髋臼内壁截骨在成人发育不良髋关节置换中的应用：8例分析

回顾性分析2004-09/2006-11南昌大学第二附属医院骨科收治的髋关节发育不良患者8例(8髋),男2例,女6例,年龄35~65岁,平均46岁;置换前行X射线摄片及CT检查,提示所有患者患侧髋臼角(Sharp角)均> 45°,股骨头包容不良,关节间隙缩窄,shenton线连续性欠佳。按Crowe分期,CroweⅡ期5例5髋,CroweⅢ期3例3髋。置换前Harris评分44~62分,平均50分。全部患者均采用全髋置换,假体采用非骨水泥或混合型固定模式,其中非骨水泥生物固定者6髋,水泥固定者2髋。所有患者髋臼侧均采用髋臼内壁截骨内移法安放髋臼假体。记录置换时间,置换过程中出血量,置换后住院天数,Harris评分及围置换期并发症;置换后临床随访观察截骨断面及植骨块愈合情况。8例患者均获得随访,平均6个月,全部患者关节功能恢复良好,随访病例中未出现感染、坐骨神经损伤、髋关节脱位、股骨干骨折、深静脉血栓、假体松动等并发症。置换后6个月Harris评分86~94分,平均88分。置换后3个月X射线平片提示截骨断面及植骨块愈合良好。提示髋臼内壁内移截骨全髋置换治疗髋关节发育不良作用明显,早中期效果良好。     

三维CT评价骨盆内移截骨后青少年髋臼发育不良的效应☆

背景：通过传统的X射线评价，Chiari截骨能明显改善股骨头的覆盖，但对截骨后效果的三维立体评价研究很少。 目的：利用三维CT评价Chiari截骨术后髋关节的形态变化，同时比较X射线及三维CT方法测量股骨头覆盖是否存在差异。 设计、时间及地点：测量性试验，病例来自2003-01/2006-12中国医科大学附属盛京医院小儿骨科。 对象：选择中国医科大学附属盛京医院小儿骨科收治的髋臼发育不良患儿12例(12髋)，男5例，女7例；左侧8例，右侧4例；手术时年龄7.2~15.2岁，平均11.5岁。 方法：12例患者(12髋)均行Chiari截骨治疗。5髋在关节囊外截骨，7髋行关节囊小切口紧邻髋臼外上缘截骨。根据Colton提出的评分方法进行临床功能评价；在前后位X射线平片测量手术前、后的股骨头覆盖率及截骨的高度；在三维CT图像上测量股骨头前1/4、中1/2、后1/4部位的覆盖率。 主要观察指标：X射线测量截骨前后股骨头覆盖率、截骨高度；三维CT测量冠状面上股骨头前1/4、中1/2、后1/4的覆盖率及髋臼前倾角；Colton法测量髋关节的功能评分。 结果：所有12髋术后临床功能评定，优6髋，良3髋，3髋为一般；在切开关节囊的7髋中，优2髋，良3髋，未行关节囊切开的5髋中，优良各2髋；在切开关节囊的髋中，截骨高度低于未行关节囊切开髋中的截骨高度[(3.64±1.54)，(11.00±2.09) mm，P < 0.01]；不同截骨高度与临床评定结果之间差异无显著性意义(P > 0.05)。术前9例有明显的髋痛，随访时，5例已无疼痛(其中4髋截骨高度适宜)，4髋截骨过高者仍有疼痛；无深部感染、坐骨神经损伤、骨不连等严重并发症发生。术后，X射线及三维CT测得的股骨头覆盖率较术前均明显增加(P < 0.01)；但三维CT测得的股骨头前外侧、中外侧覆盖率明显小于X射线测量结果(P < 0.01)；术后在股骨头的前外侧仍存在覆盖不良。 结论：利用X射线测量评价Chiari截骨术后股骨头的覆盖存在假像，真实情况并非像X射线测量结果那样完美。术前、术后利用三维CT仔细评价髋关节的病理缺陷是必要的。Chiari截骨后，在股骨头前外侧仍覆盖不良。为达到合适的截骨高度，行关节囊小切口准确显示髋臼的外上缘对术后关节活动无明显影响。     

