髋关节置换中短柄假体置入位置差别的力学分析

背景:近年来,全髋关节置换的应用使大多患者初期都获得了满意的疗效,但临床上全髋置换后的并发症仍然是困扰医生和患者的一大难题,假体置入位置的优良成为评估置换效果的重要方面。目的:探究短柄假体不同置入位置对全髋关节置换效果的影响,为临床手术实施提供启示。方法:利用人体动力学软件进行完整周期的步态仿真,获得髋关节的承力条件;模拟短柄假体不同置入位置,即人体力线位置以及内、外偏3°,5°位置,建立其相应的全髋关节置换三维有限元模型,分析不同全髋关节置换模型中股骨、短柄的应力变化以及聚乙烯内衬的应变变化情况。结果与结论:①步态下髋关节的关节力和角度随时间呈周期性变化,约1.17 s为一个周期,在0.4 s左右关节合力达到峰值约700 N;②无论内外偏角度的大小,股骨小转子下方以及底端外侧的应力值均高于人体力线位置时的应力,内偏比外偏对股骨应力的影响更大;③股骨短柄的最大拉压应力在人体力线位时均比内、外偏时的应力值低;④以人体力线位为参考,聚乙烯内衬的最大压应变在外偏3°时最小,为2198με;其他角度时的最大压应变均比人体力线位时大,其中内偏5°时最大达到了7348με,是人体力线时的2.08倍,此角度下会加剧内衬的磨损;⑤提示在全髋关节置换过程中,不同假体置入位置会对股骨、假体和内衬的力学环境产生很大影响,在术中应该尽量保证假体处在与人体力线重合的位置。

不同步速下髋关节置换后股骨的应力分析

目的:探讨人工髋关节置换后在不同步速时股骨的力学行为,为髋关节置换患者及医生提供参考性意见。方法:利用人体动力学软件LifeMOD进行步速为0.51、0.61、0.77 m/s的步态仿真,选取行走时全足放平、站立中相、加速推离、摆动中相4个步态事件获得各瞬间髋关节的承力条件,同时建立完整的髋关节置换三维有限元模型,将动力学软件得出的力学条件作为边界条件进行加载,分析置换后股骨的应力分布及其随步速变化的情况。结果:在不同步速的各步态事件下,置换后股骨的整体应力模式并未改变,均由股骨近端到远端逐渐增加,在股骨中下段达到最大,最大应力在前外侧和后内侧附近。在全足放平和加速推离时,股骨应力与步速呈正比,全足放平的应力最大值范围为13.6~17.9 MPa,区间相差4.3 MPa;加速推离的应力最大值范围为3.3~17.6 MPa,应力呈倍数增长。在站立中相和摆动中相时,股骨应力随步速变化略有波动,但是变化程度很小。结论:步速改变对站立支撑时的股骨应力影响不大,但对双腿摆动时的股骨应力有明显影响,特别是在加速推离阶段,股骨应力随着步速增加呈倍数增长,建议患者在髋关节置换术后尽量减慢步行速度。