髋关节发育不良髋臼侧生物力学分析

发布时间：2020-08-26 00:53

【摘要】：目的： 利用三维数字技术建立髋关节的高仿真模型，并应用有限元要素法对其进行生物力学分析，从而获取髋臼周围旋转截骨术时最佳的截骨位置及旋转角度，以实现术后髋关节周围生物应力的均匀分布。 方法： 采用临床正常的24岁男性的下肢全长CT建立解析模型，CT的层厚为1.25mm，通过mimics软件进行三维模型的建立。模型包括骨盆、骶骨、左侧股骨的上半段。并且区分皮质骨、松质骨、软骨、关节唇盂。将各个组成部分根据文献赋予相对应的材料系数［2、4、6、23、27］。对于髋关节发育不良模型的髋臼股骨头覆盖状态［1、3、18］，通过X线平片测定CE角及VCA角后，分别建立CE角、VCA角同为15、10、0度的骨盆模型。荷重条件根据文献［6］在骶骨上方设定垂直向下700N的力量，采用增分法分10步逐步增加载荷量。边界条件上，我们在坐骨的前后轴向上约束模型，在股骨远端完全固定。关节面的应力通过三维有限元软件MSC.MARC进行分析计算。设定髋臼与股骨头为接触面。将上述模型分别进行计算分析。 结果： 正常髋关节模型上，髋臼前外侧缘到髋臼顶部应力分布均匀。髋臼发育不良模型，与正常髋关节对比，mises应力值增高。随着CE角、VCA角的减少，髋臼与股骨头接触面积减小，但生物应力随之增加。正常模型与CE角及VCA角分别为15、10、0度模型上，髋臼上缘的应力值呈峰值，分别为17.3MPa、18.9MPa、24.6MPa、35.8MPa。另一方面，髋臼发育不良模型的生物应力集中的特点是：CE角、VCA角均为15度模型和10度模型，髋臼应力集中区域为髋臼前外侧；CE角、VCA角均为0度模型的髋臼应力集中部位则以髋臼后方为中心。 结论： 本次实验研究结果表明当CE与VCA角从正常逐渐减小到0度时，关节软骨的有效负重面积也减小，在荷重条件相同条件下，软骨承重部分的接触应力增大。当CE角、VCA角减小时，髋臼与股骨头接触面积减小。髋臼对于股骨头的被覆面积减小使髋关节股骨头向外侧位移，当股骨头侧方位移超出关节接触面积的约束范围时就会发生脱位。 由于先天性发育性髋臼发育不良（DDH）的患者生理解剖结构的改变，使髋关节周围生物应力发生变化，导致关节软骨内张力超过组织适应能力，关节软骨萎缩变形，甚至消失；软骨下骨内假性囊肿形成，周围骨质增生，骨赘形成，最终发展成骨性关节炎（OA）［7、9］。而对DDH患者在行髋臼周围旋转截骨术治疗时，可根据髋关节周围的生物应力分析获得最佳的截骨位置以及旋转角度，达到股骨头与髋臼的最佳覆盖效果，使髋关节的应力均匀分布，从而延缓了骨性关节炎的进展速度。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R681.1

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本文编号：2804434