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。     

全髋关节置换治疗成人髋关节发育不良继发严重骨关节炎26例

回顾性分析2008-08/2007-02湘南学院附属医院骨科与岳阳职业技术学院附属医院骨科收治的成人髋关节发育不良继发骨性关节炎患者26例(29髋),男11例,女15例;年龄46~78岁,平均53岁;其中3例为双髋。按Crowe分型分类：Ⅰ型3髋,Ⅱ型11髋,Ⅲ型12髋,Ⅳ型3髋。置换前按Harris评分标准平均(47.1±4.6)分。全部患髋均行全髋关节置换,骨水泥型3例,混合型5例,生物型21例。所有患者置换顺利进行,置换后伤口均Ⅰ期愈合。置换后5个月,患者均能下地行走,生活自理且恢复日常工作。全部患者获得随访,末次随访时Harris评分平均(84.5±6.4)分,与置换前Harris评分平均(47.1±4.6)分相比,差异有显著性意义(t=16.732 4,P < 0.05)。26例患者置换后关节脱位1例,精神症状2例。随访X射线检查示假体位置良好,未见无菌性松动和假体下沉等征象。无肺栓塞、深静脉血栓形成、感染等并发症发生。提示全髋关节置换是治疗成人先天性髋关节脱位伴骨性关节炎的一种有效方法。     

先天性髋臼发育不良伴严重骨性关节炎或股骨颈骨折全髋置换20例

摘要：2002-12/2008-04对20例髋臼发育不良伴严重骨性关节炎或股骨颈骨折的患者进行人工全髋关节置换,男6例,女14例;年龄40~70岁,平均59岁;双侧12例,单侧8例;主要症状为疼痛及跛行。置换前X射线：患侧髋臼CE角均> 25°,髋臼变浅,髋关节包容不全。随防10个月~6年,平均48.5个月。Harris评分平均91.0分,优18例,良2例,近期优秀率达到100%。全髋关节置换后X射线片示股骨柄和髋臼假体的位置以及假体与周围的骨质匹配良好,重建的髋关节中心均位于真臼中心点位置,假体无松动及明显下沉迹象,生活自理并恢复日常工作。对于髋臼发育不良伴严重骨性关节炎或股骨颈骨折的成人患者,如能处理好髋臼及股骨近段的畸形,选择好合适的假体,人工全髋关节置换是一种良好的治疗方法。     

金属对金属髋关节表面置换后的有限元分析*

背景：与全髋关节置换相比,髋关节表面置换术有着诸多优势,如保留股骨头、股骨颈,方便于日后翻修,保存了股骨近端的生理力学分布,已成为年轻或对髋关节活动度要求较高的髋关节骨关节炎终末期患者更具吸引力的手术治疗方式。 目的：观察人工髋关节表面置换术后股骨及假体的应力分布。 设计、时间及地点：单一样本观察,于2007-09/2008-04在南方医科大学解剖及生物力学实验室完成。 对象：选择南方医科大学珠江医院收治的行金属对金属髋关节表面置换术男性患者1例(自愿参与实验),年龄40岁,检查排除健侧髋关节疾患。 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作用下,表面置换术后股骨颈及假体的应力水平。 主要观察指标：股骨侧与假体的应力。 结果：①髋关节表面置换术后股骨受力总体模式不变,股骨颈存在应力遮挡。应力峰值存在于股骨颈基底部,与其他区应力值相比,差异具有显著性意义(P < 0.001),特别是转子窝附近以及骨-假体界面。②假体应力分布：应力峰值存在于髋臼及股骨假体外上方、髋臼杯沿与股骨假体交界处以及骨-假体界面。 结论：髋关节表面置换术后股骨受力总体模式不变,股骨颈存在应力遮挡。峰应力存在于股骨颈基底部及骨-假体界面,为了减少术后股骨颈骨折的发生率,术中应特别加以保护上述区域。     

