Legg-Calve-Perthes病是1910年Legg(美国)、Calve(法国)、Perthes(德国)各自发现并描述的原因不明的儿童股骨头骨骺坏死,亦称Legg-Perthes病。该病至今仍然是困扰小儿骨科界的一大难题。该病的病因和发病机理至今未明,但研究已证明：在Legg-Perthes病早、中、晚期病例中，均存在股骨头、颈骨内压增高和静脉回流障碍,它们是本病发病机理的关键,降低骨内压、改善静脉回流和矫正髋关节畸形的手术治疗可以取得良好的临床疗效。但骨内压增高和静脉回流障碍的形成机制还有待于深入研究。 第一部分:Legg-Perthes病发病机理的应用解剖学研究。 目的：探讨Legg-Perthes病股骨头、颈骨内压增高和静脉回流障碍的形成机制提供解剖学依据。 方法：采用巨微解剖、血管透明、组织切片、扫描电镜、骨内微血管和毛细血管定量等方法对30例胎儿、新生儿及儿童的股骨头、颈骨外静脉配布,骨内静脉、微血管和毛细血管的构筑特点进行观察和定量分析。 结果：①股骨头、颈骨外静脉包括：旋股内、外侧静脉,闭孔静脉,臀上、下静脉,颈后静脉,髂腰静脉,股骨头韧带静脉,颈升静脉；骨内静脉包括：前、后、上、下骺静脉,内骺静脉,前、后、上、下干骺静脉。关节囊内存在丰富的滑膜下静脉网,髋关节周围形成两个彼此有吻合的环状结构。②股骨头内的微动脉发自骺动脉,一般有2～3级,呈树状分支,各级分支的管径无明显变化,行程长短不一,无迂曲。一条微动脉一般有两条微静脉伴行,微静脉间有丰富的横行吻合。③胎儿组股骨头、颈内微血管数为30.02±2.50/cm2,毛细血管数为32.01±2.12/cm2;新生儿组股骨头、颈内微血管数为26.12±2.15/cm2,毛细血管数为20.05±2.50/cm2。 结论：股骨头、颈骨外静脉的配布,骨内静脉、微血管和毛细血管的构筑特点为进一步阐明Legg-Perthes病股骨头、颈静脉回流障碍和骨内压增高的形成机制提供了详实的解剖学依据。 第二部分:Legg-Perthes病的手术方法选择及远期疗效评价。 目的：了解Legg-Perthes病远期手术疗效,建立一种比较科学和规范化的手术疗效评价标准。 方法：选择1991年1月～2002年6月接受手术治疗的42例Legg-Perthes病患者进行5年以上随访,其中18例获5～10年随访,24例获10～16年随访,平均随访9.5年。患者均为单侧受累,接受手术时的年龄为6～10岁,平均8岁。根据股骨头坏死范围及脱位的程度选择不同手术方法。Catterall Ⅰ型和无半脱位的Catterall Ⅱ型选择术式①滑膜切除+骺板上方开窗病灶清除+髂骨植骨术。Catterall Ⅲ、Ⅳ型均有半脱位,加选术式②股骨转子下截骨术或③Salter骨盆截骨术,以解决包容问题。其中,明显半脱位者选择术式①+②；严重半脱位者选择术式①+②+③。采用一种新的临床与放射线相结合的评价标准进行远期手术疗效评价。 结果：本组42例Legg-Perthes病患者远期手术疗效评价结果：优14例(33.3％),良25例(59.5％),可3例(7.2％)。13例Catterall Ⅰ型中优7例(53.8％),良6例(46.2％);6例Catterall Ⅱ型中优2例(33.3％),良4例(66.7％);16例CatterallⅢ型中优4例(25.0％),良10例(62.5％),可2例(12.5％);7例Catterall Ⅳ型中优1例(14.3％),良5例(71.4％),可1例(14.3％)。采用术式①治疗15例,其中优9例(60.0％),良6例(40.0％);采用术式①+②治疗18例,其中优4例(22.2％),良13例(72.2％),可1例(5.6％);采用术式①+②+③治疗9例,其中优1例(11.1％),良6例(66.7％),可2例(22.2％)。 结论：(1)根据股骨头坏死范围及脱位的程度不同选择滑膜切除+骺板上方开窗病灶清除+髂骨植骨术、股骨转子下截骨术和Salter骨盆截骨术可以降低股骨头颈骨内压、改善静脉回流、改善头臼包容、矫正畸形,随访远期手术疗效良好。(2) 本研究提出的临床与放射线相结合的疗效评价标准更科学、更规范化,具有临床应用价值。 第三部分:Legg-Perthes病髋关节三维有限元仿真模型的构建及生物力学分析。 目的：构建Legg-Perthes病相关三维有限元仿真模型,在理论生物力学层面评价骨坏死和手术对患儿髋关节生物力学的影响。 