骨生物力学)不同股骨假体植入角度的髋关节表面置换术后股骨近端力学的有限元研究课件

1、骨生物力学)不同股骨假体植入角 度的髋关节表面置换术后股骨近端 力学的有限元研究 1 不同股骨假体植入角度的髋关节表面置 换术后股骨近端力学的有限元研究 王特 141002038 骨生物力学)不同股骨假体植入角 度的髋关节表面置换术后股骨近端 力学的有限元研究 2 一、髋关节及股骨近端解剖结构 骨生物力学)不同股骨假体植入角 度的髋关节表面置换术后股骨近端 力学的有限元研究 3 髋关节组成 v 髋关节是多轴性球窝状关节，由股骨的股骨头和髋 骨的髋臼两部分组成，其中心位于腹股沟韧带中1/3 稍下，关节面相互成曲面状，但大小不等，也不完 全适应，只在完全伸展并轻度外展及内旋时紧密对 合，年幼时其表

2、面更似卵圆形，随年龄增长而变成 球形。 骨生物力学)不同股骨假体植入角 度的髋关节表面置换术后股骨近端 力学的有限元研究 4 髋关节（已打开关节囊） 骨生物力学)不同股骨假体植入角 度的髋关节表面置换术后股骨近端 力学的有限元研究 5 髋关节冠状切面 骨生物力学)不同股骨假体植入角 度的髋关节表面置换术后股骨近端 力学的有限元研究 6 髋关节后面观 骨生物力学)不同股骨假体植入角 度的髋关节表面置换术后股骨近端 力学的有限元研究 7 髋关节在结构上形成了以下几个特征： 髋臼周边有软性髋臼唇使之加宽加深，并 超出半圆； 股骨头成球形，与髋臼相匹配； 股骨头凹处有圆韧带与髋臼相连，内有血 管可为股

3、骨头提供营养； 股骨颈狭长，与股骨干成角度，具有力学 意义及增加髋的活动范围； 周围有紧张而强大的韧带保护；关节囊厚 而坚韧，后下壁薄弱，易脱位。 周围有丰富的肌肉覆盖； 骨生物力学)不同股骨假体植入角 度的髋关节表面置换术后股骨近端 力学的有限元研究 8 二、髋关节表面置换术后股骨 近端力学的有限元研究 骨生物力学)不同股骨假体植入角 度的髋关节表面置换术后股骨近端 力学的有限元研究 9 目的：探讨不同股骨假体植入角度对髋关 节表面置换术后股骨近端力学变化的影响， 为临床髋关节表面置换术股骨假体植入角 度选择提供生物力学依据。 骨生物力学)不同股骨假体植入角 度的髋关节表面置换术后股骨近端

4、力学的有限元研究 10 （一）股骨颈骨折是髋关节表面置换RSAH最 常见的并发症。 （二）有研究表明术后早期的骨折与置换手术 中股骨假体的植入角度不同所致的生物力学变 化有关。 骨生物力学)不同股骨假体植入角 度的髋关节表面置换术后股骨近端 力学的有限元研究 11 方法：选取1 例年轻健康男性， 年龄32 岁， 行双髋关节CT 检查。并应用MATLAB 软件 处理，绘制一侧股骨近段边界三维坐标； 将三维坐标按ANSYS 文件格式编写为 ANSYS程序文件建立一侧股骨近段几何模 型。 依次建立股骨假体植入角度分别为 120、125、130、135、140、 145的模型。 骨生物力学)不同股骨假

5、体植入角 度的髋关节表面置换术后股骨近端 力学的有限元研究 12 固定股骨远端，根据志 愿者实际体质量（BW 为70 kg），对各模型均 施加2.38 倍体质量（相 当于70 kg 体质量病人 缓步行走所受载荷）的 载荷，施加部位为髋臼 假体外表面上方，同时 股骨大转子处施加1.04 倍体质量的外展肌拉力 的载荷。 骨生物力学)不同股骨假体植入角 度的髋关节表面置换术后股骨近端 力学的有限元研究 13 不同柄杆角度 RSAH 术后模型观察指标： 首先获得不同模型有效应力云图，观 察应力峰值点部位，并记录股骨假体下松 质骨区、股骨颈皮质骨区、股骨颈松质骨 区的有效应力峰值。 骨生物力学)不同股骨

