中日友好医院分型股骨头坏死腓骨植入治疗的三维有限元分析

摘要

背景:研究报道股骨头坏死的保髋疗效与外侧柱存留密切相关,中日友好医院分型是根据三柱结构确立的,对股骨头塌陷的预测准确性高.目的:建立股骨头坏死中日友好医院分型各分型仿真的三维有限元模型,通过有限元分析各分型腓骨植入的力学变化,探讨外侧柱存留对保髋疗效的意义,为该分型的塌陷精准预测提供基础.方法:建立正常股骨头、中日友好医院分型(M型、C型、L1型、L2型、L3型)股骨头坏死及其腓骨植入3组11种三维有限元模型,运用ANSYS软件进行有限元分析计算,观察各组模型的最大应力值、最大位移值及股骨头内部载荷传递模式.结果 与结论:①坏死组位移最大,应变最大,且因坏死分型不同而位移不同,位移变化如下:M型＜C型＜L1型=L2型＜L3型;腓骨植入组位移恢复均低于正常组,且因坏死分型不同而位移恢复不同,位移变化如下:M型＜C型＜L1型＜L2型＜L3型,修复后的坏死股骨头的位移下降幅度从外侧柱到内侧柱逐级变小,均低于正常股骨头的最大位移.②坏死后的股骨头载荷区表面应力云图呈现的峰值均高于正常组,坏死M型基本接近正常,坏死C型峰值高出正常74.5％,坏死L型峰值均高出正常100％以上;坏死M型术后的峰值不但比术前下降14.2％,也低于正常水平;坏死C型术后的峰值比术前下降5.3％,但高于正常水平;坏死L型术后的峰值比术前下降,但均明显高于正常水平.③正常股骨头内部的载荷传递是连续的,传导路径从股骨头外侧柱到股骨矩.坏死组中M、C型的股骨头内部载荷传递是连续的,M型的传导基本与正常一致,C型的传导到股骨矩的应力减少;L1、L2、L3型的股骨头内部的载荷传递出现中断,应力出现断崖式的变化,无法传导到股骨矩,导致股骨头载荷区应力集中.腓骨植入组中的股骨头内部重建了一定有效的载荷传递模式,所有分型的传导都出现股骨矩处的应力集中,部分载荷通过腓骨传递到股骨矩上,正常载荷传递模式得到部分恢复.④提示中日友好医院分型腓骨植入能在一定程度上预防坏死股骨头的塌陷,坏死区位置及大小至关重要,坏死越靠近外侧柱越容易塌陷,修复越困难,外侧柱的存留是精准预测股骨头塌陷的重要考虑因素.