Chiari骨盆截骨术中外展肌张力对股骨头软骨生物力学影响的三维有限元分析

目的　探讨Chiari骨盆截骨术中外展肌力负荷对股骨头软骨的生物力学影响。方法　建立Chiari骨盆截骨术的髋关节三维有限元模型，应用非线性接触压力分析方法，观察不同的外展肌力负荷条件下关节软骨接触压力及软骨下骨应力分布。结果　Chiari术后关节软骨的接触压力和股骨头软骨下骨应力明显降低，接触面积明显增加。随着外展肌力负荷的降低，接触压力的重新分布更加明显。对应于原髋臼软骨的压力逐渐降低，新髋臼软骨的压力逐渐升高。股骨头软骨下骨应力也进一步降低。而术后关节软骨的接触面积改变不大。结论　外展肌力负荷所引起的生物力学改变在Chiari骨盆截骨术中起重要作用。     

Cam型髋关节撞击综合征关节软骨接触力学的有限元分析

目的 通过有限元方法探讨不同严重程度的Cam型髋关节撞击综合征(femoroacetabular impingement,FAI)关节软骨接触力学的变化。方法 建立正常髋关节及不同α角的 Cam型FAI髋关节三维有限元模型,计算行走、坐下、起立等日常活动下的关节软骨接触压力和应力。结果 完整步态周期加载过程中,不同α角的Cam型FAI软骨接触压力分布与正常髋关节接近,无高接触压力和Von Mises应力集中区域;坐下、起立加载过程中,Cam型FAI软骨接触压力均大于正常髋关节,且随α角的增加而增大,其接触区域主要位于髋臼缘前上方,局部出现过高压力和Von Mises应力集中。结论 Cam型FAI软骨接触力学变化的关键影响因素是运动方式,关节软骨过高的接触压力和Von Mises应力,可能是其引起软骨退变并最终导致骨性关节炎的力学原因。     

利用有限元方法对髋臼弧形截骨术进行术前规划

目的对已截骨的髋臼块进行不同角度旋转,以模拟手术中髋臼块需调节的不同角度,通过分析髋关节周围软骨接触应力以及接触面积确定最佳角度,为髋臼截骨提供个体化方案。方法建立髋关节发育不良(development dysplasia of hip,DDH)和正常有限元模型,探讨发育不良髋臼形态特征以及应力集中原因。对DDH模型模拟截骨术,通过髋臼块的向前方和侧方旋转的不同角度组合得到共计20个截骨术后骨盆模型,对比分析模型在模拟单腿站立情况下最优结果的差异。结果正常模型髋臼软骨最大接触压力为7.85 MPa。DDH模型髋臼软骨最大接触压力为13.42 MPa,模拟截骨术后最优解接触压力下降至8.49 MPa,且接触力分布改善更明显。结论改变前侧旋转角度可以明显改善接触压力分布和大小并且远离术前病变区域,对术后效果有积极影响。手术前基于每位患者的实际情况制定个性化截骨方案对于手术效果至关重要。     

单纯髋臼前后缘发育不良的解剖学与临床研究

目的：探讨单纯髋臼前后缘发育不良对髋周结构的影响及治疗。方法：对1995～2006年收治的18例单纯髋臼前后缘发育不良患者的髋臼形态、临床诊断与治疗进行回顾性调查；根据Harris评分进行临床评价，Ficat分期改变进行影像学评价。结果：髋臼前后缘发育不良相应的髋臼断面角（ASA）及髋臼前倾角AcAVA改变，而中心边缘角（CE角）及髋臼角均正常；采用髋臼加深联合带旋股外侧血管大转子骨瓣移植修复重建股骨头及髋臼2例，全髋关节置换16例。术后临床随访平均4．6年，Harris评分由51,2分改善到89．6分。临床疗效优良率94％。结论：单纯髋臼前后缘发育不良可导致骨关节炎甚至股骨头坏死改变；选择合理的治疗方式如加深髋臼及调整假体安装位置及角度，可以重建髋臼和恢复股骨近端解剖结构及生物力学关系。     

