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钽棒植入预防早期股骨头坏死塌陷的有限元分析及临床研究

厉驹  
【摘要】:目的借助股骨头坏死患者的CT扫描图片建立股骨头坏死有限元模型,与钽棒实体模型进行模拟装配,通过有限元分析,研究植入钽棒后股骨头的生物力学改变,分析钽棒对股骨头坏死的支撑作用。同时探讨钽棒植入预防早期股骨头坏死塌陷的近期临床疗效。方法研究由两部分组成:(一)选择志愿者左侧坏死股骨头为研究对象,经层厚0.4mm的螺旋CT扫描得各断面图像,输入计算机识别和提取股骨轮廓并行三维重建,与钽棒实体模型进行装配,按生理状态下股骨力载荷的三维空间分布,对股骨头施加关节力1258N,外展肌群肌力813N,骼胫束肌力1370N。对股骨头三维有限元模型进行有限元分析,求出植入钽棒后的坏死股骨头在受力模式下的应力云图,区域最大应力分布情况,弹性微动,以及钽棒的应力情况。(二)回顾性分析2008年1月至2009年1月接受钽棒植入术治疗且随访资料完整的早期股骨头坏死患者25例(39髋),男9例(11髋),女16例(28髋);平均年龄37(18-54)岁。酒精性4例(6髋),激素性6例(8髋),创伤性2例(2髋),特发性13例(23髋),Steinberg术前分期:Ⅰ期7髋,Ⅱ期24髋,Ⅲ期8髋。疗效分析包括术前、术后Harris评分,影像学变化及以接受髋关节置换术为随访终点的股骨头生存率。结果建立了外形逼真计算精确的股骨头坏死三维有限元模型,组配钽棒后,股骨头应力水平明显提高,钽棒植入局部及以下区域未出现应力遮挡,应力点集中在钽棒的头端,最大应力值达61.95MPa。术后随访6-47个月,平均随访时间37.4个月,共12髋影像学出现进展,包括钽棒退出1髋,股骨头塌陷3髋,股骨头坏死面积增加8髋,6髋行全髋关节置换术,包括有影像学进展5髋占41.7%(5/12),无影像学进展1髋3.7%(1/27)。所有髋关节Kaplan-Meier生存曲线显示钽棒植入后6个月生存率为97.4%,1年生存率为94.7%,2年生存率为88.6%,3年生存率为72.5%。结论通过有限元分析,钽棒植入坏死的股骨头后,明显提高了股骨头应力水平,植入钽棒局部未出现应力遮挡,从而有效防止股骨头坏死的塌陷。钽棒治疗SteinbergⅠ、Ⅱ期股骨头坏死近期疗效确切,能有效延缓股骨头塌陷、置换时间。


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