髋关节外展不同角度股骨颈应力分布的有限元分析

目的比较分析双腿站立时髋关节外展不同角度时股骨颈应力的分布及变化情况,为临床髋关节疾患治疗与康复提供生物力学依据。方法利用中国虚拟人男一号切片数据集的髋部数据,重建人体股骨上半节段的三维有限元仿真模型,模拟髋关节不同的外展角度,对该模型进行虚拟加载和仿真计算,比较分析髋关节外展不同角度下股骨颈的应力分布。结果(1)对于各种外展角度,股骨颈内、外侧方的应力值均明显高于前、后方;(2)随着髋关节外展角度的增加,股骨颈的正后方和后内侧部位应力值逐渐减小,前方的应力值基本保持不变,而内、外侧方的应力值则逐渐增大,以外侧方变化最大。结论股骨颈内、外侧是股骨上半节段的应力集中部位,髋关节外展使应力分布发生改变,临床上应根据患者的实际情况采取合适的手术和康复锻炼方式。     

人股骨生物力学特征的三维有限元分析

目的 了解股骨头颈部的力学分布以对临床股骨颈骨折治疗进行指导。方法 应用大型有限元分析软件ABAQUS建立人体股骨的三维有限元仿真模型，对该模型进行各种分析。结果 载荷的传导主要通过压力骨小梁和股骨距由股骨颈区传至股骨干的中下1／3处；当外界暴力作用时，应力主要集中在股骨上股，即股骨颈中下段和大小转子处及其之间。结论 股骨颈处的压力骨小梁和股骨距是重要的承载结构，内固定物的放置应循压力骨小梁方向尽量紧贴股骨距钻入；外展肌力的收缩对髋关节有一定的保护作用。     

股骨颈切迹与股骨颈骨折的相关性研究

目的通过对人股骨上段标本的实验研究,探讨人工全髋关节表面置换术后股骨颈切迹与股骨颈骨折发生的相关性。方法选用成年男性股骨上段标本,模拟股骨颈切迹,股骨头垂直受力,测量股骨颈应力集中部位的应力值及发生股骨颈骨折时的极限载荷值。结果随着切迹深度的增加,股骨颈发生骨折的极限载荷明显减少,股骨颈张力骨小梁区切迹较股骨颈压力骨小梁区切迹对极限载荷的影响大。结论 MMSA术股骨颈切迹形成后,股骨颈应力集中部位的压应力值明显增加,使股骨颈更易发生骨折,股骨颈张力骨小梁区切迹更易引起股骨颈骨折。     

髋臼假体的方位对假体骨水泥界面应力分布的影响

目的 通过三维有限元分析，探讨假体—骨水泥界面的应力分布情况以及髋臼假体的方位对该应力分布的影响。材料和方法 根据人工髋关节的工业设计制造图．利用有限元软件Ansys5．6的三维几何建模功能，建立了人工髋关节的三维模型．再根据Lenfsfeld试验得出的髋臼假体在不同的外展角下髋关节接触力的大小和方向．经过换算，然后加载负荷于股骨头上，计算出髋臼假体在不同的外展角下股骨假体与骨水泥内外侧界面的应力值。结果 假体与骨水泥界面应力分布不均．在股骨假体柄的始端处最大，是应力传导至骨水泥或股骨的主要部位，称为峰值应力(Peak Value Stress)或主应力，然后快速减小，大约越过股骨近端狭部，以后趋于平稳．在外侧接近于假体末端处又轻微增加。髋臼假体外展角在45度时．峰值应力最小．随着外展角的增大或减小，峰值应力都会逐渐增大。在假体远端。随着髋臼假体外展角的减少。在假体远端内外侧面的应力均逐渐增大，而且外侧面的变化更为明显。结论 股骨假体与骨水泥界面应力分布不均匀，在假体柄的近端是传导应力的主要部位，在该部位．股骨假体柄及骨水泥容易出现疲劳断裂。髋臼假体外展角增大或减小，股骨假体柄近端峰值应力都会增加．从而影响假体的使用寿命；在股骨假体的远端．髋臼假体外展角越小．界面应力越大，骨水泥越容易产生蠕变，对假体的稳定也越不利。     

保留股骨颈的全髋关节置换术的临床分析

目的 探讨股骨颈全髋关节置换术的临床效果.方法 全髋关节置换术.结果 所有患者伤口一期愈合,经半年以上随访,患髋活动恢复正常.讨论保留股骨颈全髋关节置换符合股骨近端的生理顺应性,使其适应应力和获得理想的应力分布.     

