人工股骨头置换治疗严重股骨转子间骨折的有限元分析

目的　建立股骨转子间骨折、人工关节假体的三维数字模型,应用有限元对人工股骨头置换术后的股骨应力分布进行分析,评价置换术后的初始稳定性。 方法　利用螺旋CT对志愿者的左侧股骨进行断层扫描获取图像数据,经Mimics软件和Unigraphics建模软件处理,重建股骨三维模型。在此基础上,建立股骨转子间骨折、标准柄股骨假体三维实体模型,最后利用有限元分析软件Ansys10.0建立人工股骨头置换术治疗股骨转子间骨折的三维有限元模型,并对该模型进行生物力学分析。 结果　应力分析显示：正常股骨的应力由近端向远端逐渐上升,并于中下段达到最高。同时人工股骨头假体的应力集中于中段,与正常股骨的应力变化基本一致。人工股骨头置换没有改变股骨总体的应力模式,股骨距部位未见明显的应力集中区,依然是由近端向远端逐渐增加,应力峰值区域亦于全长股骨的中下段。 结论　标准柄人工股骨头置换治疗股骨转子间骨折不会引起股骨应力分布的明显改变,可以获得重建后的初期稳定。     

高龄不稳定性股骨转子间骨折的髋关节置换:先置入假体再行骨折内固定

背景:近年来人工关节置换成为治疗高龄股骨转子间骨折的一种新方法。以往学者多习惯先处理骨折后置入假体,或先处理小转子,置入假体后再修复大转子。对于加长柄与标准柄长的使用,争论较大。目的:验证人工关节置换治疗高龄不稳定性股骨转子间骨折的治疗效果,观察置换过程中置入假体与固定大小转子骨折块的操作顺序对修复效果的影响。方法:回顾性分析2006-01/2008-12解放军第451医院骨科应用人工关节置换治疗高龄股骨转子间不稳定型骨折28例的临床资料,20例行人工股骨头置换,8例行全髋关节置换,均采用骨水泥型人工关节。人工关节置换后观察X射线片、髋关节功能Harris评分变化及其并发症。结果与结论:全组病例人工关节置换后随访1~4年,平均2.8年,疗效优良率为89.3%,未发现髋内翻、感染、松动、脱位者。人工关节置换能迅速恢复患肢功能,减少并发症的发生。置换要点是大、小转子骨折与人工假体关系的处理,应先置入假体,后以假体为支撑、行骨折内固定;做到假体与股骨近段紧密压配,是置换后假体稳定性的保证,加长柄与标准柄长均可使用。     

高龄股骨转子间骨折人工关节置换的特点及假体选择

目的:探讨高龄不稳定型转子间骨折人工关节置换不同假体的选择策略及临床治疗特点。方法:采用电子检索的方式,在万方数据库(http://www.wanfangdata.com.cn/)中检索2000-01/2010-08有关高龄股骨转子间骨折人工关节置换的研究文章,关键词为"股骨转子间,骨折,人工关节,高龄"。排除重复研究、普通综述或Meta分析类文章,筛选纳入25篇文献进行评价。结果:高龄股骨转子间骨折人工髋关节置换前正确的假体选择很重要,应根据Evans标准分类以及股骨近端骨折情况进行选择。根据人工髋关节假体的类型,目前分为3类:第一类是根据不同的柄长来选择,即加长柄人工关节与普通柄长人工关节的选择;第二类是全髋关节假体与双极人工股骨头假体的选择;第三类是骨水泥型柄与生物型柄假体的选择。另外应该按照骨质情况选择,骨水泥型假体可获得置换后即刻稳定,因此绝大多数高龄不稳定型骨骨转子间骨折更适合于选择骨水泥型假体。结论:根据骨折类型以及患者全身情况选择不同类型的人工关节假体来治疗高龄股骨转子间骨折安全有效,功能恢复快,并发症少。     