个体化股骨假体的计算机辅助设计实践及模拟力学实验

背景：由于人体的绝对个性化特点，标准人工假体与患者骨骼之间的误差使二者难以很好匹配，不能确保人工关节的长期稳定。 目的：利用已开发的计算机辅助设计和制造程序，建立个体化股骨假体的三维模型。并通过模拟对比力学实验，验证个体化股骨假体是否优于普通型股骨假体。 设计、时间及地点：开放性实验，于2006-09/2007-05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。 材料：成人新鲜股骨尸体骨。 方法：取成人尸体股骨做全长CT扫描，得到CT二维图像。将其输入计算机。利用开发的边缘识别和三维轮廓提取软件对二维图像进行处理，识别髓腔内外轮廓，提取髓腔内外轮廓及假体轮廓数据，建立股骨和个体化股骨假体的三维模型。利用SolidWorks软件建立普通生物型和骨水泥型假体三维模型，在此平台上模拟临床手术置换骨水泥型、生物型和个体化定制型3类股骨假体。 主要观察指标：分别模拟单足和双足站立状态，测量3种股骨假体的应力分布、界面应力和初始微动情况。 结果：对最初设计的软件中边缘提取算法进行了改进，采用Canny算子，得到了更好的边缘检测结果。改进后的软件运行稳定，计算结果可信，符合预期要求。设计的个体化股骨假体的假体应力、股骨上应力、界面应力及初始微动均显著低于生物型和骨水泥型股骨假体（P < 0.01）。 结论：开发的计算机辅助设计程序运行准确可靠，可完成假体的计算机辅助设计，在此平台上设计的个体化股骨假体具有优于普通股骨假体的生物力学特性。     

Zweymüller系统在Crowe-Ⅲ、Ⅳ型髋臼发育不良全髋置换中的应用☆

选择2004-01/2006-12河南中医学院第二附属医院骨科收治的髋臼发育不良患者13例13髋，使用Zweymüller系统的非骨水泥双锥面螺旋臼及SL股骨柄，采用软组织彻底松解、原位髋臼、股骨不截骨的全髋置换治疗。其中男5例5髋，女8例8髋；年龄28~62岁，平均51岁；按Crowe分型，Ⅲ型9例9髋，Ⅳ型4例4髋。术前下肢短缩3~6 cm。13例患者全部获得随访，随访时间12~36个月，平均24个月。术后下肢延长2~6 cm，基本恢复双下肢平衡。未出现关节脱位、股骨干骨折、股神经及坐骨神经损伤等并发症，无假体松动的临床和X射线征象。术后髋关节疼痛和功能障碍得到明显缓解。     

骨种植体复合体有限元建模软件的编制

背景：有限元法在口腔医学领域得到了广泛应用,但建模方法及模型千差万别,缺乏标准。目前在国内外文献中尚未见到专门用于口腔种植领域的生物力学分析软件。目的：编制骨种植体复合体有限元建模软件。 方法：在个人电脑上,通过计算机辅助设计软件所支持的Visual Basic for Application编程语言,编制能够自动生成骨种植体复合体计算机辅助设计模型的软件,并利用其有限元软件、数据库和电子表格软件接口,编制包含有限元建模、数据库和装配功能的骨种植体复合体自动建模软件。结果与结论：所编制的软件能够满足设计要求,完成各种类型骨种植体有限元模型的建立。结果提示通过AutoDesk Mechanical Desktop 2009DX、ANSYS Workbench 10.1和Visual Basic for Application语言相结合的方法,可以编制出快速、自动生成骨种植体有限元模型的软件包。     

计算机辅助设计在髋臼恶性肿瘤治疗中的应用：1例报告

背景：髋臼恶性肿瘤切除重建的主要目的是在安全边缘切除肿瘤并最大限度获得骨盆稳定及下肢行走的功能。既往多是通过MRI、CT、X射线片等二维资料评估切除范围,具有相当的主观性,缺乏术前设计。计算机三维重建可从整体及各个切面评估肿瘤侵蚀范围,从而做到精确确定肿瘤切除的范围。 目的：评估计算机辅助设计在髋臼恶性肿瘤治疗中的应用价值。 方法：1例髋臼血管肉瘤患者,应用薄层CT扫描获取病变部位的二维数据,计算机三维重建解剖学模型,设计截骨范围、个体化髋臼假体及模拟手术过程。按照计算机辅助设计方案切除髋臼肿瘤组织,采用异体半骨盆+个体化全髋关节置换重建骨盆环及右髋关节。 结果与结论：异体半骨盆+个体化全髋关节置换后2个月患者开始扶拐患肢不负重行走,6个月患者行走步态基本正常,右髋关节活动良好,无疼痛不适。置换后X射线片提示人工假体与骨盆匹配良好。置换后仅右髋关节外侧有少许皮肤麻木,无深静脉血栓、假体脱位、松动等并发症。提示计算机辅助设计在髋臼周围肿瘤的治疗中有着广阔应用前景,它使手术治疗提升到个体化治疗阶段,使手术更精确、更可靠、更方便,效果更佳。     

