髖關節(jié)表面置換骨水泥技術對股骨側應力分布影響的有限元分析.pdf

1、髖關節(jié)表面置換(RSAH)是一種保留較多骨質,較完整地保持髖關節(jié)自然解剖形態(tài)和生物力學特性的術式,為翻修提供良好的基礎,也為年輕和活動需求較大的老年患者提供更好的選擇。RSAH骨水泥技術尚有爭議,其研究對提高假體生存率有重要意義。本研究采用有限元理論分析假體中央柄周圍不同厚度骨水泥固定對RSAH術后股骨近端應力分布的影響,探索RSAH術中央柄最佳固定方式,為臨床改進術式提供有效可行的建議。
　　 目的:建立金屬對金屬RSAH術后

2、三維有限元模型,為RSAH術骨水泥技術的生物力學研究奠定基礎。分析假體中央柄周圍不同厚度骨水泥固定時股骨側應力分布特點及變化規(guī)律,探討假體中央柄固定的最佳方式。
　　 研究方法:
　　 1.應用MATLAB圖像處理軟件和ANSYS有限元分析軟件,建立常規(guī)術式下RSAH術后幾何模型,按不同結構賦予相應的材料特性,建立RSAH術后三維有限元模型。在該模型上模擬人體站立狀態(tài),設置邊界條件和加載條件,執(zhí)行計算。與臨床文獻進行對照

3、,驗證模型的有效性。
　　 2.在常規(guī)術式的RSAH術后模型基礎上,模擬假體中央柄以不同厚度骨水泥固定的情況,建立以厚度為0mm、1mm、2mm、3mm骨水泥固定假體中央柄的RSAH術后模型4個,以及對比所需術前完整股骨模型1個。2分別對各個模型施加人體正常行走時的載荷,分析不同骨水泥厚度股骨近端應力分布規(guī)律。
　　 3.對不同模型的不同結構的有效應力變化進行分析,探討RSAH術后假體中央柄固定最佳方式。
　　

4、結果：
　　 1、利用正常人髖關節(jié)CT影像及48mm Conserve PlusRSAH假體,建立了RSAH術后正交各向異性三維有限元模型,共251815個節(jié)點,178830個單元。計算結果RSAH術后股骨近端內側受壓應力,外側為拉應力,整個模型存在中性層,其內形變?yōu)榱?。在股骨表面假體邊沿水平及股骨頸區(qū)應力明顯增大,最大應力在股骨頸區(qū)(Ⅱ、Ⅴ區(qū)),股骨頸內側大于外側,股骨外側受拉應力,內側受壓應力。
　　 2、當骨水泥厚

5、度改變時,股骨近端松質骨應力分布規(guī)律基本不變:每個模型最大應力仍在股骨頸(Ⅱ、Ⅴ區(qū)),股骨頸內側大于外側,股骨外側受拉應力,內側受壓應力。股骨頸區(qū)有效應力超過松質骨屈服應力點總比例小于1％。
　　 3、不同水泥厚度模型間應力分布只在股骨頸區(qū)(Ⅱ、Ⅴ區(qū))有明顯差異,當水泥厚度由0mm增加到1mm及由2mm增加到3ram時,股骨頸區(qū)有效應力無明顯變化；當水泥厚度由1mm增加到2mm時,股骨頸區(qū)有效應力有明顯減低。
　　 4、

6、水泥層厚相同時,股骨頸內側水平假體中央柄周圍松質骨(3區(qū))有效應力最大,股骨表面假體邊沿水平面以上,中央柄下方中央柄周圍松質骨(1區(qū))有效應力最小。
　　 5、骨水泥層厚不同時,所有模型1、2、3、4、6區(qū)界面周圍松質骨平均應力均隨水泥層厚增大而減?。?區(qū)和7區(qū)界面周圍松質骨平均應力隨水泥層厚增大而增大。①骨水泥為0mm、1mm時所有區(qū)域應力遮擋率較小,均小于引起骨吸收閾值(17％)；厚度為2mm、3mm時部分區(qū)域應力遮擋率大于

7、17％。②1-6區(qū)有效應力隨水泥層厚的增加無論是增大、減小還是變化規(guī)律不明顯,其應力遮擋率均表現(xiàn)為隨層厚增加而增加。③當水泥厚度由0mm增加到1mm時,1-6區(qū)松質骨界面周圍應力遮擋率增加均不明顯；1-5區(qū)由1mm增加到2mm時應力遮擋率有明顯增加；4區(qū)和6區(qū)當水泥厚度由2mm增加到3mm時應力遮擋率有明顯增加。
　　 6、骨水泥增厚,股骨近側皮質骨有效應力無明顯變化。
　　 7、骨水泥增厚,股骨近側壓應力及拉應力區(qū)分布