全髋表面置换术后与正常股骨近端生物力学比较

目的 通过三维有限元方法研究全髋表面置换术后股骨近端骨质区应力分布的变化。方法 采用64排螺旋CT扫描获得正常股骨近端图像数据,重建股骨近端的三维有限元模型,对金属对金属全髋表面置换术后股骨近端和正常股骨近端应力分布进行量化研究,分析术后生物力学环境的变化。结果 髋关节表面置换术后,股骨头近端上、前、后、下方4个区域均出现明显应力遮挡,应力峰值分别为0.60、0.57、0.66、0.79 MPa,遮挡率分别为99.80%、99.16%、98.92%、96.66%。股骨头远端大部分区域出现了应力增加,其中应力遮挡只出现在股骨头远端的后方区域,遮挡率为4.92%。术后股骨颈近端前方区域出现了应力增加,在上、下、后方区域出现了应力遮挡,遮挡率分别为16.48%、22.75%和7.83%;股骨颈远端下方区域出现了应力增加,其余区域出现应力遮挡。大粗隆区出现应力增加9.22%;小粗隆区域和股骨颈基底区出现应力遮挡,遮挡率分别为2.49%、14.44%。结论髋关节表面置换术后股骨近端大部分区域的应力分布和正常股骨相比非常接近,应力传递接近生理状态,可有效避免术后股骨近段明显的应力遮挡,同时保留了骨量,有利于患者正常的生理活动。     

肿瘤型膝关节置换后股骨-假体-胫骨复合体生物力学响应

目的研究肿瘤型铰链式膝关节置换术后股骨-假体-胫骨复合体正常站立状态下的生物力学响应,探讨病人术后发生股骨穿孔的原因,为肿瘤型铰链式人工膝关节假体的优化设计与制造提供理论基础。方法兼顾CT及三维光学扫描数据建立股骨远端骨肉瘤瘤段切除肿瘤膝关节置换后的病人股骨-假体-胫骨有限元模型,并进行相关有效性验证,从而进一步分析人体站立状态下股骨-假体-胫骨复合体的应力分布及应力遮挡现象。结果 (1)在站立加载状态下,相对胫骨,股骨的应力明显更大且集中分布趋势显著,股骨前1/3区域应力较大,呈现应力遮挡效应。(2)由于模型基于临床病人几何及骨质特征建立,股骨应力集中位置与临床中病人股骨穿孔位置接近,表明在施加自身重力状态下可能发生与病人病症一致的股骨损伤行为。结论肿瘤型铰链式膝关节假体植入后,由于假体髓针深入骨髓腔,正常站立状态下亦对骨髓腔产生一定的压力;由此产生的应力遮挡效应以及假体髓针与特定骨髓腔的匹配情况均可能引起股骨应力集中,从而将可能引起股骨开裂,甚至穿破,影响手术质量。建议术前优化假体设计以减轻或避免此类现象,从而减少术后患者的并发症发生率。     

全髋关节表面置换术后股骨侧应力分布的有限元分析

目的：探讨金属对金属髋关节表面置换术后股骨侧应力分布情况，为临床改良金属对金属髋关节表面置换术手术方案提供生物力学依据。方法：采用64排螺旋CT扫描金属对金属髋关节表面置换术后患者数据，重建金属对金属髋关节表面置换术后有限元分析模型，对该模型进行虚拟加载和仿真计算，比较分析金属对金属髋关节表面置换术后股骨侧的应力分布。结果：髋关节表面置换术后股骨侧应力集中于股骨颈内侧部及假体与股骨颈交界部，以股骨颈内侧部尤为明显。股骨假体覆盖区存在明显应力遮挡。结论：金属对金属髋关节表面置换术后，应力主要集中于股骨颈内侧及假体与头颈交界部，并在股骨假体下骨质部存在应力遮挡，髋关节表面置换术后的应力集中及应力遮挡与股骨颈骨折发生存在一定联系。     

