论文部分内容阅读
目的意义:髋关节发育不良是引起青少年和成人髋关节疼痛和关节炎的一个重要病因。髋臼周围截骨术通过重定位髋臼来为股骨头提供理想的骨性覆盖,广泛用于治疗轻度髋臼发育不良患者。但是即使在足够年轻时行髋臼周围截骨术治疗,有部分患者短期内也可能进展为骨关节炎。这可能由众多原因导致,其中针对发育不良髋臼月状面软骨的研究逐渐引起重视。髋臼周围截骨术重点在如何确定髋臼截骨块的最适旋转角度,增加股骨头一个部位的覆盖率可能会使股骨头另一个部位覆盖率低于正常,然而任何方向的过度覆盖又将导致股骨髋臼撞击。所以术前掌握髋臼负重面即月状面的精确三维信息至关重要。三维有限元分析技术近年来越来越多的应用于髋臼周围截骨术治疗髋关节发育不良的生物力学试验中,通过对术前与术后髋臼软骨等的接触应力分析,预估术中矫正度数的范围,提高手术操作的精确程度。本研究将基于Crowe I型女性髋关节发育不良患者CT数据对髋臼月状面进行三维重建,精确测量,并根据不同方向缺损对髋臼软骨进行形态学分型,通过对不同缺损类型软骨模型的有限元技术分析,验证本分型的理论意义及探索术中髋臼截骨块最适旋转角度,为治疗发育性髋关节发育不良及探讨髋关节骨性关节炎的发生发展机制提供有价值的临床和理论依据。材料与方法:发育不良组67个髋和正常组61个髋均接受标准前后位骨盆X线片和伪侧位X线片、三维CT扫描。骨盆正位片测量LCEA、AI,伪侧位片测量ACEA。将CT数据以DICOM格式导入Mimics及3-matic软件中对正常和发育不良髋臼月状面进行形态学比较。正常骨盆CT数据用Mimics软件对骨盆和股骨近端三维重建,导入MSC.Marc有限元分析软件,划分面网格与体网格,生成一个具有骨盆皮质骨、松质骨、髋臼软骨、髋臼盂唇、股骨头软骨、股骨头皮质骨松质骨、骶髂关节和耻骨联合的正常髋有限元模型,均被定义为各向同性线性弹性材料,共600,000左右个四面体单元,120,000左右个节点。髋臼软骨除去髋臼切迹后表面积为2070.1mm2。关节面定义为非线性、无摩擦的三维接触模型。根据文献赋予不同组织不同的弹性模量和泊松比。通过对正常髋关节有限元模型髋臼缘向后内侧缩进和赋予不同月状面缺损的软骨模型,生成DDH-1 normal、DDH-2 SD、DDH-3ASD和DDH-4 GD模型,分别以10°、15°、20°行髋臼周围截骨术旋转髋臼截骨块得到PAO-1 Normal 20、PAO-1 Normal 25、PAO-1 Normal 30;PAO-2 SD20、PAO-2 SD 25、PAO-2 SD 30;PAO-3 ASD 20、PAO-3 ASD 25、PAO-3 ASD30;PAO-4 GD 20、PAO-4 GD 25、PAO-4 GD 30,共16个有限元模型。在骶骨上关节面中心处,施加一个垂直向下的重力约为620N,外展肌力为460N。以force control作为数值计算方案,采用Newton-Raphson迭代方法分20步逐渐增量加载负荷。研究结果:将DDH组分为上方面积减小组(10.44%)、前上方面积减小组(40.3%)、整体面积减小组(32.84%)和整体面积增加组(16.42%)。发育不良髋臼月状面在骨盆中的三维位置较正常者偏向内下旋转。整体DDH组月状面相对和绝对面积较正常组显著减小。针对DDH各分组术前术后的有限元分析结果,表明在正常髋关节髋臼侧,von Mises应力均匀的分布在月状面的上方区域,大部分集中于髋臼月状面的中心。峰值应力为13.06 MPa。然而,4个DDH模型术前von Mises分布密集的集中在髋臼边缘,DDH-1normal模型,术前峰值应力为24.14 MPa,PAO旋转10°、15°、20°术后峰值应力分别为22.87 MPa、18.94 MPa、19.64MPa。DDH-2 SD模型,术前峰值应力为40.36 MPa,PAO术后峰值应力分别为35.56 MPa、33.22MPa、29.45 MPa。DDH-3 ASD模型,术前峰值应力为43.35 MPa,PAO术后峰值应力分别降低至40.34 MPa、37.99 MPa、30.79 MPa。DDH-4 GD模型,术前峰值应力为46.67 MPa,PAO术后峰值应力分别降低至35.81 MPa、36.28 MPa、30.10 MPa。研究结论:本试验通过对DDH患者髋臼月状面三维重建,精确测量,首次将髋臼月状面分为:上方面积减小型、前上方面积减小型、整体面积减小型和整体面积增加型。有限元分析表明,即使术前放射线学参数一致,但是不同类型髋臼月状面缺损模型术前及术后矫正度数的不同,其髋臼侧接触应力的分布也不尽相同,这为验证分型的临床意义和对PAO术中髋臼截骨块的精确旋转再定位、个体化截骨提供了非常重要的理论依据,同时对于DDH髋关节骨关节炎发生发展机制的研究和保证良好的长期疗效及预防骨关节炎的进展有重要的临床意义。