张长灏 孟昊业 汪爱媛 刘有军 马海洋 杨海胜

0 引言

股骨头缺血性坏死(osteonecrosis of the femoral head, ONFH)是骨科中一种难以治愈[1-2]、且发病人群广泛[3]的疾病，其特征为股骨头血供中断或受损，引起骨细胞、骨髓成分死亡及随后的修复反应，继而导致松质骨微结构改变。如果患者在股骨头坏死前期不能及时得到有效的治疗，则可能有约 80% 的患者在1～4年内发展为股骨头塌陷[4]，这时由于没有其他切实有效的治疗手段，往往只能进行关节置换。而关节置换不仅会给患者的家庭带来巨大的经济负担，也会为患者带来巨大的痛苦[5-7]，且术后还会面临多次修复的问题，因此，股骨头坏死的早期诊断和治疗非常关键。但是，目前对于股骨头坏死的发生机制，尤其是松质骨微观力学特性的演变规律尚不完全明确。

有学者提出一系列关于股骨头坏死成因的假说，比如血流紊乱、骨细胞凋亡、脂质代谢紊乱、基因多态性、免疫因子和生物力学因子等因素的影响[5,8-9]。从生物力学角度来讲，髋关节作为人体重要的承重关节，其内部松质骨承担了绝大部分力学传递的工作。Bullough等[10]提出增厚的硬化骨小梁和坏死骨小梁之间连接处的应力集中可能是塌陷的原因。已有研究在塌陷股骨头样本中的硬化边界处发现了剪切应力集中的现象[11]。因此，股骨头内部松质骨的结构和力学性能的改变可能会是导致股骨头坏死的重要因素。

基于医学影像的有限元建模分析方法(finite element modeling, FEM)可以无创研究目标骨骼的受力特性[12]。……