TC股骨转子间骨折半髋假体系统的研制及力学测试

目的针对老年不稳定型股骨转子间骨折,研制一套新型半髋假体系统———TC(Trochanteric Prosthesis Sys-tem)半髋假体系统,以保存粗隆部骨量,达到早期功能锻炼的要求。方法选择1名正常成年男性志愿者,对其双侧股骨进行CT薄层扫描,所得图像信息以DICOM格式储存,导入有限元建模软件建立股骨中上段三维模型。利用计算机Pro/E软件进行半髋假体的辅助设计,计算机数控快速成型技术制造半髋假体的金属模型,在尸体骨上反复验证和修改完善后,开模铸造正式假体。将所研制假体模拟植入人体股骨后进行三维有限元分析。选择1名老年男性的新鲜尸体股骨标本,制作A2.2型(AO分型)股骨转子间骨折模型,模拟手术植入装配所研制的半髋假体系统。按照国家行业标准YY0117和YY0118的要求进行材料的性能测试、假体头颈部疲劳测试、假体柄部疲劳测试以及模拟植入新鲜尸体股骨后的抗压、抗扭转等生物力学性能测试。结果新型股骨转子间骨折半髋假体试样的头颈部、柄体部的疲劳性能测试结果 500万次(8 Hz),假体未断裂或失效;植入新鲜尸体股骨后抗压达到2 kN,试样未失效,抗扭转最大扭矩达到15.5 N.m。有限元分析应力云图显示假体柄与股骨接触应力主要由股骨转子部以下的骨干部所承担,最大平均Von Mises应力值为17.6～26.4 MPa,而大、小转子处的应力水平较低,最大平均Von Mises应力值分别为2.7、4.9 MPa。结论本研究所研制的老年不稳定型股骨转子间骨折半髋假体系统具有操作简便、固定牢靠、充分保存转子部骨量的特点,并且能够达到早期功能锻炼的生物力学要求。     

人工股骨头置换治疗高龄转子间骨折与股骨颈骨折:随访比较

背景:人工股骨头置换治疗高龄移位股骨颈骨折已成为首选治疗方案,但是否应用关节置换作为转子间骨折的初次治疗,目前国内学者还有争论。目的:通过比较人工股骨头置换治疗高龄转子间骨折与股骨颈骨折的疗效,评价人工股骨头置换治疗高龄转子间骨折的效果。方法:纳入老年髋部骨折患者90例,年龄≥80岁,转子间骨折组35例,股骨颈骨折组55例。患者均采用骨水泥型人工关节置换。随访1-5年,从置换过程时间、出血量,置换后负重时间、并发症,Harris评分情况进行比较分析。结果与结论:两组平均随访2.8年,在髋关节间隙变化、疼痛、假体柄松动下沉,假体翻修率等方面,两组比较差异无显著性意义(P0.05);置换过程中出血量、置换后负重时间、Harris评分差异无显著性意义(P0.05);转子间骨折组比股骨颈骨折组置换时间稍长(P0.01)。说明人工关节置换治疗高龄不稳定的转子间粉碎性骨折,具有与股骨颈骨折关节置换同样的治疗效果。     

新研制的老年不稳定型股骨粗隆间骨折半髋假体有限元分析

对计算机辅助设计的新型股骨粗隆间骨折半髋假体进行模拟人体植入后的三维有限元分析,检验其设计的合理性。对1名60岁正常男性志愿者进行双下肢的股骨中上段CT扫描,以DICOM格式导入Mimics11.1软件,建立股骨近端模型,模拟AO分型中A2.2型骨折(大、小粗隆均有骨折的不稳定型股骨粗隆间骨折)形态建立老年不稳定型股骨粗隆间骨折的模型,将计算机辅助设计生成的新型半髋假体的Pro/E文件导入骨折模型中按手术要求进行装配,然后利用Mimics11.1软件进行网格划分、单元保形优化以及按灰度进行单元弹性模量赋值,最后导入Ansys11.0软件生成三维有限元模型,加载负荷,进行假体植入后股骨应力分布的量化分析研究。所研制的半髋假体植入人体后,力学加载后的应力云图显示假体柄与股骨接触应力主要由股骨粗隆部以下的骨干部所承担,最大平均Von Mises应力值在17.69～26.41 MPa,而大、小粗隆处的应力水平较低,最大平均Von Mises应力值分别为2.76和4.95 MPa。对于老年骨质疏松患者,所研制的股骨粗隆间骨折半髋假体属远段生物固定型假体,符合股骨粗隆间骨折治疗的要求,不易导致骨折分离和假体失稳。     

