髋关节置换的角度参数研究及实验验证

本文建立了置换后有骨盆髋关节的有限元模型和实验模型，通过数值模拟和电测实验的方法，验证了所建模型的准确性，然后建立不同颈干角髋关节模型，研究不同角度参数对髋关节应变分布规律的影响。通过对比不同角度模型数值分析的结果，发现随着髋关节置换的角度不同，髋关节置换后各部分的最大应变值及位置也会随之改变且呈现一定的规律性，说明置换角度也是影响髋关节应变分布及其大小的重要因素。

随着人们生活水平的提高和诊疗技术的进步，患有髋关节处疾病的患者多数都愿意接受手术来缓解甚至解除病痛。与此同时，我国正迈入人口老龄化阶段，将会有越来越多的老年病患被关节炎、骨质疏松造成的股骨颈骨折等髋关节疾病所困扰，髋关节处的医疗服务需求呈现迅速增长趋势[1] [2] [3]。人工关节置换术被公认为是治疗髋关节疾患最理想的方法，其诊疗技术也逐渐走向成熟，并且越来越受到医生和患者的认可[4] [5]。

但是新世纪的精准医疗理念对髋关节置换技术也提出了更高的要求， 在进行人工髋关节置换术时，股骨与假体之间的精确配合对手术的成功及假体的使用寿命至关重要，而股骨颈干角在精准医疗中具有重要地位[6]。

颈干角可以增加下肢的运动范围， 并使躯干的力量传达至较宽的基底部， 颈干角的异常会使髋关节周围力学关系发生变化，图1 为股骨颈干角示意图。

“Wolff 定律”表明骨骼在不同力学刺激下将会发生不同形式的生长及结构转变[7] [8]， 因此， 进行髋关节颈干角参数变化对髋关节应变分布影响的研究在全关节置换术、先天性髋关节脱位及股骨颈骨折等髋关节疾病治疗方面有重要的意义。本文建立了不同颈干角的髋关节模型，从而研究不同颈干角对髋关节应变分布规律的影响。

2. 建立三维模型 本研究采用逆向工程的方法对髋关节的股骨和骨盆进行建模。将扫描好的人体骨骼CT 图导入逆向工程软件中，经过前期处理，建立髋关节的散点模型，去除模型周围的体外散点和非连接点，生成髋关节的外表曲面。新生成的曲面存在凸起、凹坑以及孔洞等缺陷，如图2(a)中的股骨模型，需要进行表面处理去除这些缺陷使模型表面更光滑，同时也能起到简化模型的作用，表面处理后的模型如图2(b)中的骨盆模型。髋关节的假体部分较为规则，用三维软件UG 对假体进行建模，建好的髋关节假体如图2 中(c)-(f)所示。将处理过的完整股骨模型在小转子上方1 cm 处截断股骨颈，大转子保留，生成置换后股骨三维模型，再将绘制好假体的装配到置换后股骨上，该过程在也UG 中进行。装配好的髋关节模型如图2(g)所示。