成人大骨节病与骨关节炎患者髋关节影像学表现的对比研究

目的：研究成人大骨节病髋关节病变的影像学特点,并与骨关节炎患者进行对比。方法：对四川省壤塘县112例（224髋）确诊为成人大骨节病的患者进行髋关节摄片,观察髋关节髋臼侧、股骨侧有无影像学改变,测量髋关节Sharp角、CE角、髋臼指数、头转子间距离、头颈指数和颈干角,并将测量结果与我院40例（80髋）原发性骨关节炎患者进行对比分析。结果：224髋中有22髋（9．8％）出现髋部异常改变,主要表现为髋臼软骨下骨硬化或囊变、股骨头形态不规则伴密度异常、颈干角变小。112例患者Sharp角平均37．92°、CE角平均30．26°、髋臼指数平均43．86、头转子间距离平均1．69cm、头颈指数平均1．80、颈干角平均121．8°。与骨关节炎患者相比,大骨节病组患者颈干角较小,其组间差异有统计学意义（P〈0．05）,但均在正常范围内;其余测量指标两组比较均无统计学差异。结论：成人大骨节病部分患者髋关节在影像学方面具有异常改变,主要表现为髋臼软骨下骨硬化或囊变、股骨头形态不规则伴密度异常、颈干角变小。上述影像学改变与骨关节炎患者相比无明显特异性。     

Bernese髋臼截骨术术前规划中骨盆建模对结果的影响

目的 探究在Bernese髋臼截骨术的术前规划中不同建模完整程度对髋臼应力分布和截骨最佳角度结果的影响。方法 对1位髋关节发育不良患者按照建模完整程度不同建立两个模型,模型1包括患侧髋骨和股骨,模型2包括完整骨盆及患侧股骨。对比分析两个模型单腿站立情况下髋臼软骨接触压力、面积和分布情况,并模拟截骨,分析两种建模方式对术前规划结果的影响。结果 术前模型2相比模型1接触压力大、接触面积小,并且分布更靠近髋臼月状面上边缘。比较11个术后方案,模型1的接触压力变化幅值和最佳截骨角度均小于模型2。结论 建模完整程度只有患侧髋骨和股骨的术前分析结果会低估应力集中程度和误判应力集中点的位置,并且其最佳截骨旋转角度结果较小。研究结果为截骨术前规划建模提供一定理论依据。     

构建Cam型髋关节撞击综合征有限元模型及力学分析

背景:Cam型髋关节撞击综合征可使关节承受力学过载并最终导致髋关节骨关节炎,然而其诱发骨关节炎的相关力学机制仍不清楚。目的:运用三维有限元的方法,分析Cam型髋关节撞击综合征的关节内力学环境,进一步了解其病理力学特点。方法:采用正常髋关节CT数据,利用Mimics和Hypermesh软件准确构建正常髋关节和Cam型髋关节撞击综合征三维有限元模型。在LS-DYNA软件中,模拟坐下、起立时的力学加载条件,对正常髋关节和Cam型髋关节撞击综合征髋关节的软骨接触力学进行分析。结果与结论:基于CT数据准确构建了包含关节软骨的正常髋关节和Cam型髋关节撞击综合征髋关节三维有限元力学分析模型。坐下、起立加载过程中,正常髋关节在最大屈髋位时峰值接触压力分别为4.43,4.59 MPa;而Cam型髋关节撞击综合征髋关节分别为14.96,14.86 MPa,髋臼缘前上方出现过高压力和应力集中。提示髋臼软骨过高的接触压力可能是Cam型髋关节撞击综合征导致骨关节炎的力学机制。     

