基于前外侧保留角预测股骨头坏死塌陷的有限元分析

作者：陆舜; 林天烨; 何敏聪; 何晓铭; 何宪顺; 田佳庆; 魏腾飞; 詹芝玮; 林锟; 魏秋实^*

来源：中国修复重建外科杂志, 2023, 37(11): 1394-1402.

• 股骨头坏死
• 前侧保留角
• 外侧保留角
• 股骨头塌陷
• 生物力学分析

目的 建立股骨头坏死（osteonecrosis of the femoral head,ONFH）不同保留角有限元模型进行生物力学分析，为以股骨头前侧保留角（anterior preserved angle,APA）和外侧保留角（lateral preserved angle,LPA）预测ONFH塌陷风险提供力学依据。方法 选择1名健康成人左侧股骨头为研究对象，获取CT数据导入Mimics21.0软件，重建完整股骨近端模型以及构建3个体积相等、形态不同的ONFH模型，导入Solidworks 2022软件中分别构建APA为60°且LPA分别为45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°的21个ONFH有限元模型，以及LPA为60°且APA分别为45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°的21个ONFH有限元模型。根据生理状态下股骨头负荷情况，股骨远端设置完全固定，在股骨头表面负重区施加与股骨干成25°夹角、方向向下且大小为受试者3.5倍体质量的合力，利用有限元分析软件Abaqus 2021计算并观察股骨头表面、坏死区最大应力及股骨头负重区最大位移情况。结果 研究建立的ONFH模型基本符合ONFH力学情况。在相同载荷条件下，3个不同形态相同体积的坏死区构成的42个ONFH不同保留角模型中，坏死区周围均有应力集中现象。APA为60°时，LPA<60°模型的股骨头表面、坏死区最大应力和股骨头负重区最大位移明显高于LPA≥60°模型（P<0.05）;LPA≥60°模型间的各指标差异无统计学意义（P>0.05）。LPA为60°时，APA<60°模型的各指标明显高于APA≥60°模型（P<0.05）;APA≥60°模型间的各指标差异无统计学意义（P>0.05）。结论 从生物力学角度来看，当ONFH保留角小于临界值时，股骨头应力集中现象更为明显，提示此种状态下坏死股骨头发生塌陷风险更高。

• 单位
  广州中医药大学; 广州中医药大学第三附属医院