蜂巢式髓芯减压术植入不同材料治疗股骨头缺血性坏死的生物力学分析

作     者：赵利军 

作者单位：内蒙古医科大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王跃文

授予年度：2020年

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 1002[医学-临床医学] 08[工学] 10[医学] 

主      题：蜂巢式髓芯减压术 髓芯减压术 股骨头坏死 植入材料 生物力学 

摘      要：目的:应用有限元分析的方法,对蜂巢式髓芯减压术(honeycomb core decompression surgery,HCD)分别植入羟基磷灰石人工骨、皮质骨、松质骨及钛合金螺钉后的股骨头进行生物力学分析,观察比较HCD分别植入4种材料后股骨头的应力变化情况,为治疗早中期股骨头缺血性坏死(Avascular necrosis of femoral head,ANFH)选择合适的HCD植入材料提供依据。方法:选择在我院住院治疗的ANFH患者,应用有限元分析的方法对ARCOⅠ期1例进行研究,经CT平扫获取患侧股骨上端数据,以Dicom格式导入光盘保存,用Mimics 15.0软件建模,设定载荷量,参照软件中材料公式及灰度值进行材料赋值,并运用Hypermesh13.0软件进行网格划分和网格优化,最后将模型导入到ANSYS 19.2软件中进行有限元分析,计算股骨头内应力。在股骨头内应力部位均匀选取30个节点,并计算其均值,运用SPSS 22.0软件对数据进行分析处理,所有参数以均数±标准差表示,采用单因素方差分析进行统计学比较。结果:1.通过对ANFH模型、3孔、5孔及7孔HCD后股骨头模型的应力变化的比较:3孔和5孔组之间的应力值差异无统计学意义(P0.05),其余组间两两比较,应力值差异均有统计学意义(P0.05)。3.通过对相同孔数HCD中分别植入不同材料后股骨头模型的应力变化的比较:(1)3孔HCD组的比较:未植入组和皮质骨组;钛合金螺钉组分别和羟基磷灰石人工骨组、皮质骨组相比较,应力值差异均有统计学意义(P0.05);(2)5孔HCD组的比较:未植入组分别和羟基磷灰石人工骨组、皮质骨组;松质骨组分别和羟基磷灰石人工骨组、皮质骨组;钛合金螺钉组分别和羟基磷灰石人工骨组、皮质骨组相比较,应力值差异均有统计学意义(P0.05);(3)7孔HCD组的比较:未植入组分别和羟基磷灰石人工骨组、皮质骨组;松质骨组分别和羟基磷灰石人工骨组、皮质骨组;钛合金螺钉组和羟基磷灰石人工骨组相比较,应力值差异均有统计学意义(P0.05)。结论:1.HCD能够有效改变股骨头应力分布,HCD后股骨头内应力值较术前增大,HCD孔数越多,股骨头内应力值越大,说明HCD降低了股骨头的力学性能,需辅以有效的内植入物。2.通过比较3孔、5孔及7孔5mm孔径HCD对股骨头应力变化的影响,以5孔减压效果最佳。3.羟基磷灰石人工骨、皮质骨、松质骨及钛合金螺钉都能有效的改善HCD后股骨头的生物力学性能,增加股骨头内的支撑力,能有效的预防股骨头塌陷。4.综合考虑HCD中分别植入4种材料对股骨头塌陷、骨折以及在应力变化等方面的影响,HCD中植入羟基磷灰石人工骨是一种较好的选择。