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。     

新型无柄股骨假体应力分布的有限元分析

目的　通过对比传统有柄股骨假体的应力分布来研究新型无柄股骨假体的生物力学性能。方法　利用真实人体股骨上端的CT扫描图像，建立完整股骨、两个或三个固定螺钉的无柄假体、传统有柄假体的三维有限元模型。模拟人单腿直立的载荷情况，分析和比较每种模型的Von Mises应力分布。结果　(l)无柄假体股骨上的Von Mises应力比传统有柄假体和完整股骨上的都要高；(2)与传统有柄假体相比，防止了应力遮挡效应的产生。(3)两个或三个固定螺钉的无柄假体在股骨的Von Mises应力分布上没有明显差别。结论　新型无柄假体可以防止应力遮挡效应，和传统有柄假体相比能够使股骨上的应力分布更加符合实际的生理情况。     

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。     

全髋关节置换术中臼杯水平位移对股骨侧非骨水泥型假体-骨界面应力影响的有限元分析

目的　利用三维有限元力学分析方法, 研究全髋关节置换术中臼杯水平位移对股骨侧非骨水泥型假体-骨界面应力分布的影响。 方法　选取正常人体的骨盆及股骨为实验对象, 螺旋CT 扫描,利用计算机仿真技术对CT图像进行三维重建,建立髋关节及股骨模型,进行全髋关节置换的模拟手术, 臼杯位置从髋关节旋转中心外侧10mm处起,水平内移,每隔2 mm为一个实验组,至内移至旋转中心内侧10 mm,共分11个实验组。加载关节负荷,观察股骨侧假体-骨界面间的Von Mises应力分布情况, 对结果进行统计分析。 结果　臼杯的水平位移没有改变股骨总体的应力云分布;各组假体-骨界面应力均值（4.728±2.152）-（5.431±2.465）MPa,均值有差异,差异有统计学意义;应力均值、极差、标准差均随内移而降低,呈高度的负相关。近端假体-骨界面的应力变化,与整个股骨的应力变化相似。 结论　假体的水平内移可以降低股骨侧假体-骨界面间的Von Mises应力,内移可以使界面的应力分布更均匀。     

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。     

非骨水泥全髋关节置换术中股骨内侧皮质骨的应力公布

目的　股骨近端术中骨折是影响非骨水泥全髋置换术的重要因素 ,本研究探讨股骨髓腔扩大后 ,不用锤打入假体柄 ,可减少术中股骨近端骨折的危险。方法　应用圆桶状应力仪 ,比较 6件扩大股骨髓腔后插入假体柄 ,股骨解剖试件内侧和前内侧应力分布情况。另比较 8件股骨试件 ,分别用锤打入和恒速机械负荷打入假体柄 ,测量各假体柄应力分布情况。在机械负荷打入假体柄中 ,模拟股骨周围的软组织 ,用力学试验机将假体柄恒速打入。结果　用股骨环轴定位测量 ,最大应力首先出现在股骨内侧和前内侧。最大应力的大小、方向和位置 (张应力或压应力 )各股骨…     

运用有限元分析新型半髋假体装配过程中的应力分布

目的利用计算机模拟一种新型半髋假体系统假体装配过程中与股骨相互接触作用所产生的应力,探讨分析在临床手术中的操作界限值和相适应的假体外形。方法对一名60岁正常男性志愿者进行双下肢的股骨中上段CT扫描,从扫描图像中建立实体模型后利用与有限元的数据交互功能进行实体模拟装配、网格划分、保形简化以及单元弹性模量赋值等操作步骤,最后生成三维有限元模型,并构造股骨与假体之间的面-面接触关系,模拟分析假体植入装配过程中的相对滑移和应力分布情况。结果下压装配过程中假体柄对骨皮质产生附加应力,带棱槽假体的最大接触压力产生于棱槽变截面处,而最大装配应力和相对滑移量随假体压入深度呈非线性增长,当Δz≥0.5 mm后附加应力增长速率显著提高。结论与无棱槽假体的对比分析表明采用棱槽的半髋假体更容易装配并获得机械稳定,但在临床手术装配中应参照一定的量化操作要求,避免在植入时产生过大附加应力,对骨皮质产生破坏而导致治疗失败。     

