髋臼区域松质骨骨小梁束的大体分布及力学

背景:虽然目前已采用多种力学研究方法对骨盆的力学特性进行了大量的研究,但是该区域的确切应力分布仍不甚明了。目的:观察髋臼区域骨小梁的大体分布状况并与现有生物力学研究结果对比。方法:采用4具干燥骨盆标本,取其两侧髋骨分别按照髋臼边缘构成的平面及闭孔平面进行切割,观察其切面的骨小梁分布模式以了解了解髋臼区域骨小梁的大体分布状况。结果与结论:髋骨骨小梁可分为:①骶耻束:从耳状面及髂后上棘髂后下棘发出沿弓状线到达耻骨联合,部分骨小梁终止于髋臼后上方。②髂臼束从从耳状面坐骨大切迹发出到达髋臼后上部,位于骶耻束浅层。③髂坐束:从髂结节发出到达坐骨结节,部分骨小梁终止于髋臼前上方。其中骶耻束与髂坐束相交于臼顶,在坐骨大切迹、髂耻隆起及骶耻束与髂坐束相交部位骨质致密。总体上人类髋骨骨小梁主要由髂臼束、骶耻束与髂坐束构成。在坐骨大切迹、髂耻隆起及骶耻束与髂坐束相交部位骨质致密。这与现有研究中髋臼区域的应力分布负荷基本吻合。     

静载荷作用下骨盆三维有限元分析及其生物力学意义

目的:探讨骨盆受到静力载荷作用后的力学行为特征,为临床分析及判断骨盆力学分布、静载荷影响提供力学基础。方法:实验于2002-01/2004-04在第二军医大学长海医院骨科实验室和同济大学生命科学与技术学院生物力学实验室完成。采用计算机仿真模拟方法,将所构建骨盆三维实体模型导入三维有限元分析软件ANSYS7.0,分别计算单侧髂前上棘和单侧髂骨正后方静载荷作用下骨盆的力学行为表现,静载荷为8000N,分析主应力值、应力分布情况以及主应力方向上骨盆单元的位移。结果:单侧髂前上棘侧方加载下,应力沿着受力点与骶髂关节连线方向传导,没有应力沿着髋臼或者耻骨、坐骨传导;单侧髂骨后方静载荷加载时,应力沿着髂骨纵行方向、髂骨与骶髂关节部位连线方向、同侧耻骨上支传导。结论:分析静载荷作用下骨盆各部位应力分布以及骨盆各个单元在应力作用下的位移变化,有助于临床上进行骨盆损伤内固定力点的选择以及进一步明确骨盆内在应力值分布。     

静载荷作用下骨盆三维有限元分析及其生物力学意义

目的：探讨骨盆受到静力载荷作用后的力学行为特征，为临床分析及判断骨盆力学分布、静载荷影响提供力学基础。方法：实验于2002—01／2004—04在第二军医大学长海医院骨科实验室和同济大学牛命科学与技术学院生物力学实验室完成采用计算机仿真模拟方法，将所构建骨盆三维实体模犁导入三维有限元分析软件ANSYS7．0，分别计算单侧髂前上棘和单侧髂骨正后方静载荷作用下骨盆的力学行为表现，静载荷为8000N，分析主直力值，应力分布情况以及主应力方向上骨盆单元的位移。结果：单侧髂前上棘侧方加载下，应力沿着受力点与骶髂关节连线方向传导，没有应力沿着髋臼或者耻骨、坐骨传导；单侧髂骨后方静载荷加载时．应力沿着髂骨纵行方向、髂骨与骶髂关节部位连线方向、同侧耻骨上支传导。结论：分析静载荷作用下骨盆各部位应力分布以及骨盆各个单元在应力作用下的位移变化．有助于临床上进行骨盆损伤内固定力点的选择。     