正常步态下髋臼底接触面积与压力分布的三维有限元分析

背景：认识髋关节的正常压力分布特点,将有助于进一步了解正常髋关节的力学机制与异常载荷下关节软骨的病理学行为。 目的：运用三维有限元的方法,分析正常步态过程中头臼间接触面积和应力分布情况。 方法：应用CT扫描技术和计算机图像处理系统,建立髋臼的三维有限元模型,利用髋臼模型模拟髋臼在完整步态过程中连续32个位相时的受力状况,并对各位相时接触面积进行计算。 结果与结论：获得了髋臼在32个位相时的应力峰值分布呈双峰形,在起步位相时达到峰值(4.2 MPa),支撑期接触面积明显高于跨步期。始终接触部位集中在髋臼顶部,偏内侧,而髋臼前角与后角始终没有应力传导。髋臼软骨在不同位相的应力分布明显不同,支撑期应力增高区分布在臼顶区,而跨步期应力增高区在臼软骨的内侧缘。结果显示髋臼的接触应力增高区及接触面的分布对临床研究有重要意义,可提示导致髋臼骨性关节炎的好发因素。     

发育性髋关节发育不良患者不同髋关节外展角度下髋部应力分布的有限元分析

背景：目前对于髋关节发育不良的有限元研究相对较少,髋关节外展角度对髋关节生物力学分布的影响也不明确。目的：应用有限元方法分析不同外展角度下髋关节发育不良患者健侧及患侧的髋关节应力分布,为髋关节发育不良的预防、治疗、康复等提供方案。方法：选取1例左侧髋关节发育不良患者双侧髋关节CT薄层扫描数据,利用Mimics软件建立髋关节模型,Geomagic Wrap软件完成实体化,Solidworks软件进行皮质骨与松质骨的装配,然后应用Ansys Workbench软件加载关节负荷,分析不同外展角度下单足着地条件下髋关节应力分布情况。结果与结论：(1)该研究所建模型与实际情况相符合,随着髋关节外展角度增加,正常髋关节的股骨颈最大应力值逐渐增大,且一直位于股骨颈内侧,当健侧髋关节外展为15°时股骨头最大应力值最小,当髋关节外展20°时髋臼上方最大应力值最小;(2)发育性髋关节发育不良患者患侧髋最大应力值一直位于髋臼上方,且当髋关节外展为25°时,髋臼最大应力值最小,当髋关节外展20°时,股骨头最大应力值最小,当髋关节外展0°时,股骨颈部最大应力值最小,且位于股骨颈后方,随着髋关节外展角度增大,股骨...     

发育性髋关节发育不良兔模型Ⅱ型胶原的表达变化（英文）

背景:轻度髋关节发育不良是导致成人骨性关节炎发病的主要原因,而髋臼软骨中胶原和蛋白多糖的变化可能是导致骨关节炎发生的直接原因。目的:观察早期髋关节发育不良兔模型髋臼软骨Ⅱ型胶原的表达变化。方法:将新西兰白兔左下肢作为实验侧,以膝关节伸直位、长腿管形石膏固定方法建立髋关节发育不良模型,右下肢为对照侧。结果与结论:兔实验侧髋臼软骨中可见局部软骨细胞簇集,细胞外基质甲苯胺蓝染色有失染现象,且Ⅱ型胶原阳性细胞数量与表达水平高于对照侧。提示Ⅱ型胶原表达可能与软骨退行性变有关。     

骨小梁结构髋臼杯和实体结构髋臼杯的三维模型仿真分析

文题释义： 骨小梁结构：骨组织包括皮质骨和松质骨，松质骨由一系列小梁骨组成。骨小梁在人体内分布广，呈疏松多孔的网状结构，骨的这种结构使得骨能够承受来自各个方向的载荷，并将载荷分散化，减少集中载荷对骨的不良影响。 有限元分析：有限元分析是一种数值分析方法，它的根本思想是离散化。即利用简单而又相互作用的元素(即单元)，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。有限元数值模拟技术是提升产品质量、缩短设计周期、提高产品竞争力的一项有效手段，所以，随着计算机技术和计算方法的发展，有限元法在工程设计和科研领域得到了越来越广泛的重视和应用，已经成为解决复杂工程分析计算问题的有效途径。 背景：髋关节置换是治疗股骨头坏死、骨性关节炎、髋关节发育不良以及老年股骨颈骨折等髋关节疾病最有效的方法，因此有必要对髋关节置换的生物力学行为展开研究。 目的：采用有限元仿真的方法模拟髋关节置换后骨小梁结构髋臼杯和实体结构髋臼杯模型的接触应力和米氏应力大小和分布情况，分析其对假体及髋关节的影响。 方法：通过3-Matic Research 11.0软件设计了2种不同结构的髋关节假体组件模型：骨小梁结构髋臼杯和实体结构髋臼杯模型。并将设计好的模型经Hypermesh 14.0软件划分网格并赋予材料属性，最后导入有限元分析软件Abaqus 6.13软件中仿真分析，比较相同状态下2种髋臼杯的应力值和应力分布情况。 结果与结论：骨小梁结构髋臼杯的应力呈散点状分布，分布范围广。实体结构髋臼杯容易出现应力集中现象，应力分布集中在受力点附近。骨小梁结构髋臼杯相对于实体结构髋臼杯而言，应力分布范围更大，应力分布更均匀，从而可以减轻髋关节假体之间的磨损，降低髋关节假体发生无菌性松动的风险。 ORCID: 0000-0003-4612-6111(王晖) 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     