方法：(1) 选取正常发育的8岁男性儿童1例,采用螺旋CT对其骨盆和股骨上段进行薄层扫描,将获取的DICOM格式图像数据输入到Mimics 9.1进行三维模型重建。Freeform自由造型系统进行模型修改和表面划分,生成三维几何模型,以IGES格式图像数据导入三维有限元软件Ansys 10.0生成实体模型,利用Ansys的自适应网格划分功能对模型各部分进行网格划分,最终建立正常髋关节三维有限元仿真模型。(2) 在获取的正常儿童髋关节实体模型基础上,模拟Legg-Perthes病Catterall Ⅲ型伴明显半脱位时的病理改变,建立Legg-Perthes病髋关节三维有限元仿真模型。(3) 在获取的Legg-Perthes病髋关节实体模型基础上,模拟在Legg-Perthes病Catterall Ⅲ型伴明显半脱位患者施加术式①+②(见第二部分)时的情况,建立Legg-Perthes病手术后的髋关节三维有限元仿真模型。按界定的载荷和边界条件,分别施加于不同因素髋关节三维有限元仿真模型,经Ansys 10.0自动计算输出结果。 结果：(1) 正常儿童髋关节三维有限元仿真模型包含髋关节的Y形软骨、髋臼软骨、股骨头、颈软骨等三维模块,并保持原有正常股骨颈干角140°,前倾角15°,划分节点数13323个,单元数44630个；建立的Legg-Perthes病髋关节三维有限元仿真模型,股骨颈干角保持140°,前倾角增加至20°,划分节点数17589个,单元数45911;建立的Legg-Perthes病手术后髋关节三维有限元仿真模型,股骨颈干角分别减小为130°和120°,前倾角恢复为15°,划分节点数33206,单元数67251。(2) 正常儿童髋关节在双足站立位时Von Mises应力集中主要分布在股骨头软骨表面的最上部略偏前外及对应的髋臼软骨表面,股骨头和髋臼软骨表面的Von Mises应力峰值分别为1.11MPa和1.75MPa。单足站立位时Von Mises应力分布基本同双足站立位时的情况,股骨头和髋臼软骨表面的Von Mises应力峰值分别为3.66MPa和4.88MPa。股骨颈区域路径1和路径2的位移—应力曲线显示股骨颈基底中后部Von Mises应力最大,路径2的Von Mises应力峰值约为路径1的10倍,在股骨颈中下部和小转子下方内侧出现二个峰值。(3) Legg-Perthes病Catterall Ⅲ型伴明显半脱位的髋关节在双足站立位时Von Mises应力集中仍然主要分布在股骨头软骨表面的最上部略偏前外及对应的髋臼软骨表面,股骨头和髋臼软骨表面的VonMises应力峰值为分别为1.46MPa和1.96MPa。(4) Legg-Perthes病Catterall Ⅲ型伴明显半脱位患者施加手术(股骨近端内翻10°)的髋关节，在双足站立位时Von Mises应力集中主要分布在股骨头软骨表面的最上部略偏前内和对应的髋臼软骨表面,股骨头和髋臼软骨表面的Von Mises应力峰值分别为1.21MPa和1.42MPa。(5) Legg-Perthes病Catterall Ⅲ型伴明显半脱位患者施加手术(股骨近端内翻20°)的髋关节在双足站立位时Von Mises应力集中仍然主要在股骨头软骨表面的最上部略偏前内和对应的髋臼软骨表面,以及髋臼软骨表面的后外,股骨头和髋臼软骨表面Von Mises应力峰值分别为1.38MPa和1.63MPa。 结论：(1) 利用正常儿童骨盆和股骨上段薄层螺旋CT扫描获得的DICOM格式图像数据,通过Mimics、Freeform和Ansys软件,可以快速和精确地实现完全程数字化构建正常儿童髋关节三维有限元仿真模型,并可以在获取的正常儿童髋关节实体模型基础上,模拟Legg-Perthes病变和手术建立相应的髋关节三维有限元仿真模型,这为Legg-Perthes病和其他儿童髋关节疾病的相关三维有限元生物力学分析提供了新的技术平台。(2) Legg-Perthes病时分布在髋关节的应力增大,且出现股骨颈及其周围的异常应力增加,如果不给予合理的干预治疗,最终将导致股骨头的变形、碎裂和塌陷,以及股骨颈的发育异常。(3) 对Legg-Perthes病患儿施行滑膜切除+骺板上方开窗病灶清除+髂骨植骨+股骨转子下截骨术可以改善病变髋关节的应力分布,以股骨近端内翻10°为最佳选择,这样髋关节的生物力学情况更接近正常发育的髋关节,髋关节的形态与结构更接近成人。