模拟全髋关节置换后股骨假体的稳定性

背景：国内外关于髋关节置换后股骨的压缩力学实验研究较多,因此研究髋关节置换后股骨的扭矩、扭转角、载荷-位移关系非常重要。对比分析传统型假体和解剖型假体的压缩、扭转力学特性,对于髋关节置换及人工假体的稳定性研究具有重要意义。 目的：通过模拟髋关节置换后股骨的轴向压缩和扭转实验,对比分析传统型和解剖型人工假体的稳定性,为临床提供生物力学参数。 方法：取股骨左右侧标本共12个,其中左侧6个标本保留股骨颈作为解剖型钛合金人工关节假体组,右侧6个标本去除股骨颈作为传统型钴铬钼人工关节假体组。分别将两组标本置于电子万能试验机工作台上,以     5 mm/min的实验速度对标本施加压应力,读取20,40,60,80,100 N时所对应的位移值。之后取两组标本,将标本两端置于扭转试验机夹头内,以1 (°)/s的实验速度对标本施加扭矩,读取5,10,15,20 N•m扭矩时所对应的扭转角值。 结果与结论：在100 N外力作用下,传统型假体位移为(2.03±0.06) mm,解剖型假体位移为(1.83±0.05) mm;在20 N•m扭矩作用下,传统型假体扭转角为(21.7±0.7)°,解剖型假体扭转角为(13.2±0.4)°。解剖型假体在100 N作用下的位移和在20 N•m扭矩作用下的扭转角均小于传统型假体组,差异有显著性意义(P < 0.05)。提示解剖型假体和传统型假体具有不同的压缩和扭转力学特性,解剖型假体置入股骨后具有较好的稳定性。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     

虚拟置换后的膝关节力学分析

背景：仿真力学具有可重复性和对模型无损伤性的优势,加上个性化结构模型提高了有限元分析的可靠性,选择虚拟置换后对膝关节的力学分析不失为一种优化尝试。 目的：通过膝关节置换虚拟手术,用有限元法全面分析术后的膝关节接触面的受力状况,为下一步“手术规划”实验提供客观资料。 方法：CT/MR扫描患侧膝关节,激光扫描假体,经逆向软件数字化重建假体、膝关节及其韧带并测量下肢力线, 根据膝关节置换标准,用Mimics中的Simulation性能模拟膝关节置换手术的截骨、置入假体之后, 再将所得的模型导入ANSYS划分网格、材料赋值、施加载荷,以有限元法分析接触应力分布。 结果与结论：获得最佳的全膝关节置换后3D膝关节有限元模型,测得的力学数据与前人在力学实验中对假体直接测试所获得的结果基本一致。以有限元方法分析出虚拟置换后膝关节的结构形变、应力分布、内部能量变化等情况,有利于寻找假体置入的最佳位置、优化截骨、预见手术结果,成为手术规划不可缺少的数据。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：     

一期人工关节置换修复老年不稳定型股骨转子间骨折:髋关节功能6个月随访

背景:对于老年不稳定型股骨转子间骨折,是采用传统的动力髋螺钉等内固定治疗,还是采用人工关节置换;是一期行置换,还是等待内固定治疗失败后采取补救性关节置换,目前国内外尚无统一标准。目的:观察一期人工关节置换修复老年不稳定型股骨转子间骨折的效果及预后。方法:2008年4月至2011年10月新疆昌吉州人民医院骨二科采用一期人工关节置换修复老年不稳定型股骨转子间骨折患者21例,21例中1例既往合并股骨头缺血性坏死和创伤性关节炎的患者采用生物型人工全髋关节置换,3例采用标准骨水泥型双极人工股骨头假体置换,17例采用生物型双极人工股骨头假体置换。所有人工关节、内固定材料及配套关节置换手术器械均为进口。置换后定期随访,以髋关节Harris评分评估髋关节功能。结果与结论:所有置换手术均由同组医师完成。手术时间30-60 min,平均42 min;手术切口8-15 cm,平均11 cm;术中出血量50-300 m L,平均150 mL;输血例数13例,平均每例患者住院期间输血1.5 U。1例合并高血压、冠心病及糖尿病的76岁患者于置换后第9天猝死(急性心肌梗死),3例置换后第3天双下肢血管B超示小腿肌间静脉血栓形成,无假体松动、下沉、感染以及血栓等并发症发生。除1例死亡外其他20例均获得随访,随访时间6-49个月。出院前髋关节Harris评分(73±4)分;末次随访髋关节Harris评分(82±6)分。提示一期人工关节置换修复老年不稳定型股骨转子间骨折的效果肯定,但病例数仍较少,尚需进一步研究。作者建议,对于符合指征的患者,一期人工关节置换可考虑首选。     