颅骨-脑相对位移的有限元模拟

目的研究实现颅骨-脑相对位移的有限元模拟。方法筛选硬膜脑相邻节点,在节点之间增设弹簧单元,模拟硬膜下腔,对模型加载冲击载荷,计算分析硬膜、脑对应节点的相对位移。观察模拟颅骨-脑相对位移前后脑表面应力改变的范围及大小。结果采用弹簧单元模拟硬膜下腔后,硬膜与脑对应节点出现相对位移,在冲击载荷下,脑表面应力改变范围向颅底移动,颅底脑表面应力峰值升高。结论有关颅骨-硬膜与软-蛛网膜-脑复合体之间的弹性接触问题,可通过使用弹簧单元模拟硬膜下腔的方法实现对颅骨-脑相对位移的有限元模拟。模拟后脑组织对冲击载荷的应力改变更符合临床脑损伤情况。     

髋臼缺损翻修中所用移植材料的有限元分析

背景：髋臼翻修中所用的移植物材料是影响假体稳定的重要因素之一,目前异体冻干骨是较常选用的移植材料。但使用固体颗粒材料修补骨缺损时宿主骨与移植骨之间的缝隙是不可避免的,而这些缝隙可削弱移植骨与宿主骨间的整合过程。使用骨水泥材料可以填补这些缝隙,并且达到快速、完全的固定。但是使用骨水泥代替异体冻干骨颗粒填补假体置入后的空隙对于假体和材料自身应力的影响尚无文献报道。 目的：采用有限元法比较分析骨水泥和冻干异体骨颗粒联合三翼翻修假体修复髋臼后的应力分布情况,进而了解选用不同移植材料对三翼髋臼假体稳定性的潜在影响。 方法：建立三翼翻修假体及缺损髋臼的有限元模型,翻修假体置入后,缺损部的空隙分别使用骨水泥和冻干异体颗粒骨两种材料填充。于2 158 N和426 N髋关节力作用下,观察移植物自身应力及其对翻修假体应力的影响。 结果与结论：在不同髋关节力下三翼髋臼假体金属壳两侧界面的应力变化规律相同,假体所受的最大应力取决于髋关节力的大小和方向。翼部应力的分布规律均是由翼的边缘向翼根部逐渐增大,至翼根与球壳连接处为最大。使用不同移植材料对假体的应力分布无明显影响,但骨水泥所受的各种应力大于冻干骨颗粒的应力。故从材料的稳定及其对假体长期稳定性的影响方面来看,采用冻干骨颗粒移植修补髋臼缺损要优于骨水泥。     

髋臼缺损有限元模型的建立及力学分析

背景：目前已设计了多种假体可用于伴有骨缺损的髋臼翻修手术,重建髋臼骨缺损对于翻修手术的成败至关重要。为了更好地评价翻修假体的设计,有必要对髋臼翻修前后的应力分布进行详细了解。 目的：建立髋臼缺损的有限元模型,研究其在正常步态周期内的应力变化。 方法：取正常男性完整骨盆标本,获取髋臼区空间结构三维坐标数据,建立人正常及缺损髋臼的有限元模型,应用有限元分析公式计算两种类型髋臼在正常步态周期内的应力变化规律。 结果与结论：研究证实在正常步态周期内,正常髋臼的最高应力位于髋臼外上部,并且取决于髋关节力的大小和方向。髋臼区应力分解为指向髋臼外上部的主要部分和指向耻骨支撑区的次要部分。而在髋臼缺损模型,负荷传导的部位从髋臼缘的前上方变到后上方和耻骨支撑区。结果表明有限元分析是研究缺损髋臼应力变化及其翻修假体设计的有效方法。 关键词：髋臼翻修;有限元模型;有限元分析;力学分析;数字化骨科     