人工髋关节置换术致股骨下段骨折2例

<正> 例1女,67岁。因左髋部伤后疼痛不能站立卧床半年以左股骨颈陈旧性骨折入院,骨折类型为头下型,入院后行股骨髁上牵引,10天后在持续硬膜外麻醉下行人工股骨头置换术。以髋关节后外侧切口,在显露股骨颈时,将患肢屈曲内收内旋,听到骨擦音,疑股骨上端骨折,马上切开关节囊,仔细检查,股骨上段未见骨折,于是继续进行手术,但很快发现大腿下段有假关节活动,牵引下肢时股骨上段毫无     

有限元法分析全髋关节置换术后股骨近端应力变化

目的 通过有限元模型的建立及力学分析,探讨全髋关节置换术术后股骨近端应力变化.方法 选取行单侧全髋关节置换术的24例患者作为研究对象,术前与术后对患髋摄X线正位片,其原始数据输入有限元软件建立二维有限元模型,并进行力学分析、绘制应力曲线进行比较.结果 全髋关节置换术术后的股骨近端,外侧近段的应力略有改变,在远段应力略有增加,而在中段变化较大；内侧的应力在近段明显减小,而在远段改变不明显,应力沿股骨轴线的分布很不均匀.结论 全髋关节置换术术后的股骨近端应力分布与术前相比有所改变.     

定制型股骨近段假体的骨水泥三维有限元模型研究

目的 建立股骨近段大段骨缺损及定制型股骨近段假体的三维有限元模型,分析不同柄长的股骨近段假体柄植入髓内后对股骨-骨水泥的应力分布的影响.方法 通过CT扫描数据建立股骨近段130 mm骨缺损不同髓内柄长度(140 mm、120 mm、100 mm、80 mm、60 mm)的定制型假体的三维有限元模型.模拟下肢单足行走进行负荷加载,分析股骨-骨水泥的应力分布.结果 骨水泥应力由近端向远端逐渐增加,在假体柄末端附近达到最大值.当髓内柄长度为140 mm时,骨水泥层内、外侧最大应力值分别为2.5 MPa和5.5 MPa,均小于骨水泥自身强度,可以有效避免因高应力而导致骨水泥的碎裂.结论 股骨近段假体髓内柄要有足够长度,以减少骨水泥所受应力,防止因骨水泥碎裂而出现假体松动.对于股骨近段130 mm的骨质缺损,采用髓内柄长为140 mm骨水泥型股骨近段人工假体重建能够有效减少骨水泥层压力,从而避免因骨水泥发生疲劳碎裂而导致假体松动的危险.     

基于CT灰度值赋予材料属性的马拉松运动员髋关节有限元模型建立及其应力分析

本研究基于CT灰度值赋予材料属性方法建立了一名马拉松运动员髋关节有限元模型, 分析其在单脚站立时髋关节生物力学情况。研究结果发现在骨盆模型中应力集中于弓状线、坐骨大切迹、耻骨梳及髋臼区;在股骨模型中应力集中于股骨头、股骨颈内侧及股骨干区。应力的传导由骶髂关节经弓状线传递至臼顶, 在股骨头一侧由股骨颈内侧向小转子下方传递至股骨干内侧, 另一侧由股骨颈上侧传递至股骨干外侧。最大主应力分布于髋臼顶后上方(7.22 MPa)和股骨头后上方(6.68 MPa)。模型位移程度在髂骨上缘1～3 mm, 并沿股骨轴向下逐渐减小, 髋关节处位移0.1～0.3 mm。     

水泥型人工髋关节置换治疗老年EvansⅠ-Ⅲ型粗隆间骨折股骨假体的生物力学特性

目的探讨人工髋关节置换治疗老年EvansⅠ-Ⅲ型粗隆间骨折股骨假体的生物力学特性。方法根据DI-COM 3.0标准,采用Mimics软件及CAD建模软件Unigraphics完成股骨三维实体重建,以大粗隆尖到小粗隆下缘作为骨折线并将骨折线以上部分移除,建立粗隆间骨折模型。将两种不同柄长(120、170 mm)股骨假体模型置入骨折模型,采用3 mm厚的骨水泥套层重建假体与股骨间的缺损,5 mm厚的骨水泥套层代替重建小粗隆上1 cm股骨颈截骨线与粗隆间骨折线间的骨缺损。最后应用有限元分析软件ABAQUS 6.5建立三维有限元模型,模拟单腿站立姿势进行力学加载,得到股骨假体的应力分布云图,在应力集中区域取5个位点取其平均值得到应力值。结果短柄、长柄股骨假体应力分布基本相同。假体颈部有两个应力集中区,分别位于假体颈的上部和中下部,接近与假体柄连接处,其中中下部与小转子上方的交界处集中明显。假体柄部内侧的颈干交界处相当于股骨矩区域有一较小的应力集中区域,由此向下应力略降低,随之逐渐增大,在接近假体柄内侧末端时形成第二个应力集中区域;假体柄外侧由近端向远端应力逐渐增大,到接近假体末端时形成假体柄外侧应力集中区。结论水泥型人工髋关节置换治疗老年EvansⅠ-Ⅲ型粗隆间骨折,股骨假体的应力分布与常规人工全髋关节置换后股骨假体的应力分布相似;长柄股骨假体的各应力集中峰值较短柄股骨假体高,但均没有超过金属断裂的应力极值。     