不同结构骨块植入股骨头负重区缺损的力学性能比较

目的股骨头缺血坏死早中期手术中,为防止股骨头的进一步塌陷,常需要植骨填充坏死区。本文研究不同结构植入物填充股骨头负重区缺损后对股骨头力学性能的影响。方法选取人正常股骨近段4例,在股骨头负重区沿压力骨小梁方向制造直径20mm,深30mm的骨缺损,并在缺损区内植入三种不同结构的植入物。Ⅰ组为取自异体股骨头负重区骨块;Ⅱ组为取自异体股骨髁负重区骨块;Ⅲ组为松质骨粒打压植骨。模拟单腿站立相加载,记录股骨头颈结合部的应变分布。结果直径20mm深30mm骨缺损的股骨近段与正常相比,头颈结合部上方拉应变平均增加93.0%,下方压应变平均增加203.4%。植入不同结构的植入物后,Ⅰ组头颈结合部上方应变较正常平均增加6.6%,下方应变平均增加67.6%;Ⅱ组上方应变较正常平均增加33.7%,下方应变平均增加136.9%;Ⅲ组上方应变平均增加150.4%,下方应变平均增加206.1%。结论股骨头负重区的缺损会改变头颈结合部应力分布,其中结合部下方和上方出现应力的集中。植入与缺损区的骨小梁结构相似的异体股骨头骨块后,股骨头下方和上方头颈结合部的应力集中得到缓解,其植入效果优于骨小梁结构不同的股骨髁骨块;松质骨粒打压植骨不能改变股骨头头颈结合部的应变分布。     

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。     

股骨头表面置换后股骨近段的生物力学研究

目的探讨股骨头表面置换术对股骨近段生物力学性能的影响。方法集8具青年正常新鲜髋关节标本,建立静止单腿站立位股骨头受力模型,WD-5生物力学测试机测试1000N载荷下股骨头表面置换前后的载荷-应变关系、近段股骨应力分布、刚度和扭转力学性能。结果载荷为1000N时,置换前后的平均应变、最大平均应力、最大平均位移、刚度等指标的测试结果,经统计学处理均无显著性差异(P>0.05)。表面置换前后最大扭矩值相差19%,有显著差异(P<0.05)。结论表面置换能有效维持近段股骨的正常应力传递,从而能有效保留近段股骨的骨量,为日后翻修提供良好条件。表面置换是适用于年轻患者的过渡性手术。     

采用锥形沟槽式股骨组配柄假体行股骨侧翻修

背景：组配式股骨柄翻修假体在理论上被认为能够克服骨水泥固定型股骨柄假体或生物学固定型非组配式股骨柄假体存在的各类缺点,一些文献也初步证实这类假体能取得更为满意的疗效。 目的：回顾性分析采用锥形沟槽式股骨组配柄假体行全髋股骨侧翻修的效果。 方法：2000-05/2005-08苏州大学附属第一医院收治全髋股骨侧翻修患者19例(21髋)。翻修前诊断均为股骨柄假体合并臼杯假体的无菌性松动。股骨侧骨缺损按Paprosky标准,诊断为Ⅱ型缺损者4髋,Ⅲa型缺损者14髋,Ⅲb缺损者3髋。全部患者的股骨侧翻修均采用利马锥形沟槽式股骨组配柄假体,股骨柄假体为钛合金制造。对翻修效果进行随访观察。 结果与结论：所有假体均获初始稳定,未发生感染、脱位等并发症。随访5~10年,末次随访Harris评分维持在(92.2±3.5)分。X射线片显示翻修柄获广泛骨长入达骨性稳定者20髋(95%),纤维性稳定者1髋(5%)。所有患者的近段骨缺损植骨区均显示广泛性骨修复。翻修柄在正、侧位X射线片上的髓内充填率分别达80%和70%以上者18髋(86%),< 80%和70%者3髋(14%),全组假体平均下沉2.4 mm。至今未见因假体松动或其他原因需行再翻修治疗患者。提示采用锥形沟槽式股骨组配柄假体行全髋股骨侧翻修,必须注重手动扩髓等方法预防骨折,合理的髓内充填和近段组件调整以预防假体下沉和脱位,以及锥形连接处近段的植骨重建等技术关键,才能取得更为满意的效果。     

