股骨柄假体的二维生物力学评价与优化选择☆

背景：人工髋关节置换术前选择假体时，不仅要考虑在几何学上达到与患者股骨髓腔的匹配，而且还要在生物力学性能上达到最优，这对提高全髋关节置换术后疗效，具有较现实的意义。 目的：对4组与股骨匹配的股骨柄假体进行生物力学的评价，寻找与正常股骨力学分布最为接近的股骨柄假体。 设计：对比观察。 单位：同济大学附属东方医院骨科、 解放军第二军医大学长海医院骨科、上海交通大学机械与动力工程学院。 材料：实验于2004-12/2005-10在上海交通大学机械与动力工程学院生命质量与机械工程实验室完成。选用无髋部疾患、股骨近端形态正常志愿者（男性，40岁，身高175 cm，体质量78 kg）的股骨拍摄标准正位X射线片，并以DICOM格式存入存贮器中。志愿者签署知情同意书，同时报医学伦理委员会审批。模板：Ⅰ号假体：Zimmer versys Fiber Metal Taper11#；Ⅱ号假体：Plus APL 2#；Ⅲ号假体：Welink Ribbed system cementless01#；Ⅳ号假体：Lima F2L 1#。 方法：在Matlab中导入股骨近端X射线正位片及4组股骨-股骨柄假体模板的bmp格式的图像文件，分别提取股骨、带假体模板的股骨二维轮廓数据，利用ANSYS软件建立股骨、股骨-股骨柄几何模型及二维非线性有限元模型，负荷加载后对股骨近端的应力分布进行分析、比较。 主要观察指标：股骨近端的应力分布。 结果：Ⅰ，Ⅳ号假体对所研究的股骨而言其应力大小及分布与正常股骨相近，但两者相比Ⅰ号更为接近，应为最佳选择。 结论：通过基于X射线片与模板的股骨柄假体二维生物力学的分析比较，可对股骨柄假体的生物力学性能作出评价，为假体的优化选择提供依据。