关节置换术治疗手术失败的股骨转子间骨折的有限元分析及临床研究

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第一部分人工髋关节置术换治疗内固定失败的老年股骨转子间骨折的有限元分析目的运用计算机软件模拟股骨转子间骨折DHS内固定失败后的非骨水泥型人工髋关节置换术的有限元模型;分析应用不同长度假体柄时,股骨近端及螺钉孔部位的应力分布;为关节假体的选择及股骨近段骨折的重建方法提供理论依据。方法对志愿者股骨全长进行X线、薄层CT扫描,获得股骨数据,将图像数据导入图像处理软件Mimics16.0进行图像处理,建立股骨三维有限元模型并制作股骨转子间骨折模型;根据Zimmer公司DHS设计参数在建模软件UG4.0中进行三维建模,在该志愿者股骨X线的标准前后位片测量股骨峡部髓腔直径(D)为20mm,并以此设置假体柄长度105mm (-2D)、135mm (-D)、175mm (+D)、195mm (+2D)进行三维建模M AML-1、M AML-2、M AML-4、M AML-5;将DHS三维模型与股骨转子间骨折模型结合进行布尔运算,并标准股骨颈截骨,制作股骨转子间骨折内固定失败的模型;将M AML1-5模型导入股骨转子间骨折内固定失败的模型,建立股骨-假体有限元模型模型Models A-E;将模型分别导入有限元分析软件Ansysl1.0;进行四面体网格划分,股骨近端做网格加密处理。参照相关文献对材料赋值、定义接触、受力加载、应力分析。加载简化受力模型:体重为70kg的成年人呈单髋负重状态,边界条件如下:股骨远端零位移约束;自髋臼向股骨头旋转中心传导的身体载荷J为1588牛顿,向下与垂线成24.4°的(?)夹角;髋部外展肌肉收缩力N为1039牛顿,向上与垂线成29.5°的0夹角;髋部外侧骼胫束肌肉收缩力R=169N,收缩力向下。其中a=131°。选取Von Mises等效应力是衡量髋关节假体及股骨应力的指标,Von Mises应力遵循材料力学形状改变比能理论,是骨科FEA常用指标,是综合了多种不同大小、方向的分力的综合应力。结果1建立了骨质疏松股骨模型、股骨转子间骨折模型、DHS模型、股骨转子间骨折内固定失败模型、股骨柄假体模型、股骨转子间骨折内固定失败后髋关节置换的三维有限元模型。2髋关节置换治疗股骨转子间骨折内固定失败后的应力分析,见股骨的应力集中于第3、4孔处,尤其是在Model A、B、C,长柄如Model D、E、F没有发现应力集中。3在股骨转子间骨折区域以上部分应力较小,在骨折端残存区域可见应力遮挡效应。股骨近端应力分布显示应力集中于骨折线以下与股骨假体柄接触的内侧皮质,应力自内向外、自上向下进行传递。4从股骨柄的整体应力分布趋势来看,应力从上向下传导。AML柄的最大等效应力比股骨的应力大得多。由于失去了股骨距的支撑,与股骨距接触的部分应力较小;而与股骨骨髓腔峡部密切接触部分的股骨柄假体中下段,将应力传向相接触的股骨,应力较大;AML柄的末端呈子弹头形状与股骨干髓腔的皮质没有接触,受力较小。随着骨干锁定型AML柄长度的改变,假体受力的情况分布变化不大,AML柄的应力主要集中在和股骨干峡部内侧皮质接触的区域。结论1建立髋关节假体治疗手术固定失败的老年患者股骨粗隆间骨折的模型并对其进行有限元分析有重要的理论和实际意义。2非骨水泥型骨干锁定型髋关节假体是治疗股骨粗隆间骨折手术失败病例的有效方法。3关节假体置换术后不同长度的股骨柄假体的受力趋势一致。4应用髋关节假体治疗股骨粗隆间骨折手术失败病例时,并未改变股骨的受力趋势,但随着股骨柄长度的增加,应力分布曲线向股骨远端移位。股骨粗隆间骨折内固定手术残留的钉孔会出现应力集中。5在髋关节置换术治疗股骨转子问骨折内固定失败时,植入的股骨柄的长度以其远端在最远端钉孔以远约40mm为佳。