6、假体植入角 度的髋关节表面置换术后股骨近端 力学的有限元研究 14 假体植入角度130股骨假体及股骨近段有效应力图 骨生物力学)不同股骨假体植入角 度的髋关节表面置换术后股骨近端 力学的有限元研究 15 假体植入角度 145股骨金属假体下松质骨有效应力图 骨生物力学)不同股骨假体植入角 度的髋关节表面置换术后股骨近端 力学的有限元研究 16 无论假体植入角度如何，RSAH 术后残存股 骨的应力集中区位于假体-股骨交界区。应 力峰值点的位置与角度无关， 均位于假体- 股骨内侧交界区； 骨生物力学)不同股骨假体植入角 度的髋关节表面置换术后股骨近端 力学的有限元研究 17 不同假体植入角度股骨头颈

7、松质骨有效应力峰值图。 HS_V_Max 为假体下松质骨有效应力峰值； NS_V_Max 为股骨颈松质骨有效应力峰值； 骨生物力学)不同股骨假体植入角 度的髋关节表面置换术后股骨近端 力学的有限元研究 18 不同假体植入角度股骨颈皮质骨的有效 应力峰值图 骨生物力学)不同股骨假体植入角 度的髋关节表面置换术后股骨近端 力学的有限元研究 19 各区的有效应力峰值均随角度的增大 而减小， 且135145时应力峰 值变化曲线较缓和。 骨生物力学)不同股骨假体植入角 度的髋关节表面置换术后股骨近端 力学的有限元研究 20 讨论：（一） 正常股骨头主要承受应力，而且皮质骨 承受的应力要高于松质骨，其应力

8、分布表现为负 重区应力分布最大， 负重区以外的区域应力分 布相同。 RSAH 术后，由于金属假体的植入致使股 骨头皮质骨缺失，为假体金属帽所代替，股骨头 松质骨内亦有金属中央杆的植入。这无疑改变了 股骨头的承力和传导力的方式，股骨头内绝大多 数应力为假体所承担，松质骨仅承担很少部分。 骨生物力学)不同股骨假体植入角 度的髋关节表面置换术后股骨近端 力学的有限元研究 21 股骨头的应力也经由假体及假体中央杆向远处 传递。对于股骨颈而言亦是如此，应力主要由金属 假体中央杆来承担和传递，其次由股骨颈皮质骨传 递。本研究也证实股骨颈皮质骨所承受的应力要远 高于股骨颈松质骨、股骨假体下松质骨所承受应力。

9、 骨生物力学)不同股骨假体植入角 度的髋关节表面置换术后股骨近端 力学的有限元研究 22 （二）本研究显示，无论假体植入的角度 如何，其骨折的危险层面均为股骨-假体交 界面，即股骨颈处。这与资料报道中常见 的髋关节表面置换术后股骨颈骨折发生部 位一致 骨生物力学)不同股骨假体植入角 度的髋关节表面置换术后股骨近端 力学的有限元研究 23 本研究表明，随着假体植入角120至 145的逐渐外翻放置，假体下松质骨有效 应力峰值呈现逐渐减少的趋势，135 145有效应力峰值变化幅度不大，对于股 骨颈皮质骨及松质骨的应力变化趋势亦是如 此。因此，可以认为135145假体 外翻植入对股骨头及股骨颈骨质均具有保护 作用。 骨生物力学)不同股骨假体植入角 度的髋关节表面置换术后股骨近端 力学的有限元研究 24 本研究结果是基于病人骨质正常，不存在 股骨颈切迹、松质骨外露等其他骨折危险 因素的条件下，