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1、r 6 Z % z原 创 性 声 明本人声明:所呈交的硕士学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己 在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名:衣 -L日 期:夕 0 0 3 年 S月3 。 日吉林大学硕士学位论文提要实验目的验证全髓关节置换时以不同前倾角置入股骨假体柄对股骨上段应力分布的影响。实验方法取 1 5 件新鲜成人股骨标本， 前倾角范围 ( 9 - 2 0 ) ， 股骨 全长及颈干角亦近似。将所
2、有标本随机分为3 组 ( 每组5 件标本)，分别于股骨上段 4 个层面置电阻应变片，加载并记录数据。之后对 3 组分别以原前倾角，+ 1 5 0( 在原前倾角的基础上再前倾 1 5 0 )，+ 3 0 0 前倾角置入非骨水泥固定假体。于同样条件下加载记录数据，比较 3 组置换后的应变分布差异。计算置换前后各点主应变。以置换后应变除以置换前应变的百分比 表示置换后各点的应变分布情况。最后进行统计分析。实验结果+ 1 5 0 组应变分布最为理想，近端承载多，应力遮挡小，优于原前倾角置入组及+ 3 0 0 前倾角置入组，十 3 0 0 前倾角置入组与原前倾角置入组相比大部分点的应变分布差异不显著，但
3、其于股骨前侧及后侧存在更加明显的应力集中，显示其近端匹配差，承载不良。实验结论以+ 1 5 0 前倾角置入假体会获得最佳的近端匹配，使置换后股骨获得更多的近端承载，有效降低应力遮挡，有利于骨长入及远期稳定。吉林大学硕士学位论文“ l1茜前倾角是股骨上端重要的生理角度，它是先天及后天发育过程中逐渐形成的 ( 下肢中立位情况下)股骨颈轴线与人体冠状面的夹角。前倾角的存在优化了骸关节的活动范围，为髓关节周围肌肉行使功能提供了必要的力臂，更为重要的是它的存在保证了重力经由 髓关节的有效传导。前倾角作为假体置换时一 个 重 要的 髓 外 参 数 其 重 要 性及 意 义以 有 较多 报 导 z 。 在
4、进行假体置换时，我们力求恢复股骨生理的前倾角，以求尽量少地干扰股骨原来的承重模式。比较公认的观点是:重建生理状态下的前倾角于股骨的应力传导最为有利，然而这仅仅是一种推测。目 前国内 外尚 无严格的实验来验证这一推论。本实验即应用新鲜股骨标本，模拟活体状态下的股骨受力模式对置换前后的股骨标本加载，检验以不同前倾角置入股骨侧假体，股骨上段的应力分布情况。吉林大学硕士学位论文材料和方法一、实验标本我们应用巧件股骨进行生物力学实验。 所有标本均取自死亡2 4 小时内的新鲜男性尸体。平均年龄为3 2 岁 ( 2 5 岁一 -4 1岁)。用盐水毛巾包好，于一2 0 保藏。对所有标本摄正位X线片，以除外病变
5、并为选择假体型号提供参考。二、全艘股骨侧假体及相应器械本研究所采用的假体为有颈领的非骨水泥固定假体，材料为钻铬铝合金，购自 北京普鲁斯钢研外科有限公司。三、实验加力装置实验中所采用的股骨试件体外模拟加载装置由吉林大学机械学院力学系自 行研制。四、实验测量仪器设备电阻应变片及端子 ( 浙江省台州市黄岩传感电子元件; Y D -8 8 便携式超级应变仪 ( 鞍山市电测技术研究厂所吉林大学硕士学位论文五、实验流程及数据的测量、采集及统计实验前所有标本于室温下融化并剔除所有的软组织。之后将标本置于由股骨裸及大粗隆后缘所决定的平面上 ( 玻璃板)，这个平面被定义为股骨的冠状面，以量角器依照定义以照片所示
