【摘 要】
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对全髋关节置换术（Total Hip Arthroplasty,THA）的患者随访研究发现,脊椎-骨盆系统结构异常的患者在全髋关节置换术后,疼痛、撞击以及脱位等并发症发生的概率比正常系统的患者更高。然而,目前研究尚未考虑脊椎-骨盆系统对人工髋关节的影响,本文针对脊椎-骨盆系统对人工髋关节的影响,从运动和受力两个方向进行研究分析。首先,建立了骨肌多体动力学模型,并对运动和受力分析分别进行了验证。其次
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对全髋关节置换术（Total Hip Arthroplasty,THA）的患者随访研究发现,脊椎-骨盆系统结构异常的患者在全髋关节置换术后,疼痛、撞击以及脱位等并发症发生的概率比正常系统的患者更高。然而,目前研究尚未考虑脊椎-骨盆系统对人工髋关节的影响,本文针对脊椎-骨盆系统对人工髋关节的影响,从运动和受力两个方向进行研究分析。首先,建立了骨肌多体动力学模型,并对运动和受力分析分别进行了验证。其次,从髋关节假体参数、骨盆倾斜以及脊椎-骨盆系统结构异常三个方面对髋关节的生物力学影响进行了研究。本文研究结果为脊椎-骨盆系统异常患者在进行髋关节置换术时提供理论基础,论文研究的内容主要如下:（1）基于骨肌模型,研究了髋关节假体设计参数对臼杯安装安全区的影响。髋关节头颈比对臼杯安装安全区有显著影响,当头颈比减小0.1时,臼杯最小前倾角减小约1°,臼杯最小外展角减小约1°,臼杯最大前倾角减小约0.67°。股骨颈结构对臼杯安装安全区影响较小。圆柱形、曲线形以及圆锥形三种结构的臼杯最小前倾角分别为-4.6°、-3.4°以及-1.2°;臼杯最大前倾角分别为40°、39°以及37°;当臼杯在最小外展角时,三种结构的前倾角分别为25.6°、25°以及26°。当髋关节股骨颈前倾角发生变化时,臼杯安装安全区的前倾角受到股骨颈前倾角明显影响。臼杯外展角度越小,臼杯最小前倾角变化越显著;当股骨前倾角增大时,臼杯安装安全区范围的前倾角会减小。（2）基于骨肌模型,研究了骨盆倾斜对髋关节生物力学的影响。在髋关节屈曲、内旋运动中,假体和骨-骨撞击范围随着骨盆倾斜角的增大而增大;在伸展、外旋运动中,假体和骨-骨撞击范围随着骨盆倾斜角的增大而减小;在外展、内收运动时,假体撞击范围无明显变化。但受骨盆和股骨不规则的几何结构影响,骨-骨撞击范围明显小于假体之间的撞击,这导致在进行全髋关节置换术时,需要进一步考虑骨盆倾斜角对骨-骨撞击的影响。骨盆倾斜角改变会导致臼杯前倾角改变,骨盆为前倾时,臼杯前倾角减小,因此臼杯安装安全区前倾角增大;当骨盆为后倾时,臼杯前倾角增大,因此臼杯安装安全区前倾角减小。此外,在实际手术中,臼杯安装位置还需要考虑臼杯和骨盆上的髋臼窝结合情况,需要满足髋臼窝对臼杯一定比例的覆盖范围。在步态过程中,髋关节受力在骨盆倾斜-10°时最大值增加,髋关节在脚跟着地时刻的受力最大值从3.4 BW增大至4.5 BW,过大的髋关节力会增加髋关节术后发生并发症的风险。（3）基于骨肌模型,研究了脊椎-骨盆系统异常对髋关节生物力学的影响。通过建立个体化骨肌模型,研究了异常系统对髋关节运动范围的影响。在髋关节进行屈曲、内旋运动时,脊椎-骨盆系统异常增加髋关节的运动范围;在伸展、外旋运动时,异常系统减小髋关节的运动范围;对于外展、内收运动,假体撞击无显著变化。但由于骨-骨之间几何不规则结构的影响,髋关节在内收运动时,骨-骨撞击范围显著减小,影响髋关节活动度。脊椎-骨盆系统异常时,臼杯安装前倾角减小,整体安全区范围处于Lewinnek安全区范围以下,导致满足实际安装安全区范围减小,影响手术中臼杯位置的安装。在步态运动中,髋关节受力发生改变,髋关节受力最大值从脚跟着地变为脚尖离地时刻,脚尖离地时受力从正常时的3.3 BW增大为3.8 BW,步态异常增加患者在活动中髋关节的损伤,影响手术疗效。此外,通过对肌群肌肉力的变化分析可知,屈曲肌力在脚跟着地时刻肌肉力变化最大,最大值为-0.14 BW,但整体肌肉力变化不明显,这是由于多条肌肉之间在发力时存在协调作用,因此脊椎-骨盆系统异常对肌肉力影响较小。
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