人工股骨头置换治疗骨质疏松股骨转子间不稳定骨折的有限元应力探讨.doc

人工股骨头置换治疗骨质疏松股骨转子间不稳定骨折的有限元应力探讨 杨广杰周炳康肖亮郭庆功 河南大学第一附属医院,河南开封475000 摘要目的该研究主要就骨质疏松骨转子间不稳定骨折患者采用人工股骨头置换进行治疗过程中的有限元应力展开分析讨论，以此来对患者采用此种方式进行治疗的稳定性研究提供参考。方法选择该院收治的10例骨质疏松股骨转子间不稳定骨折患者作为研究对象，所有患者在入院后均行双下肢薄层CT扫描。然后经过图像以及数据处理建立起股骨三维模型，对患者的股骨与假肢柄之间进行布尔运算。结果在对骨质疏松股骨转子间不稳定骨折患者进行治疗时，人工关节置换术在一定程度上改变了患者的关节受力方式，患者在术后的假肢稳定性较好，当患者处于正常负荷时，其人工关节十分稳定。结论在对骨质疏松股骨转子间不稳定骨折患者行人工股骨头置换治疗时，通过对人体力学进行有限元数值模拟分析，可以在一定程度上增加对人体关节功能的认识，以便于为患者的手术治疗提供有利帮助。 关键词骨质疏松；股骨转子间不稳定骨折；人工股骨头置换；有限元应力 R68A1674-0742(xx)03(a)-0072-02 通讯作者郭庆功(1964-)，男，河南开封人，本科，主任医师，教授，研究方向:脊柱与关节。 股骨转子间骨折在老年骨折中较为常见，其中有35%40%的骨折不具备稳定性，此类患者的死亡率相对较高，患者的发病率也呈现出逐年上升的趋势1。在对此类患者进行临床治疗时，怎样才能降低患者在骨折后出现并发症，已经成为了此类患者治疗过程中急待解决的关键问题2。为了对此类患者的临床治疗情况有一个较为全面的了解，现对该院xx年1月xx年1月所收治的10例骨质疏松股骨转子间不稳定骨折患者的临床资料进行回顾性分析，报道如下。 1资料与方法 1.1一般资料 选择该院收治的10例骨质疏松股骨转子间不稳定骨折患者作为研究对象，其中有3例女性，7例男性，所有患者的年龄为6787岁，平均年龄为73.9岁。所有患者均在知情同意的情况下行人工股骨头置换治疗。 1.2方法 股骨三维模型：患者在入院后对其下肢行CT扫描，其扫描参数为150mA、120kV，其扫描层厚为1mm，将扫描所得的数据导入相应的图像处理软件，然后通过对所得数据进行像素修补、光滑、区域增长等处理，然后将相应数据保存下来。将保存的数据导入UG4.0中，然后在统一坐标系中，分别对患者患处的外表面轮廓曲线进行光顺、扫掠以及缝合处理，即可得到两个实体模型。根据测得的骨髓腔分界面以及松质骨数据，对内层三维模型进行适当的切割，然后对内、外层三维模型行布尔操作，就可以得到含有骨髓腔、骨松质、骨皮质的股骨三维实体模型。然后对患者建立相应的数字模型M1、M2，并根据AML生物假体普通柄来建立实体模。 有限元模型：在UG4.0建模软件中，对患者的关节置换方法进行处理，分别将AML生物型假体普通柄A、植入经过扩髓的数字模型M1和数字模型M2，前倾角设定为150假体柄轴线与股骨轴线重合，大转子尖平股骨头中心；M2骨折近端用钢丝捆扎，假体柄与股骨间行布尔运算。 2结果 2.1股骨力学分析结果 就股骨的整体受力情况而言，患者在行置换术治疗后，其股骨上段以及后骨小转子将会出现明显减少的情况，股骨距应力也会出现明显下降的情况，在对患者进行手术治疗时，股骨应力通常集中区在股骨远端髁上，术后就会向股骨远端移位；导致假体远端的股骨应力出现明显增加的情况，股骨上最大等效应力比术前也有所增加。此时，患者股骨上段的应力较小，这主要是由于其受到一定遮挡的情况。 