：应用外侧入路,在同一个塑料髋部模型上由不同经验年限的医生利用传统方法进行了100次髋臼杯定位（每人20次40°外展和15°前倾）;再利用陀螺定位仪分别进行了60次相同角度的定位,记录实测角度与事先设定角度的误差。 结果与结论：与传统技术相比,使用螺仪定位仪测量的外展角和前倾角误差明显下降。提示陀螺定位仪能使全髋置换中髋臼杯的定位更加精确。     

膝内外翻畸形时髋臼负重顶区的生物力学变化

背景：膝内、外翻畸形改变了膝关节的形态,除影响膝关节的功能外,还可能改变相邻关节髋关节的生物力学行为,也就是髋臼与股骨头之间的力学传导. 目的：评价不同程度膝内、外翻畸形对髋臼负重顶区的生物力学影响. 方法：取成年男性鲜尸体下肢标本3个,剔除附着的肌肉组织,保留骨膜、韧带及关节囊,通过胫骨高位截骨模拟不同程度的膝内外翻畸形.标本分为中立位组、膝内翻10°组、膝内翻20°组、膝外翻10°组和膝外翻20°组.实验中骨盆的位置选择单足站立中立位.标本通过生物力学试验机加载至50 kg,采用压敏片技术测量髋臼顶负重区的负重面积、平均应力及峰值应力. 结果与结论：髋臼顶区中立位时股胫关节面负重面积为（6.33±0.12） cm2,平均应力（3.62±0.33） MPa,峰值应力为（4.58±0.20） MPa.当膝内、外翻达10°时,髋臼顶区负重面积减少,平均应力及峰值应力有明显的增加,但差异无显著性意义（P〉0.05）;当膝内、外翻达20°时髋臼负重面积显著减少,平均应力峰值及应力显著增加,差异有非常显著性意义（P 〈0.01）.结果提示：随膝内、外翻畸形程度的不同,髋臼负重顶区的负重面积、峰值应力及平均应力也发生变化,当膝内、外翻达20°时,负重面积显著减少,平均应力峰值及应力显著增加,这可能是膝内外翻畸形造成髋骨关节炎的病因之一.因此临床上应重视对膝骨关节炎内、外翻畸形患者的早期干预.     

髋臼几何参数的CT测量

背景：近年来尽管对髋臼形态特征的研究已经取得了一些成果,但由于髋臼结构和位置的特殊性,有关髋臼表面形态的定量描述至今尚未统一,这势必会影响髋关节病变诊断和治疗的准确性。目的：探讨髋臼几何参数的CT测量方法。方法：选取70例髋关节CT受检者,其中正常成人50例（两侧共100个髋关节）,单侧先天性髋关节脱位患儿20例。对所有受检者髋关节CT图像进行冠状面重建和三维重建,比较正常成人髋臼上外倾角冠状位和三维测值,比较先天性髋关节脱位组患侧与正常侧髋臼上外倾角。选择配伍组设计方差分析,分别比较扫描床面为参照面和以身体冠状面为参照面测量左右侧髋臼后外展角、前髋臼指数及后髋臼指数。结果与结论：髋臼上外倾角在冠状位测值为（39．99±6．1）°,在三维图像上测值为（40．13±5．80）°,2者比较,差异无显著性意义（P〉0．05）°先天性髋关节脱位患儿双侧上外倾角在冠状面的测量值,正常侧为（48．95±3．80）°,脱位侧为（63．56±6．35）°,二者之间差异有非常显著性意义（P〈0．01）。以扫描床面为参照面测量正常髋臼后倾角、前髋臼指数、后髋臼指数左右侧比较,差异有非常显著性意义（P〈0．01）;以身体冠状面为参照面测量髋臼后倾角、前髋臼指数、后髋臼指数左右侧比较,差异无显著性意义（P〉0．05）。提示以冠状面为参照平面测量双侧后外展角和前、后髋臼指数准确可靠,可客观反映髋臼情况,为髋关节区病变的诊断和治疗提供确切的量化指标。     