全髋置换是否重建偏心距对髋关节功能的影响

背景：股骨偏心距的重建对于恢复外展肌力和髋关节周围软组织张力平衡,维持关节稳定,恢复关节功能,减少置换后跛行,降低假体磨损、人工关节脱位等并发症的发生率具有重要意义。 目的：探讨全髋置换的重建偏心距对髋关节功能恢复的影响。 方法：对比分析采用组配式假体(S-ROM)行全髋置换20例20髋患者及采用普通假体(Corail)行全髋置换19例20髋患者的相关资料,通过临床(Harris评分)和X射线测量,对两组患者置换后髋关节功能和偏心距重建率进行对比研究。 结果与结论：纳入患者均无感染、骨折、脱位,无深静脉血栓及神经损伤等并发症。临床随访：在组配式假体和普通假体两组中,股骨偏心距重建组与未重建组置换前Harris评分差异无显著性意义(P > 0.05);置换后12个月及末次随访偏心距重建患者Harris评分高于未重建者(P < 0.05)。髋关节外展活动度大于未重建患者(P < 0.05)。X射线随访：组配式假体和普通假体两组中股骨偏心距重建率差异有显著性意义  (χ²=3.956,P < 0.05),39髋(98%)股骨假体位于中立位,1髋(2.5%)轻度外翻位,两组中股骨偏心距得到重建与未得到重建患者的髋臼假体外展角及前倾角差异均无显著性意义(P > 0.05)。说明组配式假体和普通假体两组中股骨偏心距得到重建患者的髋关节功能和髋关节外展活动度优于未得到重建者,组配式假体偏心距重建率高。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：     

全髋关节置换术对股骨近端骨重建的影响

目的 采用Wolff骨重建理论分析全髋关节置换（total hip arthroplasty,THA）对股骨近端骨重建进程的影响。方法 根据骨重建控制方程,利用Python语言编写骨重建程序。在ABAQUS软件中分别建立术前股骨模型与术后股骨及假体有限元模型。对比THA手术前后骨重建进程,分析假体植入对THA术后中远期股骨力学性能的影响。结果 假体植入后,股骨近端应力持续降低,受力点由股骨头转移到假体,出现明显的应力遮挡现象。应力遮挡区域内骨丢失现象严重。股骨干皮质骨变薄,应力遮挡有所缓解。假体底端内侧受挤压,应力显著高于外侧,此处骨质分布不均。结论 THA术后股骨近端内侧出现明显的应力遮挡,导致骨丢失,造成假体松动;假体底端两侧应力水平存在差异,引起骨质分布不均,导致假体与股骨配合不紧密,造成术后患者大腿中段的疼痛。     

组配式人工半骨盆假体置换后骨盆站立位生物力学有限元分析

背景：目前关于骨盆生物力学有限元分析主要是针对正常和外伤后的骨盆,缺乏对Enneking Ⅱ区的恶性肿瘤切除、组配式人工半骨盆假体重建骨盆环缺损后骨盆生物力学模型进行三维有限元分析。 目的：观察正常骨盆及半骨盆切除、组配式人工半骨盆假体置换后患者站立体位下应力分布。 方法：采用CT薄层扫描采集1例半骨盆切除、组配式人工半骨盆假体置换后17个月患者的骨盆原始数字影像和通信标准数据,将数据导入Mimics 8.1软件建立三维实体模型,再将实体模型导入Abaqus 6.7-1分析软件,分别以正常骨盆及组配式人工半骨盆假体置换后的骨盆,建立三维有限元模型,并分别对双脚站立、患侧单脚站立两种静力状态下进行生物力学加载并对结果进行分析。 结果与结论：在正常骨盆及组配式人工半骨盆假体置换后骨盆2种有限元模型中,不同站立体位相同载荷下健侧骨盆应力值接近;患侧组配式半骨盆假体不同站立体位时应力最大值均出现在髋臼杯上方CS脊柱内固定器与髋臼杯连接部内侧,所受最大应力均远低于其疲劳强度;组配式半骨盆假体重建后骨盆站立位时应力的分布规律与正常骨盆基本一致。说明：①组配式人工半骨盆假体置换对健侧骨盆影响较小。②站立体位下组配式人工半骨盆假体安全性好。③组配式人工半骨盆假体重建后的骨盆符合人体正常生物力学规律,具有良好的生物力学相容性基础。     

Influence of bone density on total hip resurfacing arthroplasty in patients with osteonecrosis of the femoral head - a radiological analysis

