三维有限元法分析成人髋关节发育不良重建髋臼的生物力学特征

摘要

背景:成人髋关节发育不良目前主要的治疗方法有髋关节周围截骨术、髋臼旋转截骨术、髋臼加盖术等,方法多样,疗效不一.由于技术条件的限制,各种方法虽然不同程度的改善了头臼关系,但距离理想状态仍有一定差距,部分患者因而效果不佳,病情继续发展.目的:应用三维有限元方法从力学角度分析成人髋关节发育不良髋臼重建的可行性及有效性,为以后的科研及临床研究提供理论依据.方法:选择单侧髋关节发育不良患者髋关节CT薄层扫描数据,利用Mimics 15.0、Hypermesh软件分别建立健髋及髋关节发育不良患髋模型,利用镜像消减计算患侧髋臼缺损的部位及范围,模拟重建髋臼,建立重建髋关节模型,应用Ansys 10.0加载关节负荷,分析单足着地情况下各髋关节软骨下骨Von Mises应力分布情况.结果与结论:①各模型结果与实际情况相符合,最大Von Mises应力值出现在髋臼顶穹部及股骨颈后内侧;②患髋骨性缺损出现在髋臼前外侧,大小为43 mm×14 mm×7 mm;③应力加载后各组Von Mises应力峰值分别为:健髋股骨头(2.800±0.012)MPa,髋臼(3.855±0.035)MPa;髋关节发育不良患髋股骨头(5.066±0.026)MPa,髋臼(8.168±0.034)MPa;重建髋股骨头(2.769±0.085)MPa,髋臼(3.804±0.132)MPa,统计学分析结果显示髋关节发育不良患髋各部位Von Mises应力峰值明显高于另外二者(P<0.001),差异有显著性意义;而重建髋与健髋各部位数值相近(P>0.05),证明髋臼重建后髋关节应力分布恢复正常;④通过有限元模型受力分析证明,髋臼重建能够恢复髋关节力学结构,该方法治疗早期成人髋关节发育不良是可行性的.