非骨水泥型臼杯位置对植入假体髋臼内应力分布的影响

背景:髋臼假体植入位置对于术后假体的活动范围及防止脱位的发生是至关重要的。髋臼假体植入位置不良将会导致聚乙烯假体磨损率的增加、骨盆周围骨熔解,髋臼假体移位(无菌性松动),但目前对于髋臼植入位置仍无明确的统一标准。目的:探讨臼杯在何种置入角度下髋臼周围应力分布最为合理,验证臼杯置入角度的合理范围,从生物力学的角度为临床手术中臼杯置入的位置提供理论标准。设计:重复测量设计。单位:吉林大学第一临床医院骨关节二科。材料:健康成人男性新鲜尸体骨盆骨一具由吉林大学解剖教研室提供。方法:实验于2005-09/2006-05在吉林大学第一临床医院骨科研究所和吉林大学生物力学研究所完成。取新鲜人体骨盆标本,行螺旋CT断层扫描,得到CT数据二维图像,采用GE medical systems软件系统处理,人工识别骨盆边缘轮廓,将数据输入计算机,利用Solidworks计算机软件建立人体骨盆三维有限元模型。髋臼假体采用天津华北医疗器械厂生产的φ48生物型假体,应用中国测试技术研究院测量仪器研究所生产的CLY系列单臂三维测量仪对髋臼假体进行测量,导出坐标数据,利用三维CAD软件SliodWorks2003在计算机上进行自动化建模。模拟人体单足站立状态,而后对重建的人体骨盆模型进行力的加载与约束,分析髋臼内Mises应力及剪切应力的分布情况,预测术后假体失效的力学危险性。主要观察指标:不同髋臼植入位置下髋臼内Mises应力及剪切应力的分布情况。结果:所构建的人体骨盆三维有限元模型共有103043个节点,69271个单元。在髋臼假体外翻角为40°～50°的范围内,假体外翻角的变化对假体-骨界面间的Mises及剪切应力变化无影响(P>0.05),当髋臼假体外翻角<35°或>55°时,假体外翻角的变化对界面间的Mises及剪切应力将产生显著影响。在5°～30°范围内,髋臼假体前倾角的变化对界面间Mises及剪切应力变化无影响(P>0.05)。结论:臼杯外翻角在40°～50°的范围内,假体-骨界面间的应力分布均匀,不存在因臼杯位置的不同而出现的应力过大或过小区,是臼杯置入理想的安全范围。     

Mimics软件在个体化全髋关节假体翻修中的应用

背景：人工髋关节翻修中髋臼骨质缺损常常是难以定位及定量的,因而利用计算机辅助设计与计算机辅助加工技术进行置换前准备可减少髋臼重建的难度及风险。目的：探讨Mimics软件在个体化全髋关节假体翻修中的应用及意义。方法：将全髋关节翻修患者髋关节CT扫描图像数据导入Mimics软件,重建髋关节三维模型。测量髋关节假体前倾角、外翻角、颈干角、股骨头直径、髋臼壁厚度/直径以及假体松动破碎情况,对髋臼骨质缺损范围进行定位以及定量,同时通过模拟翻修,设计植骨范围,拟植入全髋关节假体规格。结果与结论：通过Mimics三维窗口,精确定位该破碎假体,碎片最大纵径预测33.68mm,距离股骨头假体距离48.93mm,距离髋臼假体20.14mm。髋臼选取130.47mm2可视区域平均阈值339.98,骨质缺损区130.47mm2可视区域平均阈值-481.25,缺损面积21.41mm×21.38mm,根据三维模型评估骨质缺损并分类：AAOS分类ⅠB型,Gross分类ⅡA型,Engh分类Ⅰ型。结果证实,在髋关节翻修中借助Mimics软件可优化置换方案及方式,减少并发症,降低置换风险。