Osteonecrosis of the femoral head is a more progressive disease for which many patients will eventually require total hip arthroplasty. With the advent of improved metal-on-metal prostheses, total hip resurfacing arthroplasty has emerged as a viable treatment option. However, it remains controversial whether this procedure should be used in patients with osteonecrosis when the femoral resurfacing component is implanted onto non-vital bone. In this study the bone mineral density (BMD) of osteonecrotic femoral heads were compared with the BMD of osteoarthrotic femoral heads. The purpose of this study was to analyse the differences between these two groups to gather information that may be useful in predicting the outcome of total hip resurfacing arthroplasty in cases of severe osteonecrosis of the femoral head. The femoral heads were classified according to the ARCO classification using MRI. For DEXA analysis the femoral heads were subdivided into three regions: the cranial femoral head (R1), the caudal femoral head (R2), and the proximal femoral neck (R3). In R3, BMD in osteonecrotic femoral heads was significantly lower than in those with osteoarthrosis and in R2 it was significantly higher. It can be assumed that a higher BMD in the caudal femoral head (R2) is caused by a "reactive interface" that occurred in this region especially in ARCO IV femoral heads. This fact, the lower BMD in the proximal femoral neck (R3) and the individual expansion of the osteonecrotic region should be considered when planning resurfacing arthroplasty for femoral head necrosis.     

髋关节表面置换术中可视化虚拟技术建立股骨头假体植柄通道的模拟研究

目的：通过计算机辅助对股骨头假体植柄通道的模拟研究,为人工全髋关节表面置换术股骨头假体植入方案提供更为科学的评估方法和预测手段。方法：选择无明显髋关节疾病的15具成人尸体标本,对整个骨盆进行连续CT扫描,将CT原始数据导入Mimics 10．1软件,重建出股骨近端三维模型。通过计算股骨头中心和股骨近端中心线,建立股骨颈轴线并确定股骨头假体最佳植柄通道,进行虚拟植入和三维可视化分析。结果：各维度观察股骨头假体植柄通道通过股骨头中心,位于股骨颈的中央。股骨头定位针模拟植入后假体柄干角与术前颈干角相比呈轻度外翻位,侧方偏移和水平偏移度较小,达到预期植柄方位的要求。结论：计算机辅助可以准确建立股骨头假体植柄通道并进行可视化分析,为个体化髋关节表面置换术提供了科学的评估方法和预测手段。     

Total hip arthroplasty using S-ROM prosthesis for dysplastic hip

Purpose

The purpose of this study was to evaluate the clinical and radiological results of total hip arthroplasty using a proximal modular femoral stem in patients who had secondary coxarthrosis associated with a dysplastic hip.

Materials and Methods

Forty-two patients (45 hips) with secondary coxarthrosis were evaluated after undergoing primary total hip arthroplasty using an S-ROM proximal modular femoral stem. The average follow-up was 80 months (range: 60 to 96 months). Clinical and radiological assessments were performed based on the Harris hip score and the radiological changes around the prosthesis.

Results

The average Harris hip score improved from 52.2 points to 88.5 points. All femoral stems showed stable fixation; there were 37 cases by bony ingrowth and 8 cases by stable fibrous ingrowth. Neither osteolysis nor progressive radiolucent lines around the femoral stem were found at the last follow-up. Forty-one hips (91.9%) revealed excellent or good clinical results at the most recent follow-up.

Conclusion

For advanced secondary coxarthrosis, total hip arthroplasty with the use of the proximal modular femoral stem yielded good mid-term results with respect to the clinical and radiological criteria.     

股骨颈保留型人工全髋关节置换后的应力分析

背景：股骨颈保留型(Collum Femoris Preserving,C.F.P)假体为意大利骨科医生Pipino与德国LINK公司联合设计开发。该假体手术操作手册中推荐截骨平面是否适合国人股骨结构特点以及所采用截骨方式是否会引起假体以及股骨应力发生变化,目前尚未见研究报告。 目的：通过临床病例回顾和三维有限元模型分析股骨颈保留型人工全髋关节置换的临床疗效以及应力分布变化。 方法：①回顾分析36例股骨颈保留型全髋关节置换及36例普通生物型全髋关节置换患者临床资料,通过Harris评分、目测类比评分、置换前后偏心距变化、IDES-Engh放射学及并发症等指标评价疗效。②建立两种不同截骨平面股骨颈保留型全髋关节置换有限元分析模型,分析股骨转子间窝上1.5 cm及头颈交界处为截骨平面带来的偏心距差异、股骨以及假体应力分布变化。 结果与结论：①头颈交界处为截骨平面的股骨颈保留型全髋关节置换,短期随访临床疗效优良,与普通生物型无明显差别。②有限元分析显示：头颈交界为截骨平面与转子间窝上1.5 cm为截骨平面比较,偏心距增大,假体及股骨所受应力增大,但应力分布相同。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：     