膝关节不同屈伸状态下髂胫束的形态学研究

目的 :研究正常青年人在膝关节不同屈伸状态下髂胫束(iliotibial band,ITB)与股骨外上髁的距离变化及ITB长轴与股骨干长轴的夹角关系。方法:男女青年志愿者各50人,通过体格检查和B超分别测量ITB宽度、厚度;并在膝关节伸直位、屈曲30°、屈曲90°及屈曲135°位时测量ITB与股骨外上髁的距离及ITB长轴骨长轴的夹角。结果:方差分析均显示,男女两组志愿者不同膝关节屈伸程度时ITB与股骨外上髁的平均距离不等(P<0.01),随着膝关节屈曲程度增大,股骨外侧髁水平的ITB中心点逐渐由股骨外侧髁前方向后方移动。两组志愿者不同膝关节屈伸体位时ITB长轴与股骨长轴的平均夹角角度不等,且存在统计学差异。当膝关节由伸直位向屈曲位变化过程中,ITB长轴逐渐由股骨长轴后方向前方偏转。男性组的ITB平均宽度大于女性组(P<0.01),ITB平均宽度、厚度大于女性组(P<0.01)。结论:健康男女青年当膝关节屈曲时,ITB均由股骨外侧髁前方向其后方滑动,屈曲30°时与股骨外侧髁摩擦最为明显这可能是导致髂胫束综合征的病因之一。     

股骨头髋臼覆盖率的测定及其临床意义

①目的 利用正常人体髋关节的CT影像，建立髋关节计算机三维几何模型，研究各种体位下股骨头髋臼覆盖率。②方法 取32岁健康男性髋关节CT二维影像，利用计算机相关软件处理，依次转化图形，取其二维框图放样、叠加，建立髋关节三维几何模型；分别固定模型髋臼端及股骨端，模拟正常情况下髋关节在不同动度下的运动情况，计算不同动度下股骨头的髋臼覆盖率。③结果 本模型的颈干角和CE角均在正常范围之内，说明本模型基本符合人体结构，髋关节模型中立位股骨头髋臼覆盖率为60．1％，在外展位时股骨头的髋臼覆盖率最大，而前屈位最小。④结论 髋关节计算机三维几何模型所测得的结果与现有人体测量参数相似；股骨头的髋臼覆盖率在外展位最为稳定。     

CT三维后处理技术在髋关节特定参考系中相关参数的测量应用*

目的: 探讨髋关节相关参数在特定平面与常规平面中测量数据差异,为髋关节三维数据的测量提供标准化依据。方法: 选取32例成人(成人组)及16例大体解剖标本(标本组)正常髋关节的CT图像进行三维重建,在特定平面参照系内重建三维图像,对髋关节的sharp角、外展角、前倾角、中心边缘角、髋臼前后径、髋臼深径进行测量,同时与临床上普遍应用的以人体仰卧时水平面为常规平面参照系,对上述指标进行对比分析。采用t检验、非参数Mann-Whitney U检验和Wilcoxon带符号等级检验进行相关数据的统计学分析。结果: 两个参照系下所测数据相比较,标本组中右侧前倾角指标存在差异(P＜0.05);成人组中两侧髋臼前后径、两侧前倾角、右侧外展角相比,差异无统计学意义(P＞0.05)。总样本中,两侧髋臼前后径、两侧前倾角、左侧外展角相比,差异不显著,其余均差异显著(P＜0.05)。特定平面参照系下,成人组左、右侧髋臼深径均大于标本组(P＜0.05);在成人组、标本组和二组合并样本中,髋臼左右两侧样本各项指标和整体左右两侧样本各项指标间均无显著差异(P＞0.05)。结论: 成人在体标本与大体解剖学湿标本的左右髋臼与髋臼角度参数值测量不受体位影响,该参照系可以在一定程度上减少因强制体位所导致的测量误差,能够较采用常规平面参照系所测数据更为客观准确地反映髋臼的实际情况。     

