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股骨头坏死三维有限元分析及其与治疗方法选择的研究

展磊  
【摘要】: 本文共分两个部分对非创伤性股骨头坏死(NONFH)的力学情况及其影响因素进行研究以及不同保髓手术的疗效进行分析论述。 第一部分股骨头坏死三维有限元分析 目的:通过股骨头坏死三维有限元生物力学模型的构建与研究,1)计算不同范围股骨头坏死的各项力学参数,分析其力学情况;2)计算60%坏死范围股骨头坏死经三种植骨治疗后的各项力学参数,分析其力学情况。 方法:利用中国虚拟人男1号的断面切削数据集构建三维有限元模型,把股骨近端重建模型导入有限元软件Ansys9.0的前处理模块,建立起股骨的有限元网格模型。以坏死组织占整个股骨头的体积百分数作为分组研究,从正常三维有限元股骨头分离出位于前、外、顶侧的部分有限元节点及网格,按占整个股骨头有限元节点及网格量换算成百分比为30%、50%、60%的区域设定为股骨头坏死区,并建立股骨头坏死微创手术治疗模型。模拟施予不同载荷。 结果:术前股骨头坏死表面峰值应力/强度比值(SSR)不同坏死范围、不同的载荷强度作用下均未超过0.1故可以认为,这样的应力不会导致坏死表面出现塌陷,除非有更强的加载负荷作用。当坏死范围较大时,坏死组织底部易出现应力集中,其应力/强度比值(SSR)可大于0.1,可导致股骨头内微骨折发生并最终出现股骨头的塌陷。 对于坏死范围较大的股骨头,经三种植骨方式治疗后,SSR值均小于0.1,即塌陷风险小。尤其后两种术式对比值改善更为明显,即后两种术式更加不易塌陷。 结论:本实验结果揭示了大范围坏死的股骨头为什么股骨头表面不出现塌陷,而塌陷最终出现在离股骨头承重面较远的坏死骨基底部,是因为在较大范围的坏死股骨头表面的应力没有超过坏死骨的屈服应力,相反应力集中于坏死骨基底部。故建议患者一旦诊断股骨头坏死应注意免负重或控制负重,尽可能减少股骨头塌陷之可能。 本实验对于大范围股骨头坏死植骨后的情况做了较为详细的描述,得出我科的腓骨+螺钉支撑术及骨瓣植入术对于股骨头坏死的力学情况有较大的改善,有利于促进股骨头内部重建,可较好的预防塌陷,减少骨性关节炎的产生。而单纯减压+植松质骨对股骨头力学情况反而产生不良影响,易造成软骨退变,从而产生骨性关节炎。 第二部分股骨头坏死治疗方法选择与疗效的研究 目的:回顾性研究我科2002年1月—2005年12月收入住院治疗的激素性股骨头坏死患者的病历资料。分析股骨头坏死力学相关因素对治疗预后的影响,研究不同治疗方法的优缺点及力学原理,寻找针对股骨头坏死各不稳定因素的具体治疗方法,提高临床疗效。 方法:对激素性股骨头坏死患者115例(207髋)进行术前分析:单髋发病23例占20%,双髋发病92例占80%;ARCO分期Ⅰ期6髋占2.9%,Ⅱ期58髋占28%,Ⅲ期127髋61.4%,Ⅳ期16髋7.7%;坏死部位:A区4髋占1.9%,B区26髋占12.6%,C1区102髋占49.3%,C2区75髋占36.2%;坏死范围:1级32髋占15.5%,2级37髋占17.9%,3级69髋占33.3%,4级69髋占33.3%;术前正位塌陷值:无塌陷81髋占39.1%,塌陷<2mm72髋占34.8%,塌陷在2—4mm间36髋占17.4%,4mm18髋占8.7%;术前蛙位塌陷值:无塌陷87髋占42%,塌陷<2mm74髋占35.7%,塌陷在2—4mm间32髋占15.5%,>4mm14髋占6.8%。行MRI检查的有149髋,骨髓水肿分级:0级25髋占16.8%,1级18髋占12.1%,2级59髋占39.6%,3级47髋占31.5%。 根据不同情况采用以下方法进行治疗骨瓣+血管束植入术、单纯髓芯减压+植骨+螺钉支撑术、髓芯减压+打压植骨+螺钉支撑术、中药治疗。 术后分析采用统计软件SPSS15.0进行基本情况统计描述,计量资料的分析比较采用t检验、单因素方差分析或Kruskal-Wallis秩和检验,分类资料的分析采用x~2检验,相关因素分析采用Logistic回归分析,股骨头幸存采用Kaplan-Meier生存分析。 本组资料中共有23例23髋患者单纯服用中药治疗,与同期来我科住院治疗前未接受系统治疗作为自然病程组按分期进行匹配。二组病例对照研究随访至少2年,所有病例进行VAS评分随访,选取随访终结时的VAS分行对照研究,影像学以塌陷超过2mm为随访终结,二组间进行Kaplan-Meier生存分析。 结果:髓芯+植骨+螺钉术应用于股骨头坏死为Ⅱ期、坏死部位在C1区以内、Ⅲ期塌陷程度在2mm以内,股骨头幸存率高;坏死范围及骨髓水肿对该术式的股骨头幸存影响无统计意义。 髓芯减压+打压植骨+螺钉术应用于股骨头坏死为Ⅱ期、坏死部位在C1区以内、坏死范围在300°以内、骨髓水肿1级以内,Ⅲ期塌陷程度在2mm以内股骨头幸存率高。 骨瓣+血管束术应用于Ⅲ期疗效好于Ⅳ期,塌陷小于2mm疗效好于塌陷2mm以上病例;坏死部位、坏死范围、骨髓水肿对本术式的股骨头幸存影响无统计意义。 结论:不同手术方法治疗股骨头坏死的适应症:(1)单纯髓芯减压+植骨+螺钉支撑术适用于ONFHⅡ期,坏死部位发生于B、C1区,Ⅲ期塌陷小于2mm患者。(2)髓芯减压+打压植骨+螺钉支撑术治疗适应症:Ⅱ期各型的患者,Ⅲ期塌陷小于4mm坏死部位在C1区以内的患者,塌陷在C2区小于2mm患者等。(3)骨瓣+血管束植入术适用于:坏死在C2区,塌陷2—4mm,范围在3级或以上者:“斜坡样”塌陷,患者年青,期望通过保髋手术减少人工关节置换术翻修次数,髋臼侧未发生明显改变。若塌陷程度超过4mm,部位发生于C2区,坏死范围在3级以上建议行人工关节置换术。 中药治疗股骨头坏死适用于坏死部位在C1区以内患者,中药可改善股骨头坏死患者临床症状适用于临床各期患者。


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