垂直载荷作用下骨盆的三维有限元分析

背景：目前对骨盆的力学分析还处于极其粗糙阶段，而有限元法因其具有不受样本量限制，实验误差小，重复性好等优点，正日益成为骨盆生物力学研究的重要手段。 目的：建立正常骨盆的三维有限元模型，分析骨盆在垂直载荷作用下的应力／应变和位移分布。 设计、时间及地点：三维有限元分析，单一样本观察。于200703／09在南方医科大学生物力学实验室完成。 材料：健康成年男性志愿者1例进行PET—CT扫描，层厚1FfLrn，得N-维原始图像以DICOM格式输出。 方法：应用Mimics、Freeform、ANSYS等软件进行三维重建，并建立正常骨盆的有限元模型。模拟人体双腿直立位的生理姿势，对模型施加500N轴向载荷。具体方式为约束双侧靛臼，向骶骨椎体上表面垂直加压，压力均匀分布于各个结点。 主要观察指标：计算该加载方式下骨盆的应力、应变及位移的分布情况。 结果：垂直加载500N载荷于骶骨上表面时，应力经两侧骶骨翼、骶髂关节，斜向下方经过坐骨大切迹附近，髂骨中央弓状线，传导至两侧髋臼。骨盆前环即耻骨支和耻骨联合受力较小。应变集中在两侧骶髂关节，绝对值很小，前方的耻骨联合处应变极小，呵忽略不计。位移以骶骨背侧的骶正中嵴处最大。 结论：正常骨盆是一个非常稳定的力学结构。过大的垂直应力容易引起骶骨或骶髂关节受损导致骨盆的垂直稳定性下降；恢复骶骨至髋臼的连续性对应力传导非常重要。     

骶髂关节韧带应用解剖学意义

背景：骨盆后部结构中,骶髂后韧带复合体、骶结节韧带和骶棘韧带的完整,对骨盆稳定性有重要作用.目的：观察骶髂关节周围韧带解剖结构,了解各韧带对关节稳定性的作用.方法：对20具防腐成年尸体骨盆标本,共40侧依次采用前后方入路,对骶棘韧带,骶结节韧带,耻骨联合及骶髂关节诸韧带结构进行解剖学观察.结果与结论：骶髂关节周围韧带可分为3组：骶髂前韧带、骶髂骨间韧带和骶髂后韧带.耻骨上下韧带及耻骨前后韧带.骶棘韧带和骶结节韧带.此3组韧带主要有两个功能：连接脊柱和骨盆环;维持骨盆环的稳定.     

骶髂关节韧带应用解剖学意义

背景:骨盆后部结构中,骶髂后韧带复合体、骶结节韧带和骶棘韧带的完整,对骨盆稳定性有重要作用。目的:观察骶髂关节周围韧带解剖结构,了解各韧带对关节稳定性的作用。方法:对20具防腐成年尸体骨盆标本,共40侧依次采用前后方入路,对骶棘韧带,骶结节韧带,耻骨联合及骶髂关节诸韧带结构进行解剖学观察。结果与结论:骶髂关节周围韧带可分为3组:骶髂前韧带、骶髂骨间韧带和骶髂后韧带。耻骨上下韧带及耻骨前后韧带。骶棘韧带和骶结节韧带。此3组韧带主要有两个功能:连接脊柱和骨盆环;维持骨盆环的稳定。     