Position of the prosthesis and the incidence of dislocation following total hip replacement

Background Dislocation is the second most common complication of hip replacement surgery, and impact of the prosthesis is believed to be the fundamental reason. The present study employed Solidworks 2003 and MSC-Nastran software to analyze the three dimensional variables in order to investigate how to prevent dislocation following hip replacement surgery. Methods Computed tomography (CT) imaging was used to collect femoral outline data and Solidworks 2003 software was used to construct the cup model with variabilities. Nastran software was used to evaluate dislocation at different prosthesis positions and different geometrical shapes. Three dimensional movement and results from finite element method were analyzed and the values of dislocation resistance index (DRI), range of motion to impingement (ROM-I), range of motion to dislocation (ROM-D) and peak resisting moment (PRM) were determined. Computer simulation was used to evaluate the range of motion of the hip joint at different prosthesis positions. Results Finite element analysis showed: (1) Increasing the ratio of head/neck increased the ROM-I values and moderately increased ROM-D and PRM values. Increasing the head size significantly increased PRM and to some extent ROM-I and ROM-D values, which suggested that there would be a greater likelihood of dislocation. (2) Increasing the anteversion angle increased the ROM-I, ROM-D, PRM, energy required for dislocation (ENERGY-D) and DRI values, which would increase the stability of the joint. (3) As the chamber angle was increased, ROM-I, ROM-D, PRM, Energy-D and DRI values were increased, resulting in improved joint stability. Chamber angles exceeding 55&ordm; resulted in increases in ROM-I and ROM-D values, but decreases in PRM, Energy-D, and DRI values, which, in turn, increased the likelihood of dislocation. (4) The cup, which was reduced posteriorly, reduced ROM-I values (2.1—5.3&ordm;) and increased the DRI value (0.073). This suggested that the posterior high side had the effect of 10&ordm; anteversion angle. Conclusions Increasing the head/neck ratio increases joint stability. Posterior high side reduced the range of motion of the joint but increased joint stability; Increasing the anteversion angle increases DRI values and thus improve joint stability; Increasing the chamber angle increases DRI values and improves joint stability. However, at angles exceeding 55&ordm;, further increases in the chamber angle result in decreased DRI values and reduce the stability of the joint.     

前交叉韧带重建术后移植物应力的有限元分析

目的: 探究前交叉韧带(anterior cruciate ligament, ACL)重建后移植物应力分布特征,为ACL重建的手术方案提供理论参考。方法: 基于三维磁共振及CT影像,建立完整膝关节有限元模型,模型包括股骨、胫骨、腓骨、内侧副韧带、外侧副韧带、ACL、后交叉韧带;建立ACL重建后膝关节有限元模型,模型包括股骨、胫骨、腓骨、内侧副韧带、外侧副韧带、ACL移植物、后交叉韧带。模型采用线弹性材料属性,骨组织材料属性设置为弹性模量17 GPa,泊松比(Poisson’s ratio)为0.36;完整膝关节及ACL重建膝关节的模型中的韧带组织及ACL移植物的材料属性设置为弹性模量390 MPa,泊松比0.4;将股骨固定设置为模型边界条件,施加胫骨前向134 N的拉力为载荷条件,求解分析完整膝关节的ACL及重建术后的ACL移植物的拉应力、压应力、剪切应力、等效应力的受力状态。结果: 重建后的ACL移植物的最大压应力(6.34 MPa)、等效应力(5.9 MPa)、剪切应力(1.83 MPa)均在前侧股骨端,与完整膝关节ACL最大压应力(8.77 MPa)、等效应力(8.88 MPa)、剪切应力(3.44 MPa)位置一致。移植物最大拉应力也出现在股骨端,但位置在后侧,与完整膝关节ACL最大拉应力位置一致,且ACL移植物最大拉应力的值仅为0.88 MPa,小于完整膝关节ACL的2.56 MPa。结论: ACL移植物压应力、等效应力、剪切应力最大值均在前侧股骨端,最大拉应力出现在股骨端后侧,均与完整膝关节ACL最大拉应力位置一致;ACL移植物的前侧部分承受力较大,后侧部分承受力较小,与ACL的生物力学特性相符合。     

Neck narrowing in resurfacing hip arthroplasty: a vascular insult?

Introduction

Recent reports show increased failure rates in hip resurfacings that display >10 % neck narrowing. The etiology of neck narrowing remains unknown.

Methods

We assessed 80 hip resurfacings at mean 3.5 years follow-up.