第二部分人工髋关节置换术治疗内固定失败的老年股骨转子间骨折的回顾性临床研究目的回顾性分析采用骨干锁定型假体髋关节置换术治疗股骨转子间骨折内固定失败的临床效果。方法随访统计从2003年2月到2011年11月山东省立医院关节外科应用骨干锁定型髋关节假体治疗股骨转子间骨折失败的36例患者,由同一名骨关节外科主任医师行关节假体置换手术。36例患者中有男性11名,女性25名;有23例为左侧,13例为右侧;患者年龄从68岁到86岁,行关节假体置换手术时平均年龄为74.2岁。骨折类型包括AO分类的A1、A2、A3型,其中19例为稳定型骨折,17例为不稳定型。排除术前有严重的合并症等明显影响行走能力、病理性骨折、失访、死亡、感染的患者。评估病人骨折之前的生活状态、身体状况。29例(81%)患者能独立行走,7例(19%)患者需要助行器辅助行走。初始内固定包括16例滑动加压螺钉,7例Gamma钉,7例锁定加压板,5例微创固定系统,1例拉力螺钉。多数患者有一个或两个其他合并症,如高血压,脑血管疾病,糖尿病,冠心病,肺疾病,褥疮和脑萎缩等。所有患者关节假体置换术后常规1个月、3个月、6个月、每年进行随访。记录各组患者的一般资料、具体手术资料、影像资料、住院期内病情变化、术后康复及患者并发症情况。通过功能性结果和放射学结果进行详细的评定。结果有1例患者在手术之后24小时内死于急性心力衰竭,出院后一年内2例患者分别死于肺炎和急性心衰。5例失访。剩余28例患者随访2.2—8.2年。其中选用ZMR型髋关节假体柄17例,AML型髋关节假体柄11例;手术方法上,THA8例,钢丝辅助下THA8例,转子间钢板辅助下THA10例,钢丝辅助下半髋置换2例。所有患者在1周内应用拐杖部分承重,3月内完全承重。在这28例患者中,平均Harris从关节置换术前的32.8提高到最后随访的82,对数据进行统计学分析,术后平均Harris评分与术前比较有显著性统计学差异,P<0.05。多数患者术后疼痛明显缓解,只有4例腹股沟和3例大腿轻度疼痛,可耐受。患者术后的步态接近于伤前状态,但没有好于伤前的。在随访到的28例患者中,伤前都能独立行走(借助拐杖7,无借助21);内固定失败后所有患者都不能独立行走,需别人的帮助;在伤前21例独立行走的患者中,关节置换术后13例能独立行走,8例需要拐杖;在伤前7例需要拐杖的患者中,关节置换术后4例仍需拐杖,3例需要助行器。日常生活能力方面评价,假体置换术后优5例,良12例,一般9例,差2例;17例术后能照顾日常生活、个人卫生。放射学示髋关节假体位置正常,没有发现脱位病例。没有大于等于3°的内外翻。髋臼外展角43°-49°,平均46.6°。没有大于5mm的股骨柄下沉。双下肢没有距离大于2cm。28例患者都达到了压配,在近端、峡部、两部位达到压配分别有7、11、10例。根据Engh标准,最后随访股骨柄的稳定性有17例患者获得骨长入稳定,11例患者纤维稳定,没有发现不稳定患者。所有的患者大转子愈合,没有发现骨溶解,有2例患者产生骨化性肌炎(Brooker分类2型)。另外有2例患者深静脉血栓形成,入住血管外科溶栓,没有出现进一步的疾病进展。结论利用非骨水泥型骨干锁定假体的远端固定和骨折块的解剖复位、坚强固定,完全能使股骨转子间骨折内固定失败的患者术后早期负重。假体柄的广泛涂层能提供围绕假体柄骨长入的环境,能在骨移植的辅助下达到转子间骨折愈合的目的。我们在本次研究中,选择了合适的假体,应用了特殊的手术技术,得到了满意的临床结果。总之,作为一个治疗股骨粗隆间骨折固定手术失败的挽救性方法,假体置换技术行之有效。
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