一种新型髋关节假体柄的生物力学设计

目的 基于一种新型髋关节假体柄设计,分析其在站立、行走、跑步和坐姿工况下的应力分布差异。 方法 基于人体 CT 数据,建立 7 组不同柄植入后的髋关节模型,利用有限元分析方法计算不同工况下假体柄和股骨应力情况。 结果 与植入传统假体柄相比,站立时新型假体柄植入后假体柄应力峰值降低 23%、股骨应力降低 72%。 7 种假体柄结果显示,假体柄高度为 86. 5 mm 的新型设计最符合患者需求。 多工况结果显示,患者处于坐姿,柄承受应力最小,使用寿命更长。 结论 新型假体柄有助于延长假体使用寿命,减小骨损伤风险。 髋关节假体模型为后期柄的设计及患者术后康复提供科学理论支撑。     

人工股骨头置换治疗骨质疏松股骨转子间不稳定骨折的有限元应力分析

背景：通常的力学实验手法基本上无法直接应用于人体且模型间可比性低,对人体的力学行为进行有限元数值模拟就成为深化对人体认识的一种有效手段。 目的：运用计算机模拟骨质疏松股骨转子间不稳定型骨折人工股骨头置换,并做置换后股骨及假体的应力分析,评估置换后假体的初始稳定性。 方法：对志愿者双下肢进行薄层CT扫描获得股骨数据,图像处理软件Mimics11.1进行图像处理后数据导入建模软件UG4.0建立股骨三维模型;假体柄与股骨间行布尔运算,分为正常关节置换组和转子间骨折人工关节置换组,观察两组材料赋值、定义接触、受力加载、应力分析等情况。 结果与结论：人工关节置换改变了股骨的受力方式,股骨转子间骨折关节置换后的假体稳定性较好,在正常载荷下人工关节稳定。     

老年股骨转子间骨折动力髋螺钉置入内固定失败行全髋关节置换4例

背景:治疗股骨转子间骨折内固定的方法有动力髋螺钉、Gamma钉、股骨近端髓内钉、角钢板、股骨近段锁定钢板等,其中以动力髋螺钉应用最为广泛,但其失败率也逐渐增加。目的:观察人工全髋关节置换治疗老年股骨转子间骨折应用动力髋螺钉内固定失败的病例特征。方法:于2004/2007应用人工全髋关节置换治疗老年股骨转子间骨折动力髋螺钉内固定失败病例4例,患者为自行跌倒,按Evans分型,Ⅱ型1例,ⅢA型2例,ⅢB型1例。动力髋螺钉置入后6个月～1年出现内固定物移位,股骨头切割,骨折不愈合,髋内翻畸形,髋部疼痛,不能行走。继之采用骨水泥髋臼假体,按45°外展角,10°～15°前倾角置入。人工全髋关节置换后按照Harris评分标准进行疗效评价。结果与结论:4例患者手术顺利,手术时间1.5～2.0h,术中出血量400～600mL,未出现骨水泥过敏反应。置换后无切口感染,无脱位,无坠积性肺炎,无压疮。经3～12个月随访,未出现假体松动、下沉,髋关节功能满意,摄片人工关节在位,假体匹配良好,Harris评分平均81分。结果提示老年股骨转子间骨折动力髋螺钉内固定失败后应用人工全髋关节置换,可缩短患者卧床时间,减少并发症,改善髋关节功能。     

