【摘要】：目的:1、在髖關(guān)節(jié)翻修股骨paproskyⅢA型缺損時,研究錐形柄與圓柱形柄穩(wěn)定性和力學(xué)分布的差異;2、錐形柄適用于股骨paproskyⅢB型骨缺損時峽部有效固定長度臨界值以及生物力學(xué)分布。方法:選取一名58歲身高170cm、體重70kg的健康男性,使用CT對右側(cè)股骨掃描。通過Mimics15.0軟件、Solidworks 2015軟件、Ansys18.2軟件分別重建峽部殘余長度為7cm、4cm、3cm、2.5cm、2cm、1.75cm、1.5cm的7個股骨模型和3個假體模型,假體模型命名為“ⅢA-JTwagner”、“ⅢA-JTechelon”、“ⅢB-JTwagner”;將股骨模型與假體模型組配構(gòu)造出翻修術(shù)后模型,其中股骨paproskyⅢA型缺損以裝配假體不同分為2組,分別命名為“7-echoelon”、“7-wagner”;股骨paproskyⅢB型缺損以峽部長度不同分為6組,分別命名為“4”、“3”、“2.5”、、“2.0”、“1.75”、“1.5”。通過加載ANSYS18.2軟件,模擬不同強度軸向力,分別為4倍、6倍、8倍、10倍體重髖關(guān)節(jié)反作用力,以及扭轉(zhuǎn)力。比較“7-echelon”、“7-wagner”軸向穩(wěn)定性和扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定性,探索錐形柄用于股骨paproskyⅢB型缺損時峽部殘余的極限長度以及影響因素。穩(wěn)定性檢驗指標(biāo)一方面通過測量為假體提供穩(wěn)定的骨干前方、后方、內(nèi)側(cè)、外側(cè)的應(yīng)力。比較是否高于股骨的橫向壓力極限強度133Mpa、扭轉(zhuǎn)極限強度68Mpa。另一方面,測量假體與股骨峽部的相對界面的相對位移,評估假體的遠期穩(wěn)定性,高于150um時為遠期松動。結(jié)果:1、在股骨PaproskyⅢA型缺損翻修中,柱形柄與錐形柄在加載4倍、6倍、8倍體重髖關(guān)節(jié)反作用力時股骨峽部應(yīng)力及相對位移滿足垂直穩(wěn)定條件。加載髖關(guān)節(jié)反作用力在10倍體重時,柱形柄與錐形柄比較,錐形柄模型應(yīng)力均值低于柱形柄模型,兩者股骨峽部應(yīng)力秩和檢驗P值0.073,差異不存在統(tǒng)計學(xué)意義。柱形柄應(yīng)力標(biāo)準差為24.82大于錐形柄應(yīng)力標(biāo)準差13.93。通過比較可以發(fā)現(xiàn),柱型柄在峽部固定部位,由近端向遠端應(yīng)力增長快速,表現(xiàn)為峽部近端應(yīng)力偏低,存在應(yīng)力遮擋,而峽部固定部位遠端又存在應(yīng)力集中。同時,測得10倍體重髖關(guān)節(jié)反作用力下柱形柄最大位移165.4um,發(fā)生在股骨峽部固定部位近端,超過150um。錐形柄則在股骨峽部遠端前方測得最大相對位移99.4um。統(tǒng)計學(xué)上,錐形柄模型和柱形模型相對位移秩和檢驗P值小于0.001,差異存在統(tǒng)計學(xué)意義;在扭轉(zhuǎn)力下,錐形柄模型峽部剪切力高于柱形柄模型,兩者均遠低于極限強度68Mpa。秩和檢驗比較柱形柄模型與錐形柄模型的P值小于0.001,兩者存在顯著差異。同時對柱形柄模型與錐形柄模型相對位移行秩和檢驗。錐形柄模型和柱形柄模型的秩和檢驗P值小于0.001.兩種模型存在顯著差異,柱形柄模型的平均迭次大于錐形柄模型。柱形柄模型的峽部界面相對位移明顯高于錐形柄模型。2、在股骨PaproskyⅢB型缺損翻修中,當(dāng)峽部完整骨皮質(zhì)骨2.0cm時及以上時,錐形柄在軸向穩(wěn)定性與扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定性方面得到較滿意的結(jié)果。當(dāng)股骨峽部骨皮質(zhì)剩余1.75cm時,使用錐形柄在10倍體重髖關(guān)節(jié)反作用力下測的峽部最大應(yīng)力為131.34Mpa,相對位移達到149.29um,接近極限強度。當(dāng)股骨峽部骨皮質(zhì)剩余1.5cm時,10倍股骨體重髖關(guān)節(jié)反作用力下最大應(yīng)力147.16 Mpa,最大相對位移162.86um。在扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定性方面,最大扭轉(zhuǎn)剪切力為76.91Mpa。對于重度骨質(zhì)疏松模型,當(dāng)重度骨質(zhì)疏松模型峽部骨皮質(zhì)骨剩余2.5cm時,便產(chǎn)生與正常骨質(zhì)峽部骨皮質(zhì)骨剩余1.5cm類似的結(jié)果,實驗提示骨質(zhì)疏松嚴重影響股骨與假體的軸向、扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。結(jié)論:1、使用醫(yī)學(xué)影像三維重建軟件Mimics15.0、同時配合CAD軟件Geomagic Studio 2013、Solidworks 2015可以很好的模擬出有限元前處理模型,為有限元計算創(chuàng)造良好的開端。2、應(yīng)用已有的研究數(shù)據(jù),快速建立有限元模型的研究方法具有一定的合理性。3、在股骨PaproskyⅢA型缺損翻修中。錐形柄在軸向穩(wěn)定性、扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定性方面優(yōu)于柱形柄。4、股骨PaproskyⅢB型缺損翻修中,當(dāng)使用錐形柄翻修時,峽部皮質(zhì)骨有效固定長度大于2.0cm可以提供生物力學(xué)上軸向及扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。同時骨質(zhì)疏松、肥胖會降低股骨峽部與錐形柄的穩(wěn)定性。對于嚴重骨質(zhì)疏松的病人則需要有效固定大于2.5cm。
【學(xué)位授予單位】：西南醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：R687.3;R318.01
【圖文】：

圖 1-1 分割骨松質(zhì) CT 閾值：148-661HU，骨皮質(zhì) CT 閾值：FIG. 1-1 CT threshold of bone cancellous segmentation: 148-661hcortical CT: 662-1988hu

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骨松質(zhì)、骨皮質(zhì)處理前后三維模型

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