骨盆倾斜对髋关节置换后站立位髋臼侧应力影响的有限元分析

背景:在髋关节置换术中,仅利用髋臼解剖放置髋臼杯会改变功能性髋臼杯的方向;计算机导航完成髋关节置换手术可提高假体放置的准确性。目的:应用有限元模型模拟手术,模拟髋臼杯的应力大小及区域,结合骨盆倾斜角计划髋关节置换髋臼杯放置方向,探讨骨盆倾斜角对髋关节置换术髋臼侧假体应力分布的影响。方法:收集6例(标记为A-F)骨盆X射线片及CT数据,通过有限元软件ABAQUS 6.14-4(SIMULIA公司,法国)建立髋关节模型,以仰卧位前骨盆平面为坐标平面,模拟髋关节置换手术,建立6个模型,再根据站立位骨盆倾斜角,对骨盆倾斜角≤-10°与骨盆倾斜角>10°者,调整假体植入的参考平面,建立9个模型,分为矫正前模型:A(-14°),B(-29°),C(11°);矫正后模型:Aa(-7°),Bb(-18°),Cc(1°);正常模型:D(-8°),E(-2°),F(-9°)。在有限元求解软件中,约束固定模拟单足站立,于骶髂关节、耻骨联合、大转子处加载关节负荷,比较各模型髋臼、髋臼杯及内衬最大Von Mises应力分布情况。结果与结论:(1)运算中模型B出现不收敛,在骨盆倾斜矫正后收敛;模型A出现不收敛的趋向。9个模型中髋臼负重区最大von Mises应力(简称应力)在Cc模型,值为4.9 MPa,最低在D模型,值为1.07 MPa;髋臼杯负重区最大应力在Bb模型,值为29.87 MPa,最小在D模型,值为17.21 MPa;内衬负重区最大应力在Bb模型,值为12.45 MPa,最低应力为D模型,值为5.21 MPa,负重区域在聚乙烯内衬边缘上部靠近中部处。(2)站立位骨盆倾斜角-14°和-25°模型及11°模型相对-10°<骨盆倾斜角≤10°模型表现出高的应力值,骨盆倾斜角为-14°模型矫正骨盆前平面后应力值接近-10°<骨盆倾斜角≤10°模型之值,提示骨盆倾斜角偏离-10°至10°区域是髋关节术后磨损继发脱位的危险因素;对骨盆过度后倾者调整其骨盆前平面可降低全髋关节置换术后并发症的发生。