骨盆髋臼模型不同加载方式的力学变化及其临床意义

目的:对模仿站立及坐位两种状态对骨盆髋臼加载后进行三维有限元模型力学分析,观察相关力学参数变化。方法:①湿髋臼标本模型来源于解放军第二军医大学解剖学教研室。髋臼:对一具成年湿骨盆尸体标本行CT扫描成像得到每层横截面图像,提取边界坐标,利用有限元分析软件ANSYS5.6构建髋臼三维模型,并划分为121239个结点、112491个单元。同时将骶髂关节和耻骨联合部位锁定,模仿站立位对髋臼加载,力的方向按股骨颈力线方向,大小为400N(约80kg体质量一半)。分析加载后髋臼的三维力场分布。②骨盆模型:2004-08从自愿者中随机选取正常成年男性,然后行CT扫描。CT扫描范围从第3腰椎至坐骨结节,将扫描后图像用ANSYS5.6软件构建正常骨盆模型,并划分为356710个单元格。固定好正常骨盆模型的两侧坐骨结节,模仿坐位对骨盆加载,于腰椎上施加一竖直向下的力,大小为500N,方向与Z轴相反,通过有限元分析计算获取应力分布图像。结果:①髋臼三维有限元模型模仿站立位加载后在耻骨支、坐骨支、方区部、骶髂关节部、髋臼后壁部有较高应力出现,单元结构所受到的平均等效应力为(11.578～23.437)MPa。②骨盆三维有限元模型模仿坐位加载后在骶髂关节及坐骨结节部有较高应力出现,单元结构所受到的平均等效应力为(15.734～20.286)MPa。结论:实验结论提示,骨盆髋臼骨折的内固定应强调以满足术后早期卧床功能训练为目的的有效内固定,避免早期负重。     

骨盆髋臼模型不同加载方式的力学变化及其临床意义

目的：对模仿站立及坐位两种状态对骨盆髋臼加载后进行三维有限元模型力学分析，观察相关力学参数变化。 方法：①湿髋臼标本模型来源于解放军第二军医大学解剖学教研室。髋臼：对一具成年湿骨盆尸体标本行CT扫描成像得到每层横截面图像，提取边界坐标，利用有限元分析软件ANSYS5．6构建髋臼三维模型，并划分为121 239个结点、112 491个单元。同时将骶髂关节和耻骨联合部位锁定，模仿站立位对髋臼加载，力的方向按股骨颈力线方向．大小为400N（约80kg体质量一半）。分析加载后髋臼的三维力场分布。②骨盆模型：2004-08从自愿者中随机选取正常成年男性，然后行CT扫描。CT扫描范围从第3腰椎至坐骨结节，将扫描后图像用ANSYS5．6软件构建正常骨盆模型，并划分为356 710个单元格。固定好正常骨盆模型的两侧坐骨结节，模仿坐位对骨盆加载，于腰椎上施加一竖直向下的力，大小为500N，方向与Z轴相反，通过有限元分析计算获取应力分布图像。 结果：①髋臼三维有限元模型模仿站立位加载后在耻骨支、坐骨支、方区部、骶髂关节部、髋臼后壁部有较高应力出现，单元结构所受到的平均等效应力为（11．578-23．437）MPa。②骨盆三维有限元模型模仿坐位加载后在骶髂关节及坐骨结节部有较高应力出现，单元结构所受到的平均等效应力为（15．734-20．286）MPa。 结论：实验结论提示，骨盆髋臼骨折的内固定应强调以满足术后早期卧床功能训练为目的的有效内固定，避免早期负重。     

骶髂螺钉内固定治疗骶髂关节骨折脱位的研究进展

骶髂关节是由骶骨及两侧髂骨借骶髂关节面和主要的骶髂前韧带、骶髂后韧带、骶髂骨间韧带、骶结节和骶棘韧带、骨盆底的肌肉和筋膜连接而成。骶髂关节是躯干与下肢负荷传递的枢纽,占整个骨盆功能的60％。高能损伤的骶髂关节骨折脱位多伴有骨盆其他部位骨折和髋臼骨折,如复位固定不佳,会出现疼痛、畸形和功能障碍等后遗症。     

