髖臼骨折術(shù)后股骨頭內(nèi)移對臼頂負重區(qū)應力影響的有限元分析.pdf

1、目的：
　?。?）定義髖臼骨折術(shù)后股骨頭內(nèi)移指數(shù)的概念及測量方法。
　?。?）通過對髖臼內(nèi)側(cè)壁截骨建立不同股骨頭內(nèi)移位置下的髖關節(jié)有限元模型。
　?。?）應用有限元分析方法研究髖臼骨折術(shù)后股骨頭內(nèi)移對臼頂負重區(qū)接觸應力大小及分布的影響，為臨床醫(yī)師研究髖臼骨折術(shù)后患者髖關節(jié)生物力學變化提供參考依據(jù)，從而預測該變化與髖關節(jié)創(chuàng)傷性骨關節(jié)炎之間的相關性。
　　方法:
　?。?）對髖臼骨折術(shù)后患者進行隨訪并收集病例資

2、料，篩選出存在不同程度股骨頭內(nèi)移的患者8例，均行骨盆正位X線片及骨盆CT平掃檢查，將所有患者骨盆CT平掃數(shù)據(jù)以DICOM格式導出存入光盤，并在Mimics軟件中重建骨盆三維模型。分別在骨盆平片和三維模型上測量股骨頭內(nèi)移指數(shù)，對所得數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析，比較兩組數(shù)據(jù)之間的差異有無統(tǒng)計學意義。
　?。?）選擇一健康成年男性（33歲，70kg），提取骨盆CT掃描DICOM數(shù)據(jù)，通過Mimics17.0軟件構(gòu)建該志愿者左側(cè)髖關節(jié)三維仿真模型

3、，使用該軟件手術(shù)模擬版塊中截骨工具對髖臼內(nèi)側(cè)壁進行截骨，并使股骨頭與所截內(nèi)側(cè)壁骨塊同步內(nèi)移，以2mm為移動單位對不同股骨頭內(nèi)移位置下髖關節(jié)模型進行分組，包括正常髖關節(jié)共7組。對模型進行一系列處理，如軟骨再造、網(wǎng)格化、賦值等操作后，將模型導入有限元分析軟件ANSYS中進行相關調(diào)整，設置髖關節(jié)面間接觸屬性后，建立不同股骨頭內(nèi)移位置下髖關節(jié)間力學分析的有限元模型。
　　（3）對所有模型施加相同的載荷并設定邊界條件，模擬單足站立位髖臼頂負

4、重區(qū)應力分布情況，通過比較相同限制條件下股骨頭內(nèi)移后髖關節(jié)間接觸應力的大小及分布變化情況，為臨床上分析股骨頭內(nèi)移與髖臼骨折術(shù)后創(chuàng)傷性關節(jié)炎之間的相關性提供理論依據(jù)。
　　結(jié)果:
　?。?）應用Mimics三維重建軟件基于多層螺旋CT和DICOM技術(shù)，建立骨盆及單側(cè)髖關節(jié)三維仿真模型，其幾何外形與真實解剖結(jié)構(gòu)相符，可用于進一步研究。（2）對8例髖臼骨折術(shù)后患者骨盆正位X線片及三維重建模型的股骨頭內(nèi)移指數(shù)分別進行測量，將兩組數(shù)據(jù)

5、進行配對設計資料的t檢驗，t值為2.522，P=0.046，P值小于0.05，兩組數(shù)據(jù)有統(tǒng)計學差異。（3）可利用Mimics及其配套3-matic軟件對模型進行軟骨再造、面網(wǎng)格、體網(wǎng)格化等操作，形成左側(cè)股骨節(jié)點117402個，四面體單元83714個；髖骨節(jié)點218557個，四面體單元數(shù)為152197個，根據(jù)灰度值對軟骨之外的模型進行賦值并存儲為可導入有限元分析軟件的格式。（4）在ANSYS有限元分析軟件中計算七組髖關節(jié)模型臼頂負重區(qū)應力

6、分布，得到相應的受力云圖；單腿站立時正常髖關節(jié)臼頂負重區(qū)應力峰值為3.01MPa，隨著股骨頭內(nèi)移，髖關節(jié)臼頂負重區(qū)與股骨頭接觸區(qū)域出現(xiàn)應力集中，且最高峰值可達16.47MPa，尤其當股骨頭內(nèi)移大于6mm時應力峰值超過正常承受范圍。
　　結(jié)論：
　?。?）標準骨盆正位X線片上股骨頭內(nèi)移指數(shù)的測量有一定提示意義，但由于受檢者體位、骨折等因素影響很難獲得絕對標準骨盆正位 X片，而骨盆三維重建模型可任意調(diào)整骨盆位置，測得結(jié)果可靠性更

7、高。
　　（2）基于骨盆 CT數(shù)據(jù)，通過三維重建及有限元分析軟件，準確構(gòu)建出帶有關節(jié)軟骨的正常髖關節(jié)和不同股骨頭內(nèi)移位置下的髖關節(jié)三維有限元力學分析模型。
　?。?）股骨頭內(nèi)移后髖關節(jié)力學環(huán)境發(fā)生改變，隨著股骨頭內(nèi)移臼頂負重區(qū)應力集中區(qū)增大，應力峰值增高，這可能是促進髖臼骨折術(shù)后創(chuàng)傷性關節(jié)炎發(fā)生的因素之一。
　?。?）髖臼骨折時，在解剖復位髖臼頂負重區(qū)的前提下，應盡量復位并堅強固定內(nèi)側(cè)壁骨塊，對髖臼骨折術(shù)后股骨頭位置的