论文摘要
目的人工全髋关节置换(THA)已成为治疗多种髋关节疾病终末期病变最普遍、最为有效可靠的方法，不仅可以矫正髋关节畸形、消除疼痛、增加髋关节活动度、恢复髋关节功能，而且大大提高了病人的生活质量。然而人工髋关节的术后无菌松动到目前为止，仍是困扰患者和外科大夫的一个最大的问题，已成为全髋关节置换术后主要的并发症和翻修手术最常见的原因。生物力学因素被认为是无菌性松动的主要原因，其中由扭力造成的旋转不稳正是导致股骨假体松动的重要原因。我们通过生物力学试验和三维有限元分析，探讨全髋关节置换术后股骨应力的变化及扭力的作用，从而为髋关节假体设计改进提供理论依据。材料和方法应用螺旋CT对一名身高170cm，体重为60kg的健康志愿者的下肢股骨进行扫描获取整个股骨图像；将获得的CT图像信息通过DICOM3.0标准输入PC机，实现螺旋CT图像文件和PC机的精确传输；运用CAD的Pro／ENGINEER软件，通过目标组织的分割、轮廓跟踪、多边形逼近、周期B样曲线逼近及数据点参数化，构建人体股骨三维轮廓模型，提取出股骨髓腔轮廓曲线、皮质骨内外轮廓线，以IGES格式存盘；将上述数据输入有限元分析软件ANSYS6.1并通过确定材料特性参数和网格化，建立股骨的三维有限元模型；在三维有限元模型上加载负荷，计算出股骨应力分布性质。根据Timoshenko等提出的材料扭转理论结合股骨及假体的三位有限元模型，计算出扭力的性质和大小。结果全髋关节置换术后股骨总体的轴向应力模式没有改变，股骨内侧仍是以压应力为主，外侧以张应力为主，股骨内侧应力由近端向远端逐渐增大，股骨中下段即股骨髁上方区域为最高区。置换术后股骨上段应力明显减小，而股骨与假体下段结合处应力明显增加，说明股骨假体植入后髋关节应力主要由假体承担，并主要通过假体下段传导于股骨，近端出现了明显的应力遮挡，特别是股骨距区域；全髋关节置换术后，股骨和假体结合面上产生了巨大的扭转应力差，假体所受的扭力在髋关节假体无菌松动中起到重要的作用。通过改进假体设计来增加假体对股骨近端应力和抗旋转，可以有效的减小应力遮挡率和防止假体无菌松动。结论通过三维有限元对全髋关节置换前后股骨应力分析，明确了术后股骨近端形成了显著的应力遮挡，造成基于Wolff定律的骨质改建，特别是股骨近端骨丢失，这是造成假体无菌松动的主要原因，因此全髋关节置换术后股骨有效的对抗髋关节假体所产生的应力遮挡和扭力的影响，可以使股骨上段应力分布更趋于合理，能够增加髋关节置换股骨假体的稳定性，从而减少假体无菌性松动率。
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