骶髂关节脱位钉板内固定与关节拉力螺钉内固定两种置入方法的三维有限元分析

背景:有限元法能对复杂的结构、形态、载荷和材料力学性能进行应力分析比较,模拟的条件更接近正常,结果更加可信,已经是骨科生物力学研究中的重要手段.目的:以有限元分析方法建立骨盆骶髂关节(单侧)脱位模型,比较前路钉板内固定及骶髂关节拉力内固定治疗后的生物力学稳定性.方法:在正常骨盆三维有限元模型的基础上,截断骶髂关节问的骶髂前后韧带(包含骶髂骨间韧带)以及骶结节韧带和骶棘韧带等盆底韧带,造成骶髂关节脱位.分别在前路钉板内固定系统(共2块重建钢板6枚螺钉)及骶髂关节拉力螺钉内固定(2枚拉力螺钉)两种固定方法的模型上,加载后进行非线性有限元分析.计算该加载方式下的骨盆应力、应变及位移的分布情况.结果与结论:建立了高精度骨盆骶髂关节脱位两种内固定的三维有限元模型.通过应力应变云图分析与比较后发现,采用骶髂关节拉力螺钉内固定相对于前路钢板内固定移位的总位移小,应力分布均匀,无明显高度集中现象,固定强度更大,固定后的骨盆更稳定.利用有限元方法分析骨盆骶髂关节脱位两种内固定生物力学稳定性,具有较高真实性、精确度和可重复性,结果与其他生物力学实验结果相一致,能满足临床骨盆损伤研究的需要.     

正常步态下髋臼底接触面积与压力分布的三维有限元分析

背景：认识髋关节的正常压力分布特点,将有助于进一步了解正常髋关节的力学机制与异常载荷下关节软骨的病理学行为。目的：运用三维有限元的方法,分析正常步态过程中头臼间接触面积和应力分布情况。方法：应用CT扫描技术和计算机图像处理系统,建立髋臼的三维有限元模型,利用髋臼模型模拟髋臼在完整步态过程中连续32个位相时的受力状况,并对各位相时接触面积进行计算。结果与结论：获得了髋臼在32个位相时的应力峰值分布呈双峰形,在起步位相时达到峰值（4.2MPa）,支撑期接触面积明显高于跨步期。始终接触部位集中在髋臼顶部,偏内侧,而髋臼前角与后角始终没有应力传导。髋臼软骨在不同位相的应力分布明显不同,支撑期应力增高区分布在臼顶区,而跨步期应力增高区在臼软骨的内侧缘。结果显示髋臼的接触应力增高区及接触面的分布对临床研究有重要意义,可提示导致髋臼骨性关节炎的好发因素。     

成人髋臼发育不良髋臼内壁内移截骨的有限元分析

背景:成人髋臼发育不良晚期并发髋关节骨性关节炎常需行全髋关节置换.由于不同患者髋臼病变的严重程度有很大差别,导致重建髋臼时难度明显增加,而髋臼内壁内移截骨能良好解决对臼杯假体的包容,但对截骨后髋臼内壁的内移范围仍存有争议.目的:通过计算机辅助设计有限元分析,寻找髋臼内壁截骨的合适内移范围.方法:利用SolidWorks 2008软件建立髋臼发育不良骨盆的三维模型,模拟髋臼内壁内移截骨术式,使髋臼内壁骨从未完全陷入盆腔内保持2 mm骨性接触处开始,逐渐内移至完全陷入盆腔内7mm处,每隔1 mm为1个实验组,分成10个实验组.将每组髋臼人为划成4个象限,分别对各组假体髋臼-骨界面间进行计算机模拟对比力学实验分析,测量出髋臼假体-骨界画间的Mises应力及剪切应力值.结果与结论:第1,5,6,9,10组在后下、前上、前下3个象限内的Mises应力分布不均匀;第2,3,4,7,8组在后下、前上、前下3个象限内的Mises应力分布均匀,其中第4组Mises应力分布更为均匀.第2,3,4,7,8组在上述3个象限内的剪切应力分布均匀,第7,8组剪切应力最小.提示关节力在髋臼内的分布主要集中在后上象限,随着臼杯不断内移,臼杯与骨的接触面积会逐渐增大,从而增加接触面上的Mises应力,但剪切应力随髋臼内壁的内移而减小.因此髋臼内壁截骨合适的内移范围在未入盆腔内1 mm到完全陷入盆腔1 mm,最佳位置在完全陷入盆腔1 mm处.     