髋臼发育不良者全髋置换中臼杯置入位置的力学分析

目的　利用三维有限元分析方法,研究髋臼发育不良患者加深磨锉假体置入部位的髋臼骨床、使臼杯假体内移置入对髋臼假体-骨界面间的应力分布情况的影响。  方法　选取髋关节发育不良患者的骨盆为实验对象,螺旋CT做全长连续扫描,然后利用计算机仿真技术对CT图像进行三维重建,建立髋关节发育不良骨盆模型。在计算机环境中对重建模型进行髋臼磨锉,臼杯假体不同程度内移植入的模拟手术,利用有限元分析软件SolidWorks对重建模型进行有限元网格化及力学分析。  结果　臼杯假体的内移使臼杯上缘处获得骨床包容,臼杯接触面积更大,单位面积所受应力相对较少。随内移程度加大,髋臼内壁骨质突破更为明显,使髋臼顶部应力集中及其余部分应力不均愈趋明显。  结论　髋臼加深磨锉臼杯内移植入有助于改善髋关节发育不良病例行髋关节置换臼杯的骨床包容,但随内移程度的加大,髋臼内壁突破,髋臼面的应力集中,髋臼的应力分布情况明显改变,应尽量减少穿破的程度。     

经髋臼顶及耻骨上、下支骨盆三处截骨矫正髋臼发育不良的应用解剖

目的：探讨经髋臼顶、耻骨上、下支骨盆三处截骨术矫正髋臼发育不良的耻骨上支截骨角度和耻骨下支截骨长度,为临床截骨矫形,达到理想股骨头覆盖提供解剖学依据。方法：选取15具成人湿性骨盆标本（30侧髋关节）,随机分成A组、B组,每组15侧髋关节;再将其随机分为3个亚组,每组5侧髋关节。将髋臼CE角打磨成0。,制作髋臼发育不良模型,再按Salter截骨将髂骨截断。A、B两组分别在耻骨上支中点由内上向外下与矢状面成30。和45。截断,各亚组依次将耻骨下支在耻骨联合以远分别截去1．0cm、1．5cm、2．0cm骨块。截骨后将髋臼向前外及下方旋转,并用克氏针固定髂骨截骨端。测量A、B各亚组耻骨上支断端的接触面积,摄x线片,测量各亚组的cE角、Sharp角、臼头指数等几项数据。所得数据用SPSS13．0软件进行统计学处理。结果：A组各亚组耻骨上支的接触面积均小于B组,差异有统计学意义（P〈0．01）,A、B组内3个亚组间的cE角、Sharp角以及臼头指数值比较差异有统计学意义（P〈0．01）;A、B两组间的各亚组的cE角、Sharp角以及AHI值比较差异无统计学意义（P〉0．05）。结论：经髋臼顶及耻骨上、下支骨盆三处截骨术中,在耻骨上支中点由内上向外下与矢状面成45。截骨条件下,耻骨下支截除2．0cm骨块,能够达到最佳的耻骨上支断端接触面积和实现股骨头满意覆盖的CE角、Sharp角及臼头指数值。     