股骨转子间骨折不同外侧壁分型髓内钉治疗的有限元分析

背景：目前针对外侧壁破损型股骨转子间骨折的手术内固定方式存在争议,以股骨近端防旋髓内钉固定为主流方案,不同外侧壁分型的股骨转子间骨折髓内固定的生物力学研究较少。目的：通过有限元分析比较股骨近端防旋髓内钉治疗不同外侧壁分型股骨转子间骨折的生物力学特点,探讨外侧壁对股骨转子间骨折内固定的影响。方法：选择1例健康老年女性患者,根据股骨近端CT扫描数据,应用Mimics 21.0,Geomagic Wrap,Creo 6.0,Abaqus 2020软件建立股骨近端和股骨近端防旋髓内钉的三维有限元模型,模拟外侧壁稳定型、危险型及破裂型股骨转子间骨折,建立股骨近端防旋髓内钉内固定装配模型。观察在静止及行走2种状况下赋予同等载荷时3种骨折内固定模型的等效应力及位移分布云图。结果与结论：(1)A3.3型股骨转子间骨折在动态载荷时最大等效应力及位移均最大,最大等效应力约为A2.3型的2倍,A1.3型的2.7倍,最大等效位移约为A2.3型的1.5倍,A1.3型的3倍,静态时各型差别不明显;(2)动静态载荷时股骨颈、骨折端及主钉处等效应力A3.3型较A1.3和A2.3型增大,以主钉处明显;(3)动态载荷时股...     

人工双极股骨头置换中大转子不同固定方法的比较

背景：钢丝捆绑固定大小转子间骨折在髋关节置换过程中被广泛采用,但对于严重粉碎的骨质疏松骨折可能会加重骨折或无法固定所有骨折块。 目的：对比人工双极股骨头置换治疗老年骨质疏松性不稳定转子间骨折中不同固定方法的效果。 方法：在人工双极股骨头置换治疗34例骨质疏松性老年患者股骨转子间不稳定骨折中,采用钢丝捆绑固定大转子骨折块19例,采用爱惜邦聚丁酯带针缝线固定大转子骨折块15例。 结果与结论：所有大转子骨折均愈合,无骨折移位、关节脱位、假体下沉、断裂、松动等并发症发生。所有患者日常生活能自理,无严重疼痛、功能障碍,疗效满意。两组骨折愈合时间及Hariss评分差异无显著性意义(P > 0.01)。爱惜帮捆绑固定组手术时间及术中出血量较钢丝捆绑组少(P < 0.01)。表明在人工双极股骨头置换治疗老年骨质疏松伴大转子粉碎的不稳定股骨转子间骨折患者过程中,采用爱惜帮缝合线固定可明显缩短手术时间、减少术中出血量。     

新型带锁髓内钉在股骨粗隆间骨折愈合过程中的生物力学研究

目的 用三维有限元法测试新型股骨髓内钉（proximal femoral nail antirotation, PFNA）的刚度、强度等生物力学性能,探讨其在股骨粗隆间骨折愈合前后生物力学应力应变分布情况。方法 利用参数化设计软件UG建立髓内钉三维模型,并用三维图像处理软件MIMICS 对CT图片进行预处理,建立股骨骨折模型及愈合模型并进行数值模拟。结果 骨折愈合前,最大Von Mises应力发生在骨折位置,高达663 Mpa,髓内钉远端锁钉位置应力仅为113 Mpa;骨折愈合后,最大Von Mises应力发生在螺旋刀片与主钉接触位置,股骨干上的锁钉位置出现明显的应力集中现象。结论 骨折愈合后远端锁定钉位置常发生股骨干骨折,因此骨折愈合后应将髓内钉取出。     

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.        

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     

Biomechanical consideration of total hip arthroplasty following failed fixation of femoral intertrochanteric fractures – A finite element analysis

ObjectiveThe current study aimed to perform a biomechanical analysis of the effect and distribution of stress and strain values in the femur and its residual screw holes from the implantation of different lengths of total hip prostheses following failed dynamic hip screw (DHS) fixation of AO type A1.1 and A1.3 intertrochanteric fractures.MethodsMedical image processing, computer-assisted engineering design, and finite element analysis were combined for the analysis and the reliability of the model confirmed by convergence testing and comparison with a physical model. Using finite element analysis, patterns of stress from implantation of total hip prostheses with different stem length were obtained.ResultsStress distribution was concentrated over the third and fourth residual screw holes, especially in the models with shorter stem length. Fracture type (AO type A1.1 or A1.3) did not alter its distribution. In proximal cancellous bone, a stress-shielding effect was seen at the region of the residual fracture fragment, especially in the A1.1 fracture. In the fracture fixed with 2 cable wires, the maximum von Mises stress was in the proximal cable wire.ConclusionThe results suggest that an increase in the original stem length equal to the diameter of the femoral isthmus, or a distance between the most distal residual screw hole and the end of the femoral prosthesis, provide improved stress distribution.     