Three-dimensional finite element analysis with different internal fixation methods through the anterior approach

BACKGROUNDWith the modernization of society and transportation in the last decades in China, the incidence of high-energy trauma increased sharply in China, including that of acetabular fractures.AIMTo establish different finite element models for acetabular posterior column fractures involving the quadrilateral area of the acetabulum.METHODSThe three-dimensional models of the normal and fractured pelvis and the five internal fixations were established using the computed tomography data of the pelvis of a living volunteer. After the vertebral body model was inserted in the way of origin matching and all cancellous bones were copied using the duplicated cancellous bone model as the subtractive entity, the Boolean operation was performed on the pelvis model to obtain the model of the complete pelvis cortical and cancellous bones.RESULTSIn the standing position, the maximum stress was 46.21 MPa. In the sitting position, the sacrum bore the simulated gravity load at the upper end. When comparing the five fixations, there were no significant differences in the stress mean values among groups (sitting: P = 0.9794; standing: P = 0.9741). In terms of displacement, the average displacement of the internal iliac plate group was smaller than that of the spring plate group (P = 0.002), and no differences were observed between the other pairs of groups (all P > 0.05). In the standing position, there were no significant differences in the mean value of displacement among the groups (P = 0.2985). It can be seen from the stress nephogram of the internal fixations in different positions that the stress of the internal fixation was mainly concentrated in the fracture segment.CONCLUSIONThere were no significant differences among the fixations for acetabular posterior column fractures involving the quadrilateral area of the acetabulum.     

非骨水泥型臼杯位置对植入假体髋臼内应力分布的影响

背景:髋臼假体植入位置对于术后假体的活动范围及防止脱位的发生是至关重要的。髋臼假体植入位置不良将会导致聚乙烯假体磨损率的增加、骨盆周围骨熔解,髋臼假体移位(无菌性松动),但目前对于髋臼植入位置仍无明确的统一标准。目的:探讨臼杯在何种置入角度下髋臼周围应力分布最为合理,验证臼杯置入角度的合理范围,从生物力学的角度为临床手术中臼杯置入的位置提供理论标准。设计:重复测量设计。单位:吉林大学第一临床医院骨关节二科。材料:健康成人男性新鲜尸体骨盆骨一具由吉林大学解剖教研室提供。方法:实验于2005-09/2006-05在吉林大学第一临床医院骨科研究所和吉林大学生物力学研究所完成。取新鲜人体骨盆标本,行螺旋CT断层扫描,得到CT数据二维图像,采用GE medical systems软件系统处理,人工识别骨盆边缘轮廓,将数据输入计算机,利用Solidworks计算机软件建立人体骨盆三维有限元模型。髋臼假体采用天津华北医疗器械厂生产的φ48生物型假体,应用中国测试技术研究院测量仪器研究所生产的CLY系列单臂三维测量仪对髋臼假体进行测量,导出坐标数据,利用三维CAD软件SliodWorks2003在计算机上进行自动化建模。模拟人体单足站立状态,而后对重建的人体骨盆模型进行力的加载与约束,分析髋臼内Mises应力及剪切应力的分布情况,预测术后假体失效的力学危险性。主要观察指标:不同髋臼植入位置下髋臼内Mises应力及剪切应力的分布情况。结果:所构建的人体骨盆三维有限元模型共有103043个节点,69271个单元。在髋臼假体外翻角为40°～50°的范围内,假体外翻角的变化对假体-骨界面间的Mises及剪切应力变化无影响(P>0.05),当髋臼假体外翻角<35°或>55°时,假体外翻角的变化对界面间的Mises及剪切应力将产生显著影响。在5°～30°范围内,髋臼假体前倾角的变化对界面间Mises及剪切应力变化无影响(P>0.05)。结论:臼杯外翻角在40°～50°的范围内,假体-骨界面间的应力分布均匀,不存在因臼杯位置的不同而出现的应力过大或过小区,是臼杯置入理想的安全范围。     

