髋臼骨性缺损是髋关节发育不良的主要病理特征,是关节外科常见一种髋部畸形,严重缺损能够导致髋关节残疾,严重影响国人的健康水平。由于髋关节结构复杂,目前对于髋臼骨性缺损许多方面认知尚浅,临床治疗效果差强人意,因此有必要对其进行深入研究。由于缺少精确评估髋臼缺损的方法及量化指标,临床上对于早期髋臼缺损患者的病情经常判断不准确,容易漏诊,进而错过最佳治疗时机。因此探寻精准评估髋臼缺损的方法将有利于提高诊断及治疗的准确性。目前对于髋臼骨性缺损危害性的尚不明确,现有的理论只是概括性描述髋臼缺损破坏髋关节力学特征的原理,缺少相关基础数据支撑,缺损程度与其力学危害性间的具体关系尚不清楚。因此对于髋臼缺损开展深入的力学研究,精细的剖析缺损与危害关系,不仅能够为完善上述理论提供科研证据,还可以用于临床评估髋臼缺损的危害性,指导治疗时机及方法的选择,提高治疗效果。髋臼缺损治疗的最终目标是从解剖学及力学两方面修复髋臼至正常状态,但是临床结果显示修复后的髋臼较正常状态仍有差距。疗效不佳除了手术技术原因外,也与术者在治疗中普遍重解剖轻力学的现状有关,而且由于缺少力学验证方法,治疗后的关节是否恢复了正常力学特征也不得而知,这无疑增加了治疗的不确定性及风险。而且各种截骨方法均对原始髋骨造成不同程度破坏,因而创伤大、风险高,远期结果不甚理想。因此在治疗方法改进过程中,有必要将力学因素整合到研究内,设计一种既能精准修复髋臼,又能确切的改善力学特征方法,将会有利于提高治疗效果。本文从生物力学角度针对早期髋臼骨性缺损开展创新性研究,找出量化评估髋臼缺损方法;分析髋臼骨性缺损力学危害性:设计并验证精准修复髋臼缺损的方法。具体内容如下:(1)应用LCEA量化早期髋臼缺损的影像学研究基于髋臼缺损的影像学特征,应用外侧CE角(Lateral Center Edge Angle,LCEA)评估髋臼骨性缺损,并探索定量划分髋臼缺损的方法,通过分层对比进一步找到最佳量化标准,即以LCEA 5度变化设定为髋臼缺损的量化指标,LCEA角每减小5度代表髋臼外缘缺损增加2毫米。为早期髋臼缺损基础研究及临床病情评估提供了新方法。(2)早期髋臼骨性缺损对髋关节力学性状影响的研究通过逆向工程软件构建不同程度髋臼骨性缺损及正常髋关节模型,采用三维有限元方法对比静态及动态(步态周期)状况下各髋关节力学特征变化规律。研究结果证实髋臼缺损能够增加髋关节应力,造成关节应力分布异常,局部应力集中等危害;髋臼缺损的危害性与缺损程度相关,随着缺损程度加大而变大,具体表现为2毫米的髋臼缺损使站立位髋关节应力增大29%-43%,而4毫米的髋臼缺损则使得关节应力增大1倍,因此对于髋臼缺损应尽早进行临床干预:行走会增大髋关节应力,且外展角度越大其压力越大,因而此类患者行走不宜过久、外展不宜过大;髋臼缺损的股骨头内部压力增高,应力集中,该结果解释了临床股骨头内发生囊性坏死改变的原因。LCEA角20°前后髋关节的应力变化明显不同,因此LCEA角20°或许可以作为判断病情的严重程度及预后的标准点。本研究结果精细剖析了缺损与危害的关系,完善了髋臼缺损力学危害理论;同时为临床髋臼缺损病情及危害性评估、治疗时机及方法的选择提供了科学依据。(3)基于生物力学特征早期髋臼骨性缺损精准修复的临床应用结合三维重建、3D打印及有限元技术设计精准修复早期髋臼缺损的方法,并经过力学及临床实践验证了其有效性,为临床治疗提供新的选择;本研究采用三维重建技术精确测量缺损的大小及位置,并以此结果设计精准修复髋臼缺损的补块,模拟修复髋臼手术,经过有限元力学测试验证有效。结果显示修复后髋关节与健髋各部位力学参数比较无明显统计学差异(P>0.05),证明髋臼精准修补能够恢复髋关节力学特征。应用3D打印技术制作修复补块及髋关节实体模型,模拟手术,结果显示各部件之间的匹配度良好,修复后髋臼对股骨头的包容度良好,补块与髋臼结合稳定,证明了精准修复方法可行性;收集髋臼精准修复患者的临床资料,对比术前术后各项临床指标,判断疗效。结果显示临床手术操作顺利,术后影像学、功能、步态等临床指标较术前明显改善,临床疗效满意。因此联合有限元及3D打印技术设计的精准修复方法经过基础力学及临床实践验证有效,可以作为一种新方法用于早期髋臼缺损的临床修复治疗。