股骨近段骨缺损的三维有限元模型的建立及相关生物力学研究

论文摘要

目的：利用三维有限元分析法研究股骨近段在慢步行走步态周期承载处于峰值时刻的应力和应变，同时建立股骨近段不同缺损有限元模型，进一步分析此状态下的局部应力与应变变化，得到缺损大小、部位与股骨近段应力应变的关系，提出慢步行走步态周期中可能出现骨折的临界范围。方法：利用螺旋CT扫描正常成人的股骨全长，计算机测量和建立股骨全长的有限元模型，模拟股骨近段小转子区、转子间区的单侧皮质圆柱形骨缺损和股骨颈髓腔的球形骨缺损。缺损大小按股骨近段相应横截面计算，单皮质缺损设为5％～25％，髓腔内缺损设为15％～50％，间隔均为5％。按体重为70公斤的成人慢步行走时股骨近段最大载荷进行加载，分析股骨近段每增加5％骨缺损后缺损部位的应力变化情况。结果：1．对于小转子中点水平的股骨近段外侧单皮质缺损，当缺损为5％时，局部最大应力96.74MPa，略高于股骨屈服应力93MPa，小于拉伸极限应力117MPa；缺损10％时局部最大应力为142.34MPa，大于纵向拉伸极限应力。缺损从5％到25％，股骨内侧相对应区域最大应力为46.15MPa～62.13MPa，远小于其屈服应力。2．转子间水平的股骨近段外侧单皮质缺损，当缺损为20％时局部最大应力72.26MPa小于屈服应力93MPa，25％时最大应力达127.11MPa，大于拉伸极限应力117MPa。股骨内侧应力改变同小转子缺损。3．股骨颈内侧皮质完整的髓腔缺损，缺损小于40％时，局部应力均小于股骨屈服应力93MPa，缺损45％时局部最大应力为100.20MPa，略高于屈服应力93MPa，小于压缩极限应力141MPa；在缺损50％时局部最大应力为119.40MPa未超过压缩极限应力。4．股骨颈破坏内侧皮质1／2的髓腔内缺损为20％时，局部最大应力86.75MPa小于屈服应力93MPa；缺损为25％时，局部最大应力为106.64MPa，大于屈服应力，小于压缩极限应力141MPa；缺损为40％时最大应力128.8MPa，接近压缩极限应力；缺损45％局部应力高达277.10MPa远高于股骨的极限应力。结论：1．对于股骨近段，随着骨缺损大小的增加其局部相应的最大应力逐渐增加，不同部位应力增加的程度不同。同样大小的骨皮质缺损对股骨近段造成的影响不同。2．股骨近段外侧皮质缺损，对相应的股骨内侧影响不大，也就是对整个股骨的负重影响不大。3．对于小转子水平股骨外侧单皮质缺损，当缺损小于5％相对安全，5％到10％之间存在一定的局部骨折风险，大于10％时将会出现局部骨折。4．转子间水平股骨外侧单皮质缺损，缺损小于20％时相对安全，大于25％时存在局部骨折风险。5．股骨颈内侧皮质完整的髓腔缺损，小于45％时均相对安全，45％到50％有一定的局部骨折风险，但若缺损大于45％而皮质完整特别是前后皮质完整者，其局部骨折风险很小；股骨颈内侧皮质破坏1／2的髓腔内缺损，小于20％时相对安全，介于20％到40％之间存在一定的风险，大于40％将会出现局部骨折。

论文目录

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• 材料与方法
• 结果
• 讨论
• 结论
• 参考文献
• 文献综述
• 综述参考文献
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