Silent Hipステムを用いた人工股関節置換術後の大腿骨密度の長期的挙動を計算で予測する

Computational prediction of the long-term behavior of the femoral density after THR using the Silent Hip stem.

抄録

股関節全置換術後に進行する人工関節周囲の骨吸収による無菌性のゆるみは、関節形成術の合併症や失敗の原因となる重要な懸念事項です。股関節インプラントと周囲の大腿骨との間の剛性の不一致は、骨密度の吸収を引き起こす重要な要因の1つである。この論文は、サイレントヒップステムを使用したTHR後の大腿骨の長期的な反応を調査することを目的とした。この目的のために、検証済みの熱力学に基づく計算モデルを使用して、THR前後の骨密度の変化を計算しました。このモデルには、力学的負荷や生化学的親和性など、骨のリモデリングプロセスに関与する重要な因子が組み込まれています。3次元有限要素解析による数値シミュレーションの結果は、5つの関心領域において定性的および定量的に解析された。骨密度予測では、頚部で顕著な骨吸収が見られ、特にゾーン1とゾーン5でそれぞれ-18.7%と-14%であった。逆に、大転子部（ゾーン2）では+25%の骨形成が観察された。頸部では力学的負荷が減少したため、ストレスシールドが起こったと考えられる。大腿骨全体の骨密度分布の定量的解析から、サイレントヒップステムは文献で報告されている従来のデザインの股関節ステムと比較して骨吸収が少なく、活動的な患者に使用できる可能性があると思われる。

Aseptic loosening due to the progressive periprosthetic bone resorption following total hip replacement is a crucial concern, that causes complications and failure of the arthroplasty surgery. The mismatch in stiffness between the hip implant and the surrounding femoral bone is one of the key factors leading to bone density resorption. This paper aimed to investigate the long-term response of the femoral bone after THR using the Silent Hip stem. For this purpose, a validated thermodynamic-based computational model was used to compute the change in bone density before and after THR. This model incorporated essential factors involved in bone remodeling process, such as mechanical loading, and biochemical affinities. The results of the numerical simulations using 3D finite element analysis were analyzed in five zones of interest qualitatively and quantitatively. Bone density predictions showed notable bone resorption in cervical areas, specifically in zone 1 and zone 5 of -18.7% and -14%, respectively. Conversely, bone formation was observed in the greater trochanter area (zone 2) of +25%. Stress shielding seemed to occur at cervical area due to the reduction in the mechanical loading in this region. Based on the quantitative analysis of the bone density distribution throughout the femoral bone, it appears that the Silent Hip stem achieved less bone resorption compared to conventional hip stem designs reported in the literature, which could be used for active patients.