腕保护器抗冲击载荷的有限元分析

背景：人体防滑倒腕部保护支具对手腕部有明显的保护作用。目的：采用有限元分析验证腕保护器防护腕部骨折的有效性。方法：以中国力学可视人原始资料为依据,应用Abaqus 6.51软件构建带软组织的正常手腕和佩带腕保护器手腕的三维有限元模型,对整个手腕模型加载2 m/s的速度载荷,经程序运算后对比手腕部三维有限元模型佩带腕保护器前后的应力应变分布云图及腕部尺骨远端掌面最大应力值随时间变化规律图。结果与结论：与未佩带腕保护器比较,佩带腕保护器后在跌倒过程中小鱼际和腕关节背面的软组织等效应力、腕部桡尺骨下段的等效应力均明显变小,力学结构最薄弱的桡尺骨远端应力变小尤为最明显,而第2~4掌骨、食指近节、钩骨等力学结构相对坚强的短管状骨和不规则骨所受应力明显增大,提示腕保护器可分散、吸收一部分桡尺骨远端应力,转移至腕、掌、指骨上一部分,对保护腕关节尤其是防止桡尺骨远端骨折有积极的作用。     

自锁空心加压防旋转刀片的有限元分析

运用医学仿真软件Mimics 10.0对股骨的CT图像进行处理，完成了股骨曲面初步的三维重建，并运用Geomagic Studio工程逆向软件进行了股骨NURBS曲面重构，建立几何模型。模拟自锁空心加压防旋刀片固定股骨颈骨折并单腿站立时，利用有限元分析软件ANSYS 10.0进行接触分析，计算自锁空心加压防旋转刀片的应力分布和股骨的位移分布。自锁空心加压防旋刀片的最大MISES应力分布为133.179~182.417 MPa, 股骨的最大位移为0.367~0.864 mm。提示自锁空心加压防旋刀片固定股骨颈骨折，具有良好的稳定性。     

定制型膝关节假体修复股骨远端骨缺损假体柄长的有限元分析

以男性健康自愿者右股骨的CT图像为原始数据,分别建立柄长150,160,170,180,190 mm的定制型膝关节假体修复重建股骨远端40%骨缺损的三维有限元模型,对应的股骨干截骨长度分别为160,170,180,190,200 mm,加载平地慢速(3 km/h)行走步态周期中下肢4倍体质量负荷。皮质骨最大应力出现在股骨近端内侧,随假体柄长由150 mm增加至190 mm,应力最大值由106.8 MPa减少至91.78 MPa。骨水泥最大应力出现在骨水泥上1/4段内侧,应力最大值由 27.2 MPa减少至19.06 MPa。假体柄承载最大负荷,应力值变化不明显。5个模型出现骨折、骨水泥碎裂及假体柄断裂概率均较小。提示定制型膝关节假体重建保肢符合人体生物力学规律;短柄假体可引起骨、骨水泥应力集中,重建后发生骨折、骨水泥碎裂风险较高,而增加柄长对骨的应力遮挡水平也相应增大。     

狭窄动脉流固耦合模型Ansys/CFX数值的有限元分析

目的：研究狭窄动脉流固耦合模型刚性与弹性管壁受脉冲压力载荷时不同剪应力分布及管壁变形量。方法：建立动脉管壁/血液耦合模型，采用有限元法，利用ANSYS CFX的FSI流固耦合高级分析技术模拟出在脉冲压下管壁剪应力分布和变形情况。结果：模拟出弹性血管内的壁面剪应力要比刚性管内的减小明显，位移比刚性管壁的位移要大。结论：刚性管壁无法对人体正常生理状态进行比较好的模拟，由其耦合计算所得的一些结论与实际情况差距较大。数值分析中将结构钢作为刚性管，所得变形量小到可以忽略不计，因此在实验中可将其作为理想化的刚性管。模拟所得刚性管壁剪应力较大，加速内皮细胞的损伤，促进动脉硬化，引起更大的剪应力，恶性循环。该研究为动脉硬化机理的探索提供了更为快捷有效的方法。