2.2假体力学分析 就假体受力情况而言，其整体应力是由上向下传递的，它主要集中在骨髓腔峡部与假体下段紧密结合的部位，假体下端末与股骨接触所以受力相对较小。在对患者进行手术时，假体的最大效应力必须大于股骨应力，出现此类情况的主要原因为假体的材料为钴铬合金。 3讨论 随着内固定技术的不断发展，在对股骨转子间骨折进行治疗时，内固定治疗取得了较好的效果，不过其失败率也相对较高3。行内固定植入治疗的患者在术后需要长时间卧床休息，患者在术后容易出现骨质疏松加重、骨萎缩、坠积性肺炎、压疮等并发症，导致患者的死亡率增加4。 在对骨质疏松股骨转子间不稳定骨折患者采用人工股骨头置换术进行治疗时，有限元应力分析法是一种新型力学分析法,随着计算机技术的不断发展，有限元力学分析的准确度也在一定程度上得到了有效地提高5。在对骨质疏松股骨转子间不稳定骨折患者的应力进行分析师，力学实验的结果基本上不能直接应用到对患者进行手术治疗的过程中，而且与模型所得数据之间也存在较大的差异。在对人体的骨折应力进行计算时，有限元法的计算过程较为复杂，所用假体材料具有独特的性能，其在骨科临床中得到了十分广泛的应用。 在对骨质疏松股骨转子间不稳定骨折患者进行临床治疗时，人工关节置换术可以在一定程度上对患者的关节进行重建，使其功能与正常关节相接近，以此来达到消除患者的关节功能障碍、畸形以及疼痛的目的，不过患者在术后容易出现远期并发症6。患者在行人工关节置换术治疗后，其关节的受力模式就会出现不同程度的变化，股骨近端的应力也会被遮挡，再加上界面问题的出现，容易导致患者出现假体松动的情况。患者一旦出现上述情况，就必须对其关节进行翻修，为患者带来巨大的经济压力以及痛苦。对于老年骨质疏松股骨转子间不稳定骨折患者而言，由于受到置换后关节稳态变化、患者自身免疫力低下等情况的影响，其假体周围就很容易出现感染的情况。目前，在对骨质疏松股骨转子间不稳定骨折患者行人工股骨头置换术治疗时，怎样避免患者在术后出现感染的情况已经成为了此类患者在治疗过程中的关键难题之一。 该研究的结果显示，在对骨质疏松股骨转子间不稳定骨折患者进行治疗时，人工关节置换术在一定程度上改变了患者的关节受力方式，患者在术后的假肢稳定性较好，当患者处于正常负荷时，其人工关节十分稳定。由此可见，在对骨质疏松股骨转子间不稳定骨折患者行人工股骨头置换术治疗时，通过对患者的骨折部位进行有元应力分析，可以在一定程度上提高患者的治疗效果。 综上所述，在对骨质疏松股骨转子间不稳定骨折患者行人工股骨头置换治疗时，通过对人体力学进行有限元数值模拟分析，可以在一定程度上增加对人体关节功能的认识，以便于为患者的手术治疗提供有利帮助。不过在对此类患者进行治疗的过程中，一定要根据患者的具体情况，对其进行适当的抗感染治疗，以此来降低患者在术后出现并发症的几率。 参考文献 1张绍伟,彭李华,赵光荣,等.人工股骨头置换治疗骨质疏松股骨转子间不稳定骨折的有限元应力分析J.中国组织工程研究与临床康复,xx,15(35):6496-6499. 2彭李华.人工关节置换治疗骨质疏松股骨转子间不稳定骨折的生物力学研究D.重庆:重庆医科大学,xx. 3王广斌,付勤,刘忠厚,等.人工股骨头置换与PFNA内固定治疗高龄股骨转子间不稳定骨折的疗效分析J.中国骨质疏松杂志,xx,16(6):404-406,446. 4刘超群,刘进炼,周青,等.人工关节置换治疗高龄骨质疏松性股骨转子间不稳定骨折J.中国老年学杂志,xx,31(11):2093-2095. 5罗剑,郭珊成,