6、方法直接测量所有标本的 前倾角3 ， 所选取标本的 前倾角在7 0 至2 0 “ 的范围内，平均1 5 . 7 0( 具体数值见表一)。所有标本的全长变异在3 厘米以内，颈干角的变异在1 0 0 以内。将所有标本随机分为三组，每组5 个试件，不记左右侧，报道表明:左右侧在生物力学特性上无差异4 。 在切除股骨裸之前，量取头、大粗隆前部切线与股骨冠状面所成的角度，作为将来在冠状面及矢状面上定位股骨的标志。切除股骨裸，将股骨远端以骨水泥置于一空心柱体中，骨水泥固定于一支架中进行，以保证通过梨状窝的垂线与柱体的纵轴重合。自 大粗隆尖端至圆柱体上端的距离为2 2 厘米，不计原来的股骨长度。将两股直径3
7、 On的钢丝通过一2 mm钢板固定于大粗隆的外侧，模仿外展肌。固定时应使其加载轴线与通过股骨头中心、梨状窝及柱体纵轴的平面平行，以避免其加载过程中所产生的扭力。 准备好后， 股骨试件被置于一夹具中。 我下 门 所应用的 其余的 加 载 特 性 均 参 考M c L e is h 和C h a m le y 所 发 表 的 数 据 5 l。 股骨 被 置吉 林 大 学 硕 士 学 位 论 文_于1 2 0 的外翻位，为单足步态时股骨生理性的外翻角度。以 祛码直接加载。 包容股骨头的臼 杯中心被置于加载轴线外侧1 1 0mm处，大粗隆与力臂呈7 5 0 角，模拟骨盆。于力臂上有相隔3Hm的对称孔以
8、调整大粗隆钢丝的位置及长度，以保证对股骨头施加最大的轴向载荷时，夹具的力臂呈水平位。扭转载荷的加载通过力臂两端两个具金属杯1 0 厘米的孔来实现，通过滑轮于侧方加载，扭力的方向为内旋。为了测量应变，1 2 枚4 5 0 电阻应变片被粘于近端股骨的四个水平 ( A到D )， A :小粗隆上缘水平 ( 电阻应变片的下缘为于小粗隆上缘水平); B :小粗隆上缘以 下2 0 m m ( 应变片的中 心位于小粗隆 上缘以 下2 0 m m ) ; C : 小 粗隆上 缘以 下6 5 mm;D :小粗隆上缘以下1 0 5 二。于A水平，一个电阻应变片被置于内 侧股骨距处，于B , C 水平电阻应变片被置于
9、前后及内外侧，于D水平电阻应变片被置于内外及前侧。A , B ,C ,D水平的定位方法:首先确定A点，小粗隆上缘水平股骨颈下部 ( 内侧)，自A点向远端取股骨轴线于股骨近段表面的投影线依据各水平与小粗隆上缘的距离确定之，同一水平各点的确定以内 侧各点为基准点，其余各点分别为各横截面圆周的等分点。由电阻应变仪记录直角应变花中三个小应变片的应变值，以相应力学公式计算主应变。之后以置换后主应变与置换吉林大学硕士学位论文前主应变相比 所得出的百分数表示置换后各点的应变情况，以除外个体差异的干扰。在置电阻应变片前以砂纸 ( # 1 0 0 -2 4 0 )对骨表面进行处理，以丙酮脱脂，无水乙醇处理，吹干
10、。以5 0 2 胶 ( 北京市化工厂)粘贴电阻应变片及端子。端子的连线一端接于与电阻应变片的接线端上，另一端接于一个信号放大器上 ( Y D -8 8 便携式超级应变仪)。一个电阻应变片由三个小应变片构成，其中两个互相垂直，第三个位于前两者的角分线上。粘贴时而其中一小应变片始终被置于与股骨纵轴垂直的位置。除了直接由3 个小应变片上读取数据外，主应力的大小及方向也通过设计好的程序被计算出来。当于股骨头施加轴向 载荷时， 股骨上段趋于弯曲，这样纵轴向的变形在内侧为压，而在外侧为拉。而在股骨的前侧及后侧变形则要复杂得多。为了简化数据且便于找出有意义的发现。于静态分析中我们综合了以上两种应变测定，这是
11、一种合理的简化，因为我们认为变形为均等的，或为张应变或为压应变。在将试件置于力学实验机的夹具后，首先对其进行S O O N的预加载，然后卸载，应变片被调零。之后，于水平臂对其进行S O O N的 加载以 模仿单 足步态 ( 体重7 0 纯 的 人)。 在 第二次加载时，模拟爬楼梯，一个附加的1 O N m的内旋扭矩被加于吉林大学硕士学位论文股骨头。每种载荷条件下反复加载3 次，记录数据，并取其均值。接着由一个有经验的医生植入假体柄，分别以原前倾角，+ 1 5 0 前倾角、+ 3 0 “ 前倾角置入非骨水泥固定假体，假体的置入应用配套器械，严格按照正规的操作步骤进行。前倾角的控制采用先于股骨颈上