人工髋关节活体有限元建模及力学分析

背景：有限元分析最为广泛地应用于人工髋关节置换的研究,能够反映人工髋关节置换前后的应力分布情况。 目的：通过CT扫描图像建立人工髋关节置换后的三维有限元模型,分析假体和股骨的力学分布,提供研究活体内假体的评估方法。 方法：选非水泥型人工髋关节假体置换后患者1例,64排CT扫描髋关节,通过三维建模软件建立三维有限元模型,加载载荷1 500 N,分析假体和股骨的应力分布,并与体外建模和正常股骨有限元模型比较。 结果与结论：应用患者人工髋关节置换后CT扫描图像建立的三维有限元模型,加载后应力主要分布在股骨干上端1/3处,在股骨假体柄颈结合处,假体外侧,假体的远端与股骨接触处,是假体置换后应力在体内传递的真实反映。结果说明活体髋关节建模优于体外建模,不改变假体在体内的位置,人工髋关节活体建模是假体评估新方法。     

骨质疏松股骨转子间不稳定型骨折人工股骨头置换的三维有限元应力分析

BACKGROUND: Artificial femoral head replacement provides a new idea for the repair of unstable intertrochanteric fracture. Artificial prosthesis replacement may affect original femoral biomechanical stability and lead to a variety of adverse consequences.  OBJECTIVE: To analyze the stress distribution of femoral head replacement in the treatment of unstable femoral intertrochanteric fractures with three-dimensional finite element analysis. METHODS: One male old volunteer was randomly selected from population who underwent health examination. The left femur was scanned with spiral CT, and the three-dimensional finite element models of the human femur and prosthesis were established. The three-dimensional finite element model was used to simulate the actual working conditions of human climbing stairs, and the stress distribution of the bone channels around the surface of the femur and the prosthesis was analyzed with three-dimensional finite element analysis. RESULTS AND CONCLUSION: Under normal condition, the stress of the human femur was in a consistent state. Stress changed gradually from the proximal end to the distal end. The stress of the prosthesis was concentrated in the middle section. The prosthesis of inner stress distribution was analyzed to obtain stress distribution of prosthesis and femur cancellous bone interface. The analysis found that stress change trend was consistent. The results suggest that artificial femoral head replacement does not have a significant effect on the overall stress distribution of the human femur, and the overall stress distribution does not change, and the maximum stress region is located in the middle of the whole femur. After the reconstruction, the stress concentration of the femur is not observed.        

不同材料人工髋关节假体对骨界面应力分布及生物力学的影响

BACKGROUND: During joint replacement, different materials of prosthesis can be used. Different prosthesis can produce different effects and the stress distribution of bone interface. OBJECTIVE: To explore the effects of different materials on the stress distribution and biomechanics of the bone interface of artificial hip joint. METHODS: The CT scan of the hip was carried out. The image data were saved in DICOM format and processed by MIMICS software. The 3D finite element model of the femur was obtained by ANSYS. A three dimensional finite element model of the femur was made with the material properties of the femur. Three kinds of different replacement prosthesis materials (Co Cr Mo alloy, titanium alloy and composite materials) were selected, and the specific requirements of the actual joint replacement were selected, and different types of prosthesis were designed in CAE software. In the STL format, the prosthesis model was imported into MIMICS, and the femur and prosthesis were assembled. The stress status of different prosthesis was analyzed, and the stress shielding rates of exterior and interior sides of middle and lower parts of the femur, right to and 30 mm below lesser trochanter and right to lesser trochanter of the proximal femur were calculated. RESULTS AND CONCLUSION: Through three-dimensional finite element analysis, a direct and accurate model of the femur and the three-dimensional model of the prosthesis were established. According to the actual situation, material assignment of the femoral three-dimensional finite element model was conducted to obtain the corresponding model. Thus, the properties of different materials of the femur were shown visually. The femoral stress of cobalt chromium molybdenum alloy, titanium alloy, and composite material was simulated after replacement. Results found that the stress shielding rate can decrease in the middle and lower parts of the femur. After replacement, the femoral stress is higher than that of the intact femur. The experimental results show that the stress shielding of the joint was performed after joint replacement with Co Cr Mo alloy, titanium alloy and composite materials. Among them, the composite material is more close to the actual physiological environment of the human body, and it can better reduce the stress shielding effect, and is beneficial to the stress from the prosthesis to the femur.      

