目前,股骨头骨坏死(ONFH)晚期行髋关节置换术是唯一彻底有效的治疗方法,然而对于中青年ONFH患者,全髋关节置术(THA)亦存在比较明显的缺陷:假体的使用寿命相对不足,一旦失败二次手术的选择局限、手术难度大、并发症增加等。对于这一问题,全髋关节表面置换(HRA)有独特的优势,能够保存股骨近端骨量、容易翻修,增加关节稳定性、术后活动范围大、功能佳等,为中青年ONFH患者提供了更好的选择;目前HRA主要作为需要最终行THA的一种有效的过渡性手术。临床应用后的随访显示股骨颈骨折与股骨假体松动是其失败的主要原因。尽管目前对于失败的机制已有不少研究报道,但对ONFH患者头部负重区出现骨坏死缺损时,缺损程度对于假体松动或骨折影响的研究尚未见报道;本试验应用有限元分析的方法,模拟不同程度的股骨头骨坏死行髋关节表面置换的情形,对股骨头部负重区不同程度的骨缺损对术后股骨近端应力分布的影响进行研究探讨。目的观察股骨头负重区不同程度的骨坏死缺损对表面置换后股骨颈、骨水泥界面、头颈交界以及头内部骨质中的与假体松动或骨折相关的应力分布的影响,为临床治疗提供依据。材料和方法一、计算机三维模型的建立:应用制图设备与软件分别建立股骨近段模型,表面假体模型,骨水泥壳模型,不同的骨缺损区模型,股骨头部完整的表面置换模型和负重区有不同程度骨缺损的表面置换模型。二、有限元模型的建立与力学分析:应用有限元分析软件,模拟单腿负重时的情形对各置换模型(完整模型、骨缺损/坏死骨模型、骨缺损/填充骨水泥模型)进行受力分析,观察不同程度(坏死角度分别为60°、80°、100°、120°和140°)的骨缺损对股骨颈、水泥界面和股骨头颈交界处骨质中应力分布的影响。结果一、建立了股骨头部完整的表面置换模型和负重区有不同程度骨缺损的表面置换后股骨近段的有限元模型。二、表面假体植入后股骨近端整体的应力分布表面假体植入后,股骨近端的Von Mises等效应力峰值集中于股骨颈的上下方;不管负重区是否有骨缺损,所有模型股骨颈上下方的应力峰值最大差值仅为2.7%,骨缺损对股骨颈部的应力分布影响微小;假体下负重区骨质内的应力为2.88～16.4 KPa,仅约为远侧部分的1/10～1/100,股骨头近端发生明显的应力遮挡;负荷基本上由假体,水泥,经股骨头远侧部分,传至股骨颈。三、表面假体植入后股骨头、颈部的应力分布表面假体植入后,骨水泥界面中的应力主要集中于外上缘、顶端与内上区;假体下骨质中的应力主要集中在股骨头远侧部分和中央槽周围,尤以股骨头颈交界外上缘明显;负重区的骨缺损明显的影响了与假体松动或骨折相关的水泥界面和头颈交界处的应力分布。骨缺损区为坏死骨时,随着坏死角度的增加,骨水泥壳和头颈交界处骨质中的Von Mises等效应力峰值明显增大。与无缺损模型相比,水泥壳外上缘的等效应力峰值增幅分别为22.3%(坏死角为120°时)和27.3%(坏死角为140°时);内下缘的应力峰值增幅分别达28.7%、45.2%、77.4%(坏死角分别为100°、120°、140°时);内上区的应力峰值增幅分别为20%和27.2%(坏死角分别为120°和140°时)。头颈交界外上缘骨质内的等效应力峰值增幅分别为13.2%、28.3%和53.3%(坏死角分别为100°、120°和140°时),坏死角度≤80°时,增幅仅为4.6%和7.2%。缺损区填充骨水泥时,随着坏死角度的增加,主要应力集中区的VonMises等效应力峰值逐渐减小或增加不明显。整体上,坏死角度≤80°时,骨水泥界面和股骨头颈交界骨质中的VonMises等效应力峰值变化不明显;坏死角度≥80°时,应力集中区的应力峰值变化明显。结论一、髋关节表面置换改变了正常股骨头内的负荷传递和应力分布,导致股骨头近端出现明显的应力遮挡。二、负重区不同程度的骨缺损将影响与假体松动骨折相关的水泥界面和头颈交界处的应力分布,当坏死角度≤80°时,骨水泥界面和头颈交界处骨质中的Von Mises等效应力峰值变化较小,而当坏死角度≥100°时,应力峰值变化明显。三、假体下骨质内的应力明显降低,出现不同程度的应力遮挡,这可能有利于坏死骨质的修复;此时允许股骨头负重区出现小的骨缺损(坏死角度≤80°),并且此时保留坏死骨质或清除以骨水泥填充,对股骨近端的应力分布无明显影响;四、坏死角度≥100°的骨坏死缺损,骨水泥界面和股骨头颈交界骨质中的应力明显增加,可能是导致股骨颈骨折或假体松动的原因之一,这时将坏死骨质完全刮除,填充以骨水泥有利于股骨头内的应力分布恢复正常,可能是一种有效的方法,但是否会引起其它问题,还需要进一步的研究。