Effect of sagittal pelvic tilt on joint stress distribution in hip dysplasia: A finite element analysis

BackgroundPhysiologic pelvic tilt can change acetabular orientation and coverage in patients with hip dysplasia. In this study, we aimed to clarify the impact of change in sagittal pelvic tilt on joint stress distribution in dysplastic hips.MethodsWe developed patient-specific finite element models of 21 dysplastic hips and 21 normal hips. The joint contact area, contact pressure, and equivalent stress of the acetabular cartilage were assessed at three pelvic tilt positions relative to the functional pelvic plane: 10° anterior tilt, no tilt, and 10° posterior tilt.FindingsThe mean contact area was 0.6–0.7 times smaller, the mean maximum contact pressure was 1.8–1.9 times higher, and the mean maximum equivalent stress was 1.3–2.8 times higher in dysplastic hips than in normal hips at all three pelvic positions. As the pelvis tilted from 10° anterior to 10° posterior, the mean contact area decreased, and the mean maximum contact pressure and median maximum equivalent stress increased. The latter two changes were more significant in dysplastic hips than in normal hips (total increment was 1.3 MPa vs. 0.4 MPa, P = 0.001, and 3.6 MPa vs. 0.4 MPa, P < 0.001, respectively). The mean equivalent stress increased in the anterosuperior acetabulum during posterior pelvic tilt in dysplastic and normal hips, while the change was not significant in the superior and posterosuperior acetabulum in both groups.InterpretationSagittal pelvic tilt alters the loading environment and joint stress distribution of the hip joint and may impact the degeneration process in dysplastic hips.     

Biomechanical study of posterior wall acetabular fracture fixation using acetabular tridimensional memory alloy-fixation system

Background

We developed the acetabular tridimensional memory alloy-fixation system (ATMFS), which is made of NiTi shape memory alloy, according to the specific mechanical properties of biological memory material, nitinol alloy and measured distribution of contact area and pressure between the acetabulum and the femoral head of cadaveric pelvis.

Methods

Six formalin-preserved cadaveric pelvis were used for this investigation. Pressure-sensitive film was used to measure contact area and pressure within the anterior, superior, and posterior regions of the acetabulum. The pelvis were loaded under the following four conditions: (1) intact; (2) following a creation posterior wall fracture defect; (3) following reduction and standard internal fixation with reconstruction plate; (4) following reduction and internal fixation with a new shape memory alloy device named ATMFS. A posterior wall fracture was created along an arc of 40–90° about the acetabular rim.

Findings

Creation of a posterior wall defect resulted in increased load in the superior acetabulum (1422 N) as compared to the intact condition (762 N, P = 0.007). Following reduction and internal fixation, the load distributed to the superior acetabulum (1486 N) was not statistically different from the defect condition. Following the fixation with ATMFS, the load seen at the superior region of the actabulum (936 N) was less than fixation with reconstruction plate and was not different from intact state (P = 0.4).

Interpretation

These data indicate that the use of ATMFS as a fracture internal fixation device resulted a partial restoration of joint loading parameters toward the intact state. ATMFS fixation may result in a clinical benefit.     