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。     

人工髋关节置换前后股骨及假体的生物力学分析

目的:研究人工髋关节置换前后股骨及假体的应力分布以及假体设计参数对应力的影响。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和主要肌肉载荷作用下,完整股骨和置换后股骨及假体的应力水平。结果:完整股骨中上部内侧受压应力,外侧受张应力,中下部外侧受压应力,内侧受张应力,股骨应力峰值位于中下部;置换后股骨受力总体模式不变,近端应力遮挡显著。随颈干角增加,假体及股骨应力水平降低;柄长对假体应力影响不大,股骨上的应力随柄长增大略有增加。结论:假体设计时可适当增大颈干角,在骨组织条件允许的情况下可适当增加假体柄长,以减轻术后的应力遮挡效应。     

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.     

人工股骨柄形状和表面处理对置换术后假体和人体股骨应力分布影响的有限元分析

目的建立人工髋关节置换术后的三维有限元模型,分析研究人工股骨柄、骨水泥和人体股骨的应力分布。方法应用三维重建软件及Pro/Engineer建模软件和ABAQUS有限元分析软件计算分析人工股骨柄中空形状和柄部预处理范围对置换术后假体和人体股骨应力分布的影响。结果(1)倒立圆锥形中空特征的骨水泥固定型股骨柄的应力最小,其股骨柄周围骨水泥近端应力亦较低。(2)具有上涂层骨水泥的股骨柄可使骨水泥近端产生的应力减小,且股骨柄与骨水泥二者之间的剪力和相对滑动亦较小。(3)随着非骨水泥固定型股骨柄微孔涂层范围的增加,人体股骨上的应力范围下移,人体股骨近端的应力减小。结论(1)采用倒立圆锥形中空特征的人工股骨柄有助于降低人体股骨近端与假体接触区的应力遮挡效应。(2)采用股骨柄上涂层骨水泥的方法,可增强股骨柄与骨水泥界面的结合强度,有利于降低人工髋关节置换术后的假体松动。(3)非骨水泥固定型股骨柄微孔涂层范围对人体股骨的应力有明显的影响,微孔涂层范围过大不利于保持适中的人体股骨的应力和股骨柄的固定。     

股骨近段CT扫描与全髋关节置换的术前计划

背景：做好全髋关节置换前假体型号预测的前提是对股骨近段的充分了解和精确测量,但X射线片仅提供一个平面图像,不能了解股骨近段横断面的情况,而股骨上段CT扫描可以提供更多信息。 目的：观察股骨近段CT扫描在全髋关节置换前计划中的作用。 方法：对61例进行初次全髋关节置换的患者行股骨近端CT扫描,选取股骨小转子最突出处上方2 cm股骨颈平面(T20)、股骨小转子最突出点处的股骨转子区平面(T0)和股骨干髓腔最狭窄处平面(N)的横断面CT影像。测量股骨颈平面髓腔长径、宽径、内侧径;小转子平面髓腔长径、内侧径;股骨峡部平面髓腔长径、宽径、皮质厚度。 结果与结论：股骨颈T20长径40.8~63.3 mm,平均(49.6±5.1) mm;T20宽径13.3~29.1 mm,平均(22.4±3.4) mm;T20内侧径7.2~14.6 mm,平均(10.6±1.6) mm。股骨转子区T0长径20.5~40.2 mm,平均(28.7±4.4) mm;T0内侧径4.3~13.0 mm,平均(8.1±1.7) mm。股骨峡部N长径8.2~22.4 mm,平均(14.1±3.1) mm;N宽径6.1~17.9 mm,平均(10.2±2.9) mm;N皮质厚度2.7~12.7 mm,平均(7.5±1.8) mm。提示股骨近端CT扫描可以提供更多的影像信息和更精确的测量数据,对全髋关节置换前计划有所帮助。