Results

The overall rate of significant narrowing was 11.25 %. Neck narrowing occurred in 4 % of patients using an anterolateral approach and 23.3 % using a posterior approach (P = 0.019). Logistic regression showed that both surgical approach and cup inclination angle were the most important risk factors for the development of narrowing. The odds of the presence of narrowing increased for every degree increase in cup abduction angle (P = 0.021). There was no significant association with age, sex, pre-operative diagnosis, pre- and post-operative SF-36 scores, neck shaft angle, femoral or acetabular component sizes.

Conclusion

We postulate that neck narrowing is a result of damage to the medial circumflex femoral vessel when resurfacing through a posterior approach.     

骨性关节炎全髋关节置换术术后脱位发生情况及其影响因素研究

目的研究骨性关节炎全髋关节置换术（total hip arthroplasty,THA）术后脱位发生情况及其危险因素分析。方法选取266例骨性关节炎病人,均采用THA治疗,术后随访6个月,记录髋关节脱位发生情况,将术后髋关节脱位病人设为脱位组,未脱位病人设为未脱位组。记录2组病人手术相关指标及病历资料,经单因素分析、logistic回归分析探讨骨性关节炎THA术后脱位的独立危险因素。结果266例骨性关节炎病人THA术后脱位25例,脱位率9.40%;2组病人年龄、人工股骨头直径、髋关节手术史、手术失血量、术后股骨假体前倾角、术后股骨偏心距差异有统计学意义（P < 0.05~P < 0.01）,而性别、BMI、手术入路、合并糖尿病、手术时间、术后输血率、术后引流量、手术侧别差异无统计学意义（P>0.05）。多因素logistic回归分析显示,年龄>75岁、女性、人工股骨头直径 < 30 mm、髋关节手术史、后外侧入路、术后股骨假体前倾角>10°是骨性关节炎THA术后脱位的独立危险因素（P < 0.05）。结论骨性关节炎THA术后容易发生髋关节脱位,年龄>75岁、女性、人工股骨头直径 < 30 mm、髋关节手术史、后外侧入路均可增加其脱位风险。     

加压滑动鹅头钉治疗股骨粗隆间骨折操作不当所致并发症的探讨

本文对加压滑动鹅头钉治疗股骨粗隆间骨折操作不当所致的１６例并发症进行了探讨。分析了影响骨折复位不良的原因：（１）解剖因素，骨折端受内收肌，髂腰肌和臀肌的牵拉作用，使骨折断端发生错位；（２）加压滑动鹅头钉从骨折断端置入影响复位。探讨了发生髋内翻的原因；（１）螺纹钉过短，失去加压固定效果；（２）复位中外展角度不够，在髋内翻的位置进行固定；（３）术中骨孔过度扩大，螺钉发生移动；（４）术后过度髋内收或早期负重。文章强调指出股骨矩和小粗隆对于维持股骨头颈的稳定性具有极其重要的意义。因此，应注意对小粗隆骨折片进行复位固定，可增加术后的稳定性，防止髋关节功能障碍。     

不同屈膝角度下ACL重建股骨隧道的解剖研究

目的探讨膝关节镜手术在不同屈膝角度下前交叉韧带（ACL）单束解剖重建股骨隧道的解剖特点，以期为临床中ACL解剖重建提供解剖学数据。方法采用20例成人尸体双膝部标本，保留膝关节上下至少20em，排除关节明显退变、畸形及关节损伤。男性12例，女性8例，年龄在24～65岁，平均年龄37．3岁。标本固定于手术台上，允许膝关节90°～130°范围活动。分别屈膝90°、100°、110°、120°及130°经前内辅助入路（AMP）钻取股骨隧道，并用克氏针标记。镜下操作结束，切除膝关节标本周围软组织，暴露隧道的外口。用游标卡尺测量裸露在股骨隧道外的克氏针长度，间接计算股骨隧道长度。再摄膝关节标本正位x线片，摄正位片时股骨侧以内外股骨髁皮质突出点为旋转标记，测量克氏针与髁间窝外侧壁在水平面的夹角，即横向钻角。结果本研究发现在同一尸体标本上，不同的膝关节角度下可以得到不同的股骨隧道长度和横向钻角。不同膝关节下测量的股骨隧道长度存在统计学差异（F=228．15，P=0．000），不同膝关节下测量的横向钻角存在统计学差异（F：930．71，P=0．000）。Pearson相关性分析股骨隧道长度和横向钻角二者间存在相关性（r=-0．908），股骨隧道长度与横向钻角存在负相关。结论国家级下经AMP入路解剖重建ACL时不同的膝关节角度影响股骨隧道的方向和长度。