有限元分析臀中肌宽度比在非创伤性股骨头坏死病程进展中的作用机制

背景:臀中肌不仅可外展髋关节,在限制股骨头外移方面也起到重要作用。目前,尚缺乏臀中肌状态与非创伤性股骨头坏死塌陷的相关研究。目的:探讨臀中肌宽度比、髋关节内侧间隙比与非创伤性股骨头坏死病程进展的关系,通过有限元分析探讨臀中肌萎缩对股骨头坏死股骨头表面、坏死区应力的影响。方法:回顾性分析广州中医药大学第三附属医院收治的单侧非创伤性股骨头坏死患者,所有患者均随访2年以上,根据随访过程中是否出现股骨头塌陷分为塌陷组和未塌陷组,测量并计算患者髋关节内侧间隙比、臀中肌宽度比、Sharp角、臀中肌长度比及臀中肌激活角,对比两组间差异。于初次就诊、随访3,6,12,24个月测量并计算内侧间隙比和臀中肌宽度比,探究这2个指标在非创伤性股骨头坏死病程进展中的变化情况。此外,通过三维有限元分析技术,基于CT数据构建日本骨坏死研究会分型C1型股骨头坏死骨性模型;同时基于MRI数据构建臀中肌模型,分为臀中肌萎缩组(臀中肌宽度比74%-76%)及臀中肌正常组(臀中肌宽度比94%-96%),每组构建10个模型,约束股骨远端的6个自由度为零,对骶骨上表面沿Z轴施加600 N压力。对比两组模型股骨头表面、坏死区应力分布情况、最大应力值及坏死区最大位移。结果与结论:①共纳入153髋153例患者,男67例,女86例;②24个月随访时,塌陷组内侧间隙比显著高于非塌陷组(P<0.05),塌陷组臀中肌宽度比显著低于非塌陷组(P<0.05);两组的Sharp角、臀中肌激活角及臀中肌长度比差异无显著性意义(P>0.05);③随访时间超过3个月起,塌陷组臀中肌宽度比均低于非塌陷组(P<0.05);随访时间超过12个月起,塌陷组内侧间隙比均高于非塌陷组(P<0.05);④Pearson相关分析显示塌陷组随访时间与内侧间隙比呈显著正相关(P<0.05),随访时间与臀中肌宽度比呈显著负相关(P<0.05),且臀中肌宽度比的回归系数比内侧间隙比大;⑤臀中肌萎缩组股骨头表面出现显著的应力集中,且应力区明显靠外侧,臀中肌萎缩组股骨头表面最大应力显著大于臀中肌正常组(P<0.05);臀中肌萎缩组坏死区出现了明显的应力集中,且最大应力位于坏死区边缘;臀中肌萎缩组坏死区最大应力、最大位移均显著大于臀中肌正常组(P<0.05);⑥提示臀中肌宽度比可以作为一个有效评估臀中肌萎缩改变的指标;随着臀中肌萎缩髋关节内侧间隙增宽,导致股骨头外移,影响髋关节稳定,引起股骨头表面及坏死区应力及位移均增大。