长柄骨水泥型双极人工股骨头置换治疗A2高龄股骨转子间骨折30例

目的探讨长柄骨水泥型双极人工股骨头置换治疗A2高龄股骨转子间骨折患者的临床疗效。方法自2009年8月~2013年4月对我院30例A2型高龄转子间骨折患者,男12例,女18例,年龄74~98岁,平均年龄79.5岁。按AO分型:A2.1型20例,A2.2型4例,A2.3型6例。均采用髋关节后外侧切口入路,使股骨粗隆间解剖关系基本恢复,置入长柄骨水泥型双极人工股骨头,术后5~7天下床活动。结果随访12~24个月,骨折复位良好,患者生活能基本自理,优良率83.3%。结论人工股骨头置换术治疗高龄股骨转子间骨折,可缩短卧床时间,及早行患髋功能锻炼,减少并发症,疗效可靠。     

两种非解剖复位内固定Pauwels Ⅲ型头下型股骨颈骨折的有限元分析

目的通过三维有限元法对"阳性支撑"和"阴性支撑"两种非解剖复位内固定Pauwels Ⅲ型头下型股骨颈骨折进行生物力学比较,并为临床应用提供理论参考。方法将25岁男性青年健康股骨CT数据及PH螺钉数据导入相关软件,分别建立Pauwels Ⅲ型头下型股骨颈骨折的"阳性支撑"和"阴性支撑"两种非解剖复位三维模型,再通过PH螺钉系统行内固定。应用有限元分析法在相同加载和约束条件下模拟"单腿站立"、"行走"两种工况。评价和比较"阳性支撑"组和"阴性支撑"组骨折端最大位移、股骨最大应变、内固定最大应力等指标。结果在两种工况下,骨折端最大位移"阳性支撑"组和"阴性支撑"组在"单腿站立"、"行走"两种工况下分别为0.87 mm和1.38 mm,股骨最大应变分别为1.27 mm和1.98 mm,1.77e~(-2)和2.47e~(-2),1.89e~(-2)和2.12e~(-2),内固定最大应力分别为304.47 Mpa和359.03 Mpa,362.24Mpa和391.52 Mpa。结论本研究通过有限元分析方法证实了Yechiel Gotfried复位理论适用于Pauwels Ⅲ型头下型股骨颈骨折该型骨折,"阳性支撑"复位较"阴性支撑"复位具有生物力学优势。     

人工股骨头置换治疗高龄股骨转子间不稳定型骨折

背景：目前对于高龄不稳定型股骨转子间骨折,多应用闭合复位股骨近端髓内钉/防旋股骨近端髓内钉内固定治疗,效果不令人满意。 目的：应用双动人工股骨头置换治疗高龄股骨转子间不稳定型骨折的临床效果。 方法：采用双动人工股骨头置换治疗高龄不稳定型股骨转子间骨折39例,随访均超过6个月。以Harris评分评估髋关节功能并观察置换后并发症的发生情况。 结果与结论：随访6个月Harris评分,优 17例,良14例,可8例。并发心功能不全3例,并发肺部感染1例,脱位2例(交流障碍,不能配合置换后康复训练),深静脉血栓2例,泌尿系感染5例,经对症治疗后痊愈。未出现心脏衰竭、应激性溃疡、肺栓塞、假体周围感染、死亡等严重并发症。表明对于严重骨质疏松且合并多系统疾病的高龄股骨转子间不稳定型骨折患者,采用双动人工股骨头置换治疗,可以早期下地负重、减少置换后并发症。