Clin Orthop Surg：不同骨髓腔几何形状股骨短楔柄和锥形楔柄术后早期应力分布的有限元分析比较

在全髋关节置换术(THA)中，股骨假体的长度会影响术后早期固定和假体的对齐;然而，理想的假体长度仍然未知，在实践中，不同的病例或医院使用不同的假体长度。由于无水泥锥形楔形假体的形状，尽管其体积比传统的配合和填充型圆柱形假体小，但由于其形状，它可以卷曲固定在股骨近端。使用无骨水泥的锥形楔柄实现了相对的骨保存，近端应力屏蔽和假体周围骨折的风险也降低了。此外，获得了良好的长期生存结果;与初始THA数量相似，翻修THA的数量也在增加，在初始THA时应考虑未来翻修THA的可能性，特别是年轻和活跃的患者。因此，短柄对股骨骨髓腔的侵入性更小，并且更多地保留了骨头。根据模型的不同，短柄被设计成比锥形楔型更适合股骨近端，以减少应力屏蔽，并实现股骨近端近似生理分布的负荷分布。虽然短期和中期的结果都很好，但由于接触面积小，术后骨折的风险相对较高，短柄内固定的初始固定力较低。

Dorr将股骨几何形状分为3类，THA后股骨的机械负荷分布也受到患者股骨骨髓腔几何形状的影响。无骨水泥锥形楔柄的大小与股骨近端髓腔的形状不匹配与预后不良有关。短柄也不例外，尤其是Dorr C型股骨髓腔宽，再加上骨质量差，使得难以获得足够的强度进行初始固定，导致骨折发生率高和生物固定后的应力屏蔽。缺乏验证短柄长度设计是否能再现股骨近端术前生理应力分布的文献。此外，为了确定柄模型的适当适应性，分析不同股骨骨髓腔几何形状的骨柄放置后周围骨的应力分布是必要的。为了获得更真实的结果，应该使用现有的短楔形和锥形楔形阀杆。锥形楔型Profemur TL (MicroPort骨科)和短柄型Profemur Preserve (MicroPort骨科)是同一家公司生产的人工髋关节柄，两者都有骨干端固定。据我们所知，没有研究使用有限元分析来直接比较现有的锥形楔形柄和短柄不同的股骨髓腔几何形状。本研究的目的是:(1)比较Dorr分类骨髓腔几何形状与锥形楔和短柄在术后早期股骨的应力分布;(2)比较每种髓腔几何形状下短柄和锥形楔茎在股骨周围的应力分布

方法:分别使用HyperMesh软件和LS-DYNA R11.1软件建立有限元模型并进行分析。使用RETOMO软件从计算机断层扫描图像中提取股骨的三维形状数据。根据Dorr分类将股骨分为3组。利用无水泥锥形楔型和短杆的计算机辅助设计数据选择合适的尺寸。在有限元分析中，假定股骨的受力状态为行走状态。感兴趣的体积(voi)被放置在股骨模型的内部和外部接触点。从术前和术后模型中获得每个VOI中包含的单元的平均应力和应变能密度(SED)。

每个病例的临床特点

全髋关节置换术后的x线片

短阀杆和锥形楔形阀杆的尺寸

行走过程中施加在有限元模型上的载荷。假设股骨远端完全受限，加载条件为步行

材料特性(线弹性材料)在有限元模拟中的应用

作用于股骨和股骨干的负荷

基于Gruen区的7块感兴趣(VOI)。

各Dorr分类下TL和Preserve术后von Mises应力的比较。(A, C)教授。(B, D)教授保存干。使用F1的权重对载荷进行分析。两根茎术后von Mises应力均低于术前值。TL的von Mises应力大于Preserve。与Dorr分类相比，两种茎的von Mises应力均大于Dorr C > Dorr B > Dorr A (p < 0.05)。

各Dorr分类的保存和TL比较。(A)冯·米塞斯应力。(B)应变能密度(SED)。对F1体重进行分析发现，TL的von Mises应力和SED均大于Preserve (p < 0.05)。

结果:无水泥锥形楔和短柄的von Mises应力和SED分布在各自的Dorr分类中相似。两颈的von Mises应力和SED均低于THA前。无水泥锥形楔形颈的von Mises应力和SED均高于短颈。无水泥锥形楔型颈往往具有较低的变化率比短颈;然而，Dorr C表现出相反的趋势。在Dorr分类比较中，从2区到6区，2个颈杆的von Mises应力和SED均大于C区> B区> A区。

结论:在Dorr A和B中，短柄比锥形楔柄更接近术前股骨的自然应力分布;然而，在Dorr C中，短柄可能对应力分布有更大的影响，这表明它可能比其他Dorr类型造成更大的影响，如术后早期骨折。

原文来源： Hosoyama T;  Kaku N;  Pramudita JA;Comparison of Early Postoperative Stress Distribution around Short and Tapered Wedge Stems in Femurs with Different Femoral Marrow Cavity Geometries Using Finite Element Analysis.Clin Orthop Surg 16(5)