Gradient of contact stress in normal and dysplastic human hips

The stress gradient index (G(p)) is introduced for the assessment of dysplasia in human hip joint. The absolute value of G(p) is equal to the magnitude of the gradient of the contact stress at the lateral acetabular rim. The parameter G(p) normalized with respect to the body weight (W(B)) is determined from the standard anteroposterior radiographs of adult human hips and pelvises using the mathematical model. The average value of G(p)/W(B) was determined for the group of dysplastic hips and for the group of normal hips. In the group of normal hips the average value of G(p)/W(B) is smaller (-0.445x10(5) m(-3)) than in the group of dysplastic hips (+1.481x10(5) m(-3)). The difference is statistically significant P<0.001. The average value of G(p)/W(B) changes its sign at the value of the centre-edge angle theta(CE) approximately 20( composite function ) which is usually considered as the boundary value of theta(CE) (lower limit) for the normal hips. Accordingly we suggest a new definition for the hip dysplasia with respect to the size and sign of the normalized stress gradient index G(p)/W(B). The hips with positive G(p)/W(B) are considered to be dysplastic while the hips with negative G(p)/W(B) are considered to be normal. The statistically significant correlation between the value of the Harris hip score, used in the clinical assessment of the hip dysplasia, and the normalized stress gradient index was found.     

髋臼发育不良者全髋置换中置入不同直径髋臼杯的力学分析

背景：成人髋臼发育不良髋臼小而浅,臼内有大量骨痂和瘢痕组织等都为人工髋关节置换臼杯安装带来极大困难。臼杯安装后局部的力学变化关系到置换后假体松动的发生及使用寿命。 目的：利用三维有限元力学分析方法,对髋关节发育不良患者采用不同直径臼杯置入,观察对髋臼假体-骨界面间应力分布情况的影响。 方法：选取髋关节发育不良患者的骨盆为试验对象,用螺旋CT做全长连续扫描,然后利用计算机仿真技术对CT图像进行三维重建,建立髋关节发育不良骨盆模型。在计算机环境中对重建模型进行不同直径臼杯置入的模拟手术,利用有限元分析软件对重建模型进行有限元网格化及力学分析。 结果与结论：对于髋臼发育不良的病例,选择小直径臼杯可应对髋臼浅平、骨床骨量不足的缺陷而达到较好的臼杯骨床包容,但臼杯直径小致接触面小使单位面积应力升高;另一方面,大直径臼杯置入扩大磨锉髋臼骨床可引起髋内壁破损突破,导致应力(包括压应力及剪切力)增大及集中。由此推断,髋臼发育不良全髋关节置换时应在保证骨床包容的前提下选择较大直径的臼杯,有利于应力的良好分布,但应尽量避免或减少扩大磨锉髋臼骨床所致髋臼内壁的穿破。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：     

髋关节发育不良髋臼骨囊性变的特征

目的观察髋关节发育不良（DDH）继发骨性关节炎时髋臼骨囊性变的位置和大小,为全髋关节置换术（THR）中髋臼重建提供参考。方法回顾性分析2007年6月—2008年11月我院行THR的DDH患者的临床资料,共38例（45髋）;以同期行THR的38例（45髋）原发性髋关节骨性关节炎作为对照组,在髋关节正位x线片和螺旋CT扫描片上观察髋臼骨囊性变的位置,测量骨囊性变的大小。结果DDH组髋关节正位片发现16侧髋臼存在骨囊性变,螺旋CT扫描片发现21侧髋臼存在骨囊性变,髋臼冠状面测定囊变面积为（4．7±5．1）mm2。对照组髋关节正位片发现6侧髋臼存在骨囊性变,螺旋CT片发现10侧髋臼存在骨囊性变,囊变区面积为（1．3±2．4）mm2,两组间骨囊性变的发生率和面积差异均有统计学意义（P值均〈0．05）。结论DDH继发骨性关节炎的髋臼存在高发的骨囊性变。在THR髋臼重建过程中应对其进行刮除植骨,否则可能影响到髋臼假体的稳定性。