髋臼缺损程度对成人髋关节应力影响的三维有限元分析

背景:髋臼缺损是成人髋关节发育不良的典型特征之一.髋臼缺损导致其对股骨头包容不足,二者间接触面积减少,局部压强增大,久之势必造成髋关节磨损加快,导致关节炎甚至关节脱位的发生.但何种程度缺损才会导致髋关节生物力学改变,还没有公认的客观标准.目的:应用三维有限元方法分析不同程度髋臼缺损对髋关节周围应力分布的影响,为临床治疗髋关节发育不良提供理论指导.方法:选取正常成人髋关节CT薄层扫描数据,利用Mimics15.0和Hypermesh软件去除髋臼外缘部分骨性结构,模拟建立伴有不同程度骨缺损髋关节发育不良患者模型.以 Ansys10.0加载关节负荷,分析单足着地情况下髋关节软骨下骨Von Mises应力分布情况.结果与结论:各组模型计算结果与实际情况相符合,髋臼和股骨的最大Von Mises应力值出现在髋臼顶穹部及股骨颈后内侧;当模拟单腿站立时,其应力峰值随着CE角变小而增大,由CE角30°时的2.768 MPa和3.029 MPa 增加到5°时的11.075 MPa和15.322 MPa.CE角小于15°时该变化趋势更明显.提示髋臼缺损加大髋关节周围应力峰值,且缺损程度越大该影响越大,因而建议对于髋臼缺损患者尽早进行临床干预.