股骨近段骨缺損的三維有限元模型的建立及相關生物力學研究.pdf

1、目的：利用三維有限元分析法研究股骨近段在慢步行走步態(tài)周期承載處于峰值時刻的應力和應變，同時建立股骨近段不同缺損有限元模型，進一步分析此狀態(tài)下的局部應力與應變變化，得到缺損大小、部位與股骨近段應力應變的關系，提出慢步行走步態(tài)周期中可能出現(xiàn)骨折的臨界范圍。 方法：利用螺旋CT掃描正常成人的股骨全長，計算機測量和建立股骨全長的有限元模型，模擬股骨近段小轉(zhuǎn)子區(qū)、轉(zhuǎn)子問區(qū)的單側(cè)皮質(zhì)圓柱形骨缺損和股骨頸髓腔的球形骨缺損。缺損大小按股骨近段相

2、應橫截面計算，單皮質(zhì)缺損設為5％～25％，髓腔內(nèi)缺損設為15％～50％，間隔均為5％。按體重為70公斤的成人慢步行走時股骨近段最大載荷進行加載，分析股骨近段每增加5％骨缺損后缺損部位的應力變化情況。 結(jié)果： 1．對于小轉(zhuǎn)子中點水平的股骨近段外側(cè)單皮質(zhì)缺損，當缺損為5％時，局部最大應力96.74MPa，略高于股骨屈服應力93MPa，小于拉伸極限應力117MPa；缺損10％時局部最大應力為142.34MPa，大于縱向拉伸極限

3、應力。缺損從5％到 25％，股骨內(nèi)側(cè)相對應區(qū)域最大應力為46.15MPa～62.13MPa，遠小于其屈服應力。 2．轉(zhuǎn)子間水平的股骨近段外側(cè)單皮質(zhì)缺損，當缺損為20％時局部最大應力72.26MPa小于屈服應力93MPa，25％時最大應力達127.11MPa，大于拉伸極限應力117MPa。 股骨內(nèi)側(cè)應力改變同小轉(zhuǎn)子缺損。 3.股骨頸內(nèi)側(cè)皮質(zhì)完整的髓腔缺損，缺損小于40％時，局部應力均小于股骨屈服應力93MPa，缺損

4、45％時局部最大應力為100.20MPa，略高于屈服應力93MPa，小于壓縮極限應力141MPa；在缺損50％時局部最大應力為119.40MPa未超過壓縮極限應力。 4.股骨頸破壞內(nèi)側(cè)皮質(zhì)1/2的髓腔內(nèi)缺損為20％時，局部最大應力86.75MPa小于屈服應力93MPa；缺損為25％時，局部最大應力為106.64MPa，大于屈服應力，小于壓縮極限應力141MPa：缺損為40％時最大應力128.8MPa，接近壓縮極限應力；缺損45％局部應

5、力高達277.10MPa遠高于股骨的極限應力。 結(jié)論： 1.對于股骨近段，隨著骨缺損大小的增加其局部相應的最大應力逐漸增加，不同部位應力增加的程度不同。同樣大小的骨皮質(zhì)缺損對股骨近段造成的影響不同。 2.股骨近段外側(cè)皮質(zhì)缺損，對相應的股骨內(nèi)側(cè)影響不大，也就是對整個股骨的負重影響不大。 3.對于小轉(zhuǎn)子水平股骨外側(cè)單皮質(zhì)缺損，當缺損小于5％相對安全，5％到10％之間存在一定的局部骨折風險，大于10％時將會出現(xiàn)