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β-磷酸三钙生物陶瓷棒系统治疗早期股骨头坏死的临床观察与生物力学研究

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摘要

前言

第一部分 β-磷酸三钙生物陶瓷棒植入治疗早期股骨头坏死的临床研究

1 研究背景

2 研究方案

3 研究结果

4 讨论

5 小结

第二部分 基于三维有限元分析的β-磷酸三钙生物陶瓷棒系统治疗股骨头坏死的生物力学研究

1 研究背景

2 资料收集与方案设计

3 正常股骨头，坏死股骨头及陶瓷棒植入术后股骨头几何模型的建立

4 模拟坏死股骨头有限元模型的建立

5 股骨近端三维模型的有效性验证

6 模型有限元分析结果

7 讨论

8 小结

全文总结

参考文献

附录

综述部分 股骨头坏死的保髋治疗

致谢

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摘要

第一部分β-磷酸三钙生物陶瓷棒系统治疗早期股骨头坏死的临床研究
　　目的:观察β-磷酸三钙生物陶瓷棒系统植入术治疗早期股骨头坏死的短期临床疗效，探讨术前因素（年龄、BMI指数、病程时间、病因、坏死范围、骨髓水肿分级、术前髋关节Harris评分和术前髋关节疼痛VAS评分）对β-磷酸三钙生物陶瓷棒植入术疗效的影响。
　　方法:对2015年4月到2015年8月收治的接受β-磷酸三钙陶瓷棒系统植入手术治疗的股骨头坏死患者34例（35髋）进行术后短期的观察及随访。对术前、术后第6个月，术后第12个月，术后第18个月髋关节Harris评分、髋关节Harris评分优良率及髋关节疼痛VAS评分进行统计学分析。从术后第6个月，术后第12个月，术后第18个月进行影像学的评价。分析术前年龄、BMI指数、病程时间、病因、坏死范围、骨髓水肿分级、术前髋关节Harris评分及术前髋关节疼痛VAS评分与术后髋关节Harris评分及术后髋关节疼痛VAS评分的相关性。
　　结果:所有患者均随访至术后18个月。
　　(1)髋关节Harris评分结果
　　术后各时间点的髋关节Harris评分均分别较术前髋关节Harris评分有明显提高，差异具有统计学意义(P＜0.05);术后髋关节Harris评分优良率明显提高。
　　(2)髋关节疼痛VSA评分的结果术后各时间点的髋关节疼痛VAS评分均分别较术前髋关节疼痛VAS评分有明显降低，差异具有统计学意义(P＜0.05)
　　(3)术前各因素与术前髋关节Harris评分的关系
　　年龄、BMI指数、病程时间、病因、坏死范围、骨髓水肿分级和术前髋关节疼痛VAS评分均与术前髋关节Harris评分无相关性(P＞0.05)。
　　(4)术前各因素与术前髋关节疼痛WAS评分的关系
　　骨髓水肿分级与术前髋关节疼痛WAS评分成正相关性(P＜0.05)，其余因素无相关性(P＞0.05)。
　　(5)术前各因素与术后髋关节Harris评分的关系
　　年龄、BMI指数、病变范围和术前髋关节Harris评分与术后髋关节Harris评分有相关性(P＜0.05)，其余因素无相关性(P＞0.05)。
　　(6)术前各因素与术后髋关节疼痛WAS评分的关系
　　BMI指数和病变范围与术后髋关节疼痛VAS评分有相关性(P＜0.05)，其余因素无相关性(P＞0.05)。
　　(7)影像学结果
　　35髋按照ARCO分期进行影像学评估，至术后6个月时，稳定24髋，稳定率68.57％;至术后12个月时，稳定27髋，稳定率77.14％;至术后18个月时，稳定31髋，稳定率88.57％。3髋发生股骨头塌陷，术后18个月时的保髋率为91.43％。
　　结论:采用β-磷酸三钙生物陶瓷棒系统植入术治疗早期股骨头坏死，可有效改善髋关节功能，缓解症状，阻止影像学进展，获得比较高的保髋率，近期疗效满意。在进行临床疗效评估及手术适应症选择时，需要考虑年龄、BMI指数、病变范围和术前髋关节Harris评分因素的影响。
　　第二部分基于三维有限元分析的β-磷酸三钙生物陶瓷棒系统治疗早期股骨头坏死的生物力学研究
　　目的:应用三维有限元方法，建立坏死股骨头病灶及植入β-磷酸三钙生物陶瓷棒系统后的股骨头三维有限元模型，观察β-磷酸三钙生物陶瓷棒系统植入术对早期股骨头坏死的生物力学影响，为β-磷酸三钙生物陶瓷棒系统治疗股骨头坏死提供力学方面的理论依据。
　　方法:利用CT对一名健康成年男性髋关节进行薄层扫描，建立正常股骨近端有限元模型，在此基础上建立坏死区域位于前外上侧15％、后外上侧15％、前外上侧30％、后外上侧30％与负重区塌陷2mm、负重区塌陷4mm的早期坏死股骨头及模拟植入β-磷酸三钙生物陶瓷棒系统后的股骨头有限元模型，分别加载普通行走、慢速跑步、快速跑步三种力学载荷，观察β-磷酸三钙生物陶瓷棒系统治疗前后股骨头应力及位移变化情况，并判断不同步态下股骨头塌陷的风险。
　　结果:
　　(1)在普通步行、慢速跑步、快速跑步三种载荷下，相比治疗前，治疗后股骨头应力集中现象有所改善，股骨头应力值与整体位移值，股骨头负重区应力值与塌陷值，坏死区应力值与位移值较治疗前减小，差异具有统计学意义(P＜0.05)。随着载荷的增加，坏死股骨头的应力与整体位移值，股骨头负重区应力值与塌陷值，坏死区应力值与位移值随之增大。坏死范围15％与30％位于前外上侧与后外上侧，股骨头应力值与塌陷值，坏死区应力值与位移值均无明显差异(P＞0.05)。
　　(2)根据塌陷准则，在普通步行、慢速跑步、快速跑步下，术前与术后坏死范围30％比坏死范围15％的股骨头塌陷风险大，塌陷4mm比塌陷2mm的股骨头再次塌陷风险大，且随着载荷的加大，塌陷风险增加。术后塌陷风险比术前塌陷风险有所降低，但随着载荷的加大，塌陷风险增加。坏死范围15％与30％位于前外上侧与后外上侧，塌陷风险无太大差别。
　　结论:
　　(1)有限元分析模型能够有效模拟β-磷酸三钙生物陶瓷棒系统植入股骨头坏死区域的生物力学变化。
　　(2)β-磷酸三钙生物陶瓷棒系统植入可有效改善坏死股骨头内部的力学性能，增加坏死股骨头负重区骨的支撑能力，降低坏死区骨的压应力，减少坏死股骨头塌陷的风险。
　　(3)β-磷酸三钙生物陶瓷棒系统的力学支撑能力有限，随着载荷的增加，坏死股骨头塌陷的风险逐渐增大。对于坏死范围较小及塌陷程度轻的效果要好于坏死范围较大及塌陷程度重的股骨头坏死。
　　(4)从生物力学角度进行疗效评价，为β-磷酸三钙陶瓷棒系统治疗股骨头坏死提供生物力学方面的理论依据。

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