髋臼几何参数的CT测量

背景：近年来尽管对髋臼形态特征的研究已经取得了一些成果,但由于髋臼结构和位置的特殊性,有关髋臼表面形态的定量描述至今尚未统一,这势必会影响髋关节病变诊断和治疗的准确性。目的：探讨髋臼几何参数的CT测量方法。方法：选取70例髋关节CT受检者,其中正常成人50例（两侧共100个髋关节）,单侧先天性髋关节脱位患儿20例。对所有受检者髋关节CT图像进行冠状面重建和三维重建,比较正常成人髋臼上外倾角冠状位和三维测值,比较先天性髋关节脱位组患侧与正常侧髋臼上外倾角。选择配伍组设计方差分析,分别比较扫描床面为参照面和以身体冠状面为参照面测量左右侧髋臼后外展角、前髋臼指数及后髋臼指数。结果与结论：髋臼上外倾角在冠状位测值为（39．99±6．1）°,在三维图像上测值为（40．13±5．80）°,2者比较,差异无显著性意义（P〉0．05）°先天性髋关节脱位患儿双侧上外倾角在冠状面的测量值,正常侧为（48．95±3．80）°,脱位侧为（63．56±6．35）°,二者之间差异有非常显著性意义（P〈0．01）。以扫描床面为参照面测量正常髋臼后倾角、前髋臼指数、后髋臼指数左右侧比较,差异有非常显著性意义（P〈0．01）;以身体冠状面为参照面测量髋臼后倾角、前髋臼指数、后髋臼指数左右侧比较,差异无显著性意义（P〉0．05）。提示以冠状面为参照平面测量双侧后外展角和前、后髋臼指数准确可靠,可客观反映髋臼情况,为髋关节区病变的诊断和治疗提供确切的量化指标。     

半球形髋臼假体与带翼髋臼假体的有限元对比分析

人们针对髋臼翻修假体进行了多种设计以提高它的使用寿命.关于经常用于翻修手术中的半球形超大髋臼假体的研究已有很多,而一种新型三翼翻修假体在临床使用中取得了令人满意的效果.对比分析上述两种假体,并对带翼假体的设计做出适当评价.建立半球形髋臼假体和三翼髋臼假体的三维有限元模型,应用有限元分析公式计算在缺损髋臼翻修后,不同翻修假体在正常步态周期内的应力变化规律.结果显示,在不同关节力的作用下半球形髋臼假体与三翼假体的应力分布规律基本相同,只是后者在三翼与球壳连接的翼跟部存在应力集中带.而翼间夹角为15°的三翼髋臼假体所受应力要明显小于翼间夹角30°的三翼髋臼假体和半球形髋臼假体(P<0.05).结果提示,带翼髋臼假体与半球形假体置入后所受的应力水平无明显差别,而使用翼间夹角较小的带翼假体可明显减小假体各部所受的应力,从而可提高带翼假体的稳定性.     

膝内外翻畸形时髋臼负重顶区的生物力学变化

背景：膝内、外翻畸形改变了膝关节的形态,除影响膝关节的功能外,还可能改变相邻关节髋关节的生物力学行为,也就是髋臼与股骨头之间的力学传导. 目的：评价不同程度膝内、外翻畸形对髋臼负重顶区的生物力学影响. 方法：取成年男性鲜尸体下肢标本3个,剔除附着的肌肉组织,保留骨膜、韧带及关节囊,通过胫骨高位截骨模拟不同程度的膝内外翻畸形.标本分为中立位组、膝内翻10°组、膝内翻20°组、膝外翻10°组和膝外翻20°组.实验中骨盆的位置选择单足站立中立位.标本通过生物力学试验机加载至50 kg,采用压敏片技术测量髋臼顶负重区的负重面积、平均应力及峰值应力. 结果与结论：髋臼顶区中立位时股胫关节面负重面积为（6.33±0.12） cm2,平均应力（3.62±0.33） MPa,峰值应力为（4.58±0.20） MPa.当膝内、外翻达10°时,髋臼顶区负重面积减少,平均应力及峰值应力有明显的增加,但差异无显著性意义（P〉0.05）;当膝内、外翻达20°时髋臼负重面积显著减少,平均应力峰值及应力显著增加,差异有非常显著性意义（P 〈0.01）.结果提示：随膝内、外翻畸形程度的不同,髋臼负重顶区的负重面积、峰值应力及平均应力也发生变化,当膝内、外翻达20°时,负重面积显著减少,平均应力峰值及应力显著增加,这可能是膝内外翻畸形造成髋骨关节炎的病因之一.因此临床上应重视对膝骨关节炎内、外翻畸形患者的早期干预.