检索历史 清除

摘要目的:邻近股骨近端的肿瘤切除以及股骨远端假体翻修手术可能会导致股骨近端剩余很短的骨段，即超短残留股骨近段（长度不足12cm）。目前，如何实现超短残留股骨近段假体的稳定固定和长期生存是骨肿瘤研究领域的热点之一。随着增材制造产业的发展，具有精准匹配性和生物相容性的定制3D打印假体有可能成为重建超短残留股骨近段的潜在解决方案。此外，尽管3D打印假体已广泛应用于四肢肿瘤切除后的大段骨缺损重建，但对于翻修股骨远端假体的临床疗效尚不明确。本研究旨在（1）基于“动静结合”理念，运用体外生物力学试验和有限元分析，探讨两种不同假体固定的生物力学特性，为重建超短残留股骨近段的假体设计提供生物力学依据;（2）探讨以“动静结合”为核心的中医治疗理念的对本研究的指导意义;（3）探讨应用3D打印生物柄假体对股骨远端假体无菌性松动翻修的临床疗效。<br>　　方法:1.选取12根Sawbones人工股骨模型，随机分为两组，每一根股骨按照剩余长度12cm进行截骨，制备成12根超短残留股骨近段模型。将股骨模型CT扫描数据输入计算机，建立三维重建模型。根据三维股骨模型设计并通过3D打印技术制造出两种不同固定方式的假体:单纯柄假体和三角固定柄假体。将股骨模型进行适当加工扩髓后，分别使用单纯柄和三角固定柄假体进行固定，最终制备成6个股骨-单纯柄模型（单纯柄组）和6个股骨-三角固定柄模型（三角固定柄组）。使用牙托粉包埋股骨远端，并置于单足站立位。在股骨内侧皮质、大转子和假体底部周围表面各选取10个位点，黏贴电阻应变片，对每个股骨-假体柄模型分别进行0～2800N的轴向压缩实验和0～5°的水平扭转实验，分别记录最大位移、最大扭矩和股骨应变情况。<br>　　2.使用320排CT机对Sawbones人工股骨模型进行扫描，并将扫描数据保存为DICOM格式，导入Mimics21.0软件中进行图像阈值分离和平滑处理等操作，生成股骨的三维重建模型。然后将三维重建模型导入Geomagic Wrap 2021软件中，进行网格加密、表面去噪、光滑处理等操作，生成STP格式的股骨实体模型，将其导入UG NX 10.0软件中，完成超短残留股骨近段的三维模型制作，并使用该软件构建单纯柄和三角固定柄三维模型。根据体外生物力学实验中假体固定安装的位置，将两种假体柄和超短残留股骨近段模型进行组装并导入到有限元分析软件Ansys Workbench 19.0中，随后进行网格划分、设置边界条件和材料属性赋值，最终生成股骨-单纯柄和股骨-三角固定柄有限元模型。最后，对两种有限元模型分别施加与体外力学实验相同的载荷，记录相应的应力、位移峰值和分布云图。<br>　　3.回顾性分析2021年6月至2022年12月中国人民解放军联勤保障部队第九六○医院采用3D打印生物柄进行股骨远端假体无菌性松动翻修手术的的6例患者资料，其中男4例、女2例，年龄(58±11)岁(范围46～75岁)，病理诊断为骨肉瘤2例、骨巨细胞瘤3例、恶性周围神经鞘瘤1例，首次翻修1例、二次翻修4例、三次翻修1例。所有患者在翻修术前进行影像学评估，根据CT图像数据进行假体柄个性化设计。术后定期进行临床及影像学随访，主要观察指标为肿瘤学结果、假体生存情况、手术时间、术中出血量、术后并发症。采用国际肌肉骨骼肿瘤学会(The Musculoskeletal Tumor Society,MSTS)93下肢功能评分评价患者的下肢功能。根据影像学和临床表现评估患者的骨整合情况。<br>　　结果:1.体外力学实验结果表明，在2800N的轴向压缩载荷下，三角固定柄组的位移明显小于单纯柄组，差异具有统计学意义(P=0.029)。三角固定柄组的2、3、5、6、10点位的应变值变化明显小于单纯柄组，差异具有统计学意义(P＜0.05)。此外，在扭转1°、3°、5°角度时，三角固定柄组的扭矩明显大于单纯柄组，差异具有统计学意义(P＜0.05)。<br>　　2.有限元分析结果表明，在2800N的轴向压缩载荷下，股骨-单纯柄模型和股骨-三角固定柄模型的股骨应力分布均集中在股骨颈上方、下方以及股骨干内侧皮质三个区域。其中，股骨-三角固定柄模型在股骨颈上下方、股骨干内外侧皮质区域的整体应力峰值均小于股骨-单纯柄模型。两种假体柄模型的应力分布不同，股骨-单纯柄的应力主要集中在假体柄两侧与底座接触的区域，而股骨-三角固定柄的应力主要集中在假体柄内侧与底座接触区域和钢板钉孔与固定螺钉接触区域。股骨-三角固定柄模型的假体内侧、外侧和底座应力峰值均小于股骨-单纯柄模型，两种模型的股骨和假体位移峰值均出现在股骨头顶点和假体顶端。其中，股骨-三角固定柄模型的股骨和假体位移峰值均小于股骨-单纯柄模型。在5°的水平扭转载荷下，股骨-三角固定柄模型的扭矩为大于股骨-单纯柄模型，在应力、位移峰值和分布方面，两种模型大致相同。<br>　　3.6例患者均顺利完成手术，随访时间（23.5±7.04）个月（范围21～30个月）。所有患者末次随访均存活，无肿瘤复发和远处转移，未发生感染和假体松动、断裂等并发症。通过影像学与临床表现评估，所有患者无明显临床症状，影像学检查均可见到假体位置良好，无松动征象，假体表面可见明显骨张入，骨整合情况良好。术后MSTS 93下肢功能评分明显高于术前，差异有统计学意义（P＜0.05）。<br>　　结论:1.基于“动静结合”理念所设计的三角固定柄假体不仅提高了假体柄本身结构的稳定性，也有效地降低了股骨近端表面的应变。与单纯柄假体相比，三角固定柄假体具有更好的抗压和抗旋转作用，稳定性更好。<br>　　2.有限元分析同样证实了三角固定柄假体较单纯柄假体具有更好的抗压和抗旋转能力。同时，三角固定柄能显著提高股骨模型的整体稳定性，降低股骨颈周围和内外侧皮质的应力峰值和应力集中，改善股骨和假体柄的应力分布。从生物力学角度来看，三角固定柄是重建超短残留股骨近段的合理方案，这为后续临床应用提供了有力的生物力学证据与支持。<br>　　3.以“动静结合”为核心的中医治疗理念在本研究中发挥了重要的指导作用。“动静结合、筋骨并重”的学术思想要求我们在重建超短残留股骨近段时必须秉持保留自身关节的治疗理念。在“动静结合”理念指导下所设计的三角固定柄假体既实现了假体本身稳定的“静态”固定环境，又能给予股骨近端适宜的“力值微动”，与单纯柄假体相比，更符合股骨近端的生物力学特点。<br>　　4.3D打印生物柄假体具备即刻初始稳定性和出色的生物相容性，临床疗效和骨整合满意，可作为股骨远端假体无菌性松动翻修的有效方法。