三维有限元法分析钽棒置入治疗个体化股骨头坏死的力学效能

摘要

背景：研究报道股骨头前外侧柱对保髋的疗效起到关键性的作用,而中日友好医院分型（CJFH分型）强调前外侧柱的重要性,目前此分型中L型钽棒置入治疗的三维有限元研究不多.目的：以钽棒置入术为例,建立正常、坏死和L型坏死区前外侧柱钽棒置入的髋关节仿真的三维有限元模型,并进行有限元分析及力学效能对比,探讨前外侧柱的完整性对保髋疗效的重要性,为CJFH分型的治疗提供生物力学依据.方法：股骨头坏死的CJFH分型中L1、L2、L3型的坏死髋关节三维模型和正常髋关节三维模型选用团队已经做好的模型.在此基础上建立钽棒置入坏死股骨头的三维有限元模型,进行有限元分析.观察正常股骨头、坏死股骨头和钽棒置入坏死股骨头皮质骨壳应力分布及最大Mises应力值,对比并进行统计分析.结果与结论：①L型坏死股骨头负重区皮质骨壳的最大Mises应力均较正常股骨头升高,其中L1型升高21.76%,L2型升高31.02%,L3型升高42.79%;②钽棒置入术后股骨头负重区皮质骨壳的最大Mises应力较术前下降,其中L1型下降13.38%,L2型下降8.81%,L3型下降11.45%;③表明当股骨头发生坏死时,因坏死骨承载应力下降,导致股骨头皮质骨壳应力集中,所以坏死较正常的最大应力大,而分型程度越高,皮质骨壳所要承载的应力集中就越大;钽棒置入后承载了一部分应力,分型程度越低,纠正越明显;④结果表明,钽棒置入术纠正了坏死股骨头皮质骨壳部分应力,钽棒在一定程度范围内可以进行塌陷预防及起到支撑软骨下骨的生物力学作用;坏死股骨头外侧柱的完整性影响保髋疗效,可能外侧柱的存留越多,保髋疗效越好,而CJFH分型程度越高,塌陷风险越高,保髋疗效也越差.