【摘要】：目的： 利用三維數(shù)字技術(shù)建立髖關節(jié)的高仿真模型，并應用有限元要素法對其進行生物力學分析，從而獲取髖臼周圍旋轉(zhuǎn)截骨術(shù)時最佳的截骨位置及旋轉(zhuǎn)角度，以實現(xiàn)術(shù)后髖關節(jié)周圍生物應力的均勻分布。 方法： 采用臨床正常的24歲男性的下肢全長CT建立解析模型，CT的層厚為1.25mm，通過mimics軟件進行三維模型的建立。模型包括骨盆、骶骨、左側(cè)股骨的上半段。并且區(qū)分皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨、軟骨、關節(jié)唇盂。將各個組成部分根據(jù)文獻賦予相對應的材料系數(shù)［2、4、6、23、27］。對于髖關節(jié)發(fā)育不良模型的髖臼股骨頭覆蓋狀態(tài)［1、3、18］，通過X線平片測定CE角及VCA角后，分別建立CE角、VCA角同為15、10、0度的骨盆模型。荷重條件根據(jù)文獻［6］在骶骨上方設定垂直向下700N的力量，采用增分法分10步逐步增加載荷量。邊界條件上，我們在坐骨的前后軸向上約束模型，在股骨遠端完全固定。關節(jié)面的應力通過三維有限元軟件MSC.MARC進行分析計算。設定髖臼與股骨頭為接觸面。將上述模型分別進行計算分析。 結(jié)果： 正常髖關節(jié)模型上，髖臼前外側(cè)緣到髖臼頂部應力分布均勻。髖臼發(fā)育不良模型，與正常髖關節(jié)對比，mises應力值增高。隨著CE角、VCA角的減少，髖臼與股骨頭接觸面積減小，但生物應力隨之增加。正常模型與CE角及VCA角分別為15、10、0度模型上，髖臼上緣的應力值呈峰值，分別為17.3MPa、18.9MPa、24.6MPa、35.8MPa。另一方面，髖臼發(fā)育不良模型的生物應力集中的特點是：CE角、VCA角均為15度模型和10度模型，髖臼應力集中區(qū)域為髖臼前外側(cè)；CE角、VCA角均為0度模型的髖臼應力集中部位則以髖臼后方為中心。 結(jié)論： 本次實驗研究結(jié)果表明當CE與VCA角從正常逐漸減小到0度時，關節(jié)軟骨的有效負重面積也減小，在荷重條件相同條件下，軟骨承重部分的接觸應力增大。當CE角、VCA角減小時，髖臼與股骨頭接觸面積減小。髖臼對于股骨頭的被覆面積減小使髖關節(jié)股骨頭向外側(cè)位移，當股骨頭側(cè)方位移超出關節(jié)接觸面積的約束范圍時就會發(fā)生脫位。 由于先天性發(fā)育性髖臼發(fā)育不良（DDH）的患者生理解剖結(jié)構(gòu)的改變，使髖關節(jié)周圍生物應力發(fā)生變化，導致關節(jié)軟骨內(nèi)張力超過組織適應能力，關節(jié)軟骨萎縮變形，甚至消失；軟骨下骨內(nèi)假性囊腫形成，周圍骨質(zhì)增生，骨贅形成，最終發(fā)展成骨性關節(jié)炎（OA）［7、9］。而對DDH患者在行髖臼周圍旋轉(zhuǎn)截骨術(shù)治療時，可根據(jù)髖關節(jié)周圍的生物應力分析獲得最佳的截骨位置以及旋轉(zhuǎn)角度，達到股骨頭與髖臼的最佳覆蓋效果，使髖關節(jié)的應力均勻分布，從而延緩了骨性關節(jié)炎的進展速度。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：R681.1

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本文編號：2804434