12、部以 摆锯开槽标记 ( 使所开槽的纵轴与股骨颈纵轴成预定角度)，而后截除股骨颈，按照开槽方向扩髓，置入假体的方法6 1 。植入过程中以 胶片包裹股骨干，以防 损伤应力贴片。接着于截除股骨头颈时记录股骨头的中心，选择适宜的股骨头，以使未处置的股骨与置换后的股骨具有相同的力矩。加力与上述相同，并行统计分析。为了减小骨与骨之间的差异，这些变异反映了股骨尺寸与骨质量的差别，故应变以相对于未处理股骨的百分数表示。最后，应用 S A S 软件对实验结果讲行统计分析。表 ( 一)、标本前倾角及颈干角 ( “ )编号1234567891 01 11 21 31 41 518翔15璐止岱14切17理刀场止切17
13、切”诩10拐”璐18必9切ll娜巧姗前倾角颈干角吉林大学硕士学位论文结果一、未处置股骨的应变分布特点于轴向载荷下，内侧及外侧的应变变化规律明显，主应变由近端向远端逐渐增大，内侧的主应变为压应变，外侧的主应变为张应变，压应变的绝对值大于张应变。而股骨前后侧的应变变化的规律性较不明显，一般前侧压应变为主应变，后侧张应变为主应变，其值由近端向远端逐渐减小。复合载荷下的应变分布规律与轴向在和下的应变分布规律基本相同。差异之处为，A, B 1 , C 1 , D 1的主应变 ( 压应变)降低，而张应变( 水平向) 增大。B 2 , C 2 , D 2点主应变 ( 压应变)及张应变均增大。 B 3 , C
14、 3 , D 3点主应变 ( 张应变) 及压应变亦增大，但变化幅度不显著，有些标本变化规律不明显。 B 4 , C 4点主应变 ( 张应变)及压应变降低，其中 B 4点的变化规律较为显著。二、不同前倾角置入假体后的应变分布规律三组股骨表面的应变分布规律与未处理股骨相同，但各组均有不同程度的应力遮挡。8吉林大学硕士学位论文讨论探讨股骨的应力承载及骸关节部位的应力传导， 应首先明确股骨近端的内部结构。正常情况下，身体的重力由脊柱经骼骼关节、骸坐弓传递至骸关节，作用于股骨头处的应力又经股骨颈及股骨近端的骨皮质及内部的承重骨小梁系统传导。股骨上端的骨小梁系统分为三组 ( 1 )、压力组:起自 股骨干内
15、侧向上扩展至股骨头 ( 2 )、张力组:从股骨干的外侧弯曲向上，终于股骨颈的上部及头的下部 ( 3 )第三骨小梁系统 ( 转子间弓)在转子平面，起自 股骨外侧皮质，向上内弯曲，在颈干相接处与张力骨小梁系统相交叉。股骨干上 1 / 3额状切面显示股骨干有坚强的皮质及纤弱的髓质，在小转子以上层面这种排列相反，皮质薄充以海绵骨，在头颈部形成内负重系统。股骨距为股骨上段内负重系统的另一重要组成部分，有人称之为“ 真性股骨颈”，实际上称为 “ 真性股骨颈根部”似更确切。它位于股骨颈干连接部的内后方，在小转子深部，为多层致密骨构成的纵行骨板。股骨距的下级与股骨小转子的下方的股骨干后内侧皮质相融合，沿小转子
16、的前外侧垂直向上，上极与股骨颈后侧的骨皮质相融合，前缘与股骨前内侧的骨皮质相接，其走向与耻股韧带在小转子前方附着部形成的晴状隆起几乎完1 4吉林大学硕士学位论文全一致，后缘在股骨后外侧的投影与臀肌粗隆一致。股骨距近端的起点平均在小转子近侧缘上方 1 .4 6 c m 士 0 .5 2 c m ，其远端止于小转子远侧缘下方 0 .4 4 c m 士0 . 6 7 c m 。股骨距的平均长度为 3 .6 7 c m 士 0 . 8 8 c an 。板状的股骨距由 近端至远端逐渐向 后内扭转，即距裸角逐渐增大，扭曲角度平均为 1 6 .5 ” 士1 0 .7 0 .8 2 % 股骨距的最宽最厚部位位于小转子近侧缘和小转子近侧缘下方6 mm之间， 距骸角平均为3 1 . 1 c an 1 1 4 .7 c m 17 1 。在同一作者此前的研究中实测距骸角为 2 9 . 1 c m 士1 2 .4 c m ，前倾角为 1 7 .9c m 士 7 .7 c m ，两者有极显著的相关性8 。股骨距出现于股骨颈的后上部，呈拱形跨越小转子区，
