目的 研究患者在慢走步态中单腿支撑中期相的受力环境下L1~5、纤维环与髓核的应力分布情况,确定弧形髋臼截骨术中截骨块的最佳矫正角度,为临床手术提供个体化方案。方法 利用CT扫描获取患者及健康志愿者股骨-骨盆-腰椎DICOM数据,构建三维有限元模型。利用建模软件划分出皮质骨、松质骨以及软骨,利用仿真软件对模型进行有限元分析。患者外侧中心边缘角(lateral center edge angle,LCEA)和前方中心边缘角(anterior center edge angle, ACEA)均为15°,通过计算机模拟手术截骨过程,分别得到LCEA=15°、25°、35°、45°以及ACEA=15°、25°、35°、45°共计16组模型。对比分析模型感兴趣区域应力差异,同时与患者术前、健康志愿者对比,得出最佳手术方案。结果 腰椎所受应力随着LCEA和ACEA角度增大而减小,其中LCEA=35°、ACEA=35°模型L1~5、髓核与纤维环所受应力最小,之后所受应力随着角度增加而增加。结论 利用有限元方法可以得到LCEA与ACEA的最佳矫正角度,本文方法对不同患者提高弧形髋臼截骨术手术精准度和手术效率具有重要意义。
关键词:
髋关节发育不良
弧形髋臼截骨术
股骨-骨盆-腰椎模型
术前规划
髋关节发育不良(development dysplasia of hip,DDH)是青少年及成年人常见的一种骨科疾病,因髋关节异常发育,使股骨头和髋臼接触区域发生改变,导致髋关节病理性关节负重、关节磨损与退行性变。髋关节和腰椎退变发生率随年龄增加而增长,两者互为因果,骨盆病理性病变会让患者下意识通过腰椎代偿来减轻疼痛,长久以往会伤害腰椎健康,同样腰椎病理性病变也会影响到骶髂和髋关节,这种现象称为髋腰综合征。Newell等研究髋腰综合征的发病机制,但其建模中只有腰椎-骶骨模型,没有考虑DDH患者髂骨等关节。刘慧等分析了腰椎椎间盘退变合并骶髂关节紊乱的生物力学特性,同样该研究的建模也缺少髂骨等关节。
Bernese髋臼周围截骨术作为治疗DDH患者手术的常见术式之一,通过调整截骨块外侧中心边缘角(lateral center edge angle,LCEA)和前方中心边缘角(anterior center edge angle,ACEA)达到股骨头的覆盖率,缓解受力不均。但Bernese截骨线是直线,对后续的植骨需求大,且可调整的角度范围小,经Natio等改良后截骨线变为弧形,解决了上述困扰,提高了手术成功率。弧形髋臼截骨术(curved periacetabular osteotomy,CPO)的难点在于所截髋臼块的重定位。近年来,已有学者利用有限元分析对CPO进行手术规划,本文主要研究先天性DDH对腰椎的影响,通过腰椎的一系列生物力学变化来指导CPO手术,利用手术缓解患者髋臼疼痛与腰椎长期代偿导致的疾病,并探求患者髋臼的最佳矫正角度,为临床手术提供理论依据。