骨水泥型人工股骨头置换治疗高龄不稳定型股骨转子间骨折

背景：较多研究认为,人工关节置换在高龄骨质疏松、骨折呈现粉碎性、预计无法内固定或内固定失败的病例治疗中有较大优势。 目的：分析骨水泥型人工股骨头置换治疗高龄不稳定股骨转子间骨折的疗效。 方法：纳入18例股骨转子间不稳定型骨折患者,年龄>75岁,均进行骨水泥型人工股骨头置换治疗,置换后3个月按髋关节功能Harris评分法评估疗效,随访观察置换后的早期并发症及假体远期并发症情况。 结果与结论：18例患者随访13-34个月,均未出现感染、压疮、股骨干骨折等并发症,X射线片显示骨折愈合好,无假体感染、脱位、松动、明显下沉、折断等并发症。置换后3个月,所有患者基本恢复至伤前行走功能水平,疗效为优8例,良7例,可2例,差1例。结果表明骨水泥型人工股骨头置换治疗高龄股骨转子间不稳定骨折具有良好的生物相容性及稳定性,可恢复患者肢体功能。  中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料;骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性;组织工程     

髋关节置换的三维有限元分析

目的本文建立股骨髋关节置换有限元模型，并进行了静力学模拟计算，寻求假体的材料属性对髋关节置换后产生的的影响。方法运用逆向工程与有限元的基本概念和理论，采用医学专用的建模软件mimics读取原始的股骨CT图片的dicom格式，完成股骨二维重建，然后根据股骨髓腔几何解剖状态应用CAD软件设计个性股骨假体。在ansys中对两个模型进行有限元装配，进行接触耦合分析!结果建立了精确的股骨模型和设计了个性假体。利用MIMICS基于灰度值进行赋材质，实现股骨有限元模型材料正确的非均匀及各向异性描述。成功模拟了三种假体材料置换后股骨的应力。结论三种材料中复合材料假体更接近人体生理环境，减弱了假体的应力遮挡，有利于力由假体传到到股骨上。为改进人工髋关节的设计、置换和提高人工髋关节寿命提供了一些有益的依据。研究结果表明这种假体设计和分析方法更为合理、可靠。     

生物型加长柄全髋置换治疗老年不稳定性股骨转子间骨折

背景：老年股骨转子间不稳定性骨折内固定后愈合较差,普通髋关节置换固定不稳,有待新的治疗手段解决这一难题。 目的：回顾性分析生物型加长柄人工髋关节置换治疗老年股骨转子间不稳定性骨折的疗效。 方法：2004-01/2011-09采用生物型加长柄人工髋关节置换治疗老年股骨转子间不稳定性骨折26例。人工髋关节为捷迈公司生物性加长柄人工髋关节,生物相容性良好。 结果与结论：随访时间2年~5年6个月,置换后疗效均满意,患者置换后可早期下地活动,髋关节无疼痛,关节功能良好,生活质量明显改善。随访至置换后2年的24例行Harris髋关节评分,优9例,良11例,可3例,差1例,优良率为83%,其中1例出现人工关节下沉。提示生物型加长柄人工髋关节置换治疗老年股骨转子间不稳定性骨折可明显缩短患者置换后卧床时间,有利于早期恢复功能锻炼,效果显著,是一种相对安全有效的治疗方法。     

人工髋关节假体的分类及设计

背景：人工髋关节置换是指用生物相容性良好的材料制成的一种类似人体骨关节的假体,置换被疾病或损伤所破坏的关节或关节平面,缓解关节疼痛、矫正畸形假体、改善关节的活动功能。 目的：对人工髋关节假体分类及设计研究文献的发展趋势进行多层次探讨分析。 方法：以电子检索方式对CNKI数据库学术期刊2002-01/2011-12收录有关人工髋关节假体分类及设计研究的文献进行分析,采用检索词为“髋关节置换;人工假体;假体设计;假体类型”,运用数据库的分析功能和Excel软件图表的功能分析数据特征。 结果与结论：CNKI数据库学术期刊2002/2011收录人工髋关节假体分类及设计研究的文献135篇,从文献数量上看处于上升趋势。以外科学分类的文献为主。《中国组织工程研究与临床康复》杂志因设有医学植入物栏目,在人工髋关节假体分类及设计研究中发表文献数量最多为33篇。上海交通大学是人工髋关节假体分类及设计研究的重点单位,王成焘教授是从事此研究的重要核心作者。文献关键词显示人工髋关节假体设计和类型主要考虑髋关节、股骨的生物力学方面问题,以及人工髋关节假体有限元分析、翻修、假体无菌性松动等。