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三翼臼假体的相关基础研究

刘志新  
【摘要】:无菌性松动是人工关节置换术常见的晚期并发症,临床上髋臼假体松动合并骨缺损的处理非常困难。缺损髋臼的重建主要涉及翻修髋臼假体的设计与选择、翻修假体的固定和骨缺损修复等几个重要问题。解放军总医院骨科于上世纪90年代初自行设计了具有自主知识产权的三翼形髋臼假体,并应用于临床,至今已有10年随访病例,获得了良好的效果。该假体与目前国际上流行的髋臼翻修骨缺损重建方法相比,达到了翻修后假体稳定、骨缺损植骨修复和髋关节旋转中心归位的目的。 本课题即围绕三翼臼假体的设计特点展开其相关的基础研究,通过体外生物力学测试验证三翼臼在骨缺损髋臼中的初期稳定性,并通过动物实验观察三翼臼假体周围颗粒骨植骨的成骨能力,为三翼臼的临床应用提供实验依据。一、三翼臼假体植入骨缺损髋臼的生物力学研究 目的:通过体外生物力学测试验证三翼臼在骨缺损髋臼中的初始稳定性,探讨三翼臼力学稳定性的基础。 材料与方法:在尸体骨盆标本上,利用先进的MTS 858 Mini BionixⅡ生物力学机分别加载循环载荷和静力载荷,对三翼臼假体进行压力负荷和扭转负荷实验。根据临床上多见的可能对假体微动产生影响的四种因素分设两个水平,采用正交设计方案,组合成8种处理工况对三翼臼进行轴向循环压力载荷测试,同理进行三翼臼的循环扭矩载荷测试。同时选择一种临床比较常见的工况分别进行了静力压力载荷和扭矩载荷的测试。 结果:1、在压力负荷实验,经10万次加载686N压力载荷,采集100次、1000次、1万次、10万次假体微动位移,工况为小骨缺损面积—假体植入后翼与载荷力线平行—紧压配合植入—螺钉固定的三翼臼最为稳定,微动位移为83-96um,疲劳位移为151 um。在相同工况下,螺钉固定组的微动位移小于无螺钉固定三翼臼组(P<0.05),小骨缺损组小于大骨缺损组(P<0.05), 中国人民解放军军医进修学院博士论文 中文摘要 紧压配合植入组小于严密配合植入组(P0.05),假体植入后翼与载荷力线平 行组小于交叉组(P0.05)。在静力压力载荷达2058N时,螺钉固定组三翼臼 下沉位移为182 um,低于无螺钉固定组。2、在扭矩负荷实验,加载6.8 Nm 循环扭矩,100次时8种工况的微动扭角均较小,最大为0.2130。10万次时, 工况为小骨缺损面积一压力载荷686N一紧压配合植入一三翼臼组最为稳定, 微动扭角为0.1740,疲劳扭角为0.1760。在相同工况下,小骨缺损组的微动 扭角小于大骨缺损组(P0.05),紧压配合组小于严密配合组(P.05),压力 载荷2058N下扭转组小于压力载荷686N下扭转组(P0.05),三翼臼组小于 普通臼组(P0.05)。在静力扭矩载荷下三翼臼组的固定失效扭矩值明显大于 普通臼组,紧压配合植入时达101 Nm。 结论:无论在循环载荷还是静力载荷下,三翼臼在骨缺损髓臼内具有优 良的轴向和抗扭转稳定性,并且具有良好的托持支撑作用,能够满足无骨水 泥假体植入初期的生物力学稳定性要求以及提供对骨缺损空间的应力保护。 二、三翼臼颗粒骨植骨修复骸臼骨缺损的实验观察 目的:建立骼臼骨缺损的动物实验模型,观察三翼臼假体周围颗粒骨植 骨的成骨能力,为三翼臼的临床应用提供动物实验基础。 材料与方法:首先根据犬髓臼的最大径、骸臼深度以及臼顶厚度的测量 结果,设计了与人体实用成比例的犬实验用三翼臼和标准臼假体以及股骨假 体。将19只成年杂种犬随机分成3组,分别为实验组:节段性骨缺损颗粒骨 植骨+三翼臼假体组9只,阳性对照组:包容性骨缺损颗粒骨植骨+标准珍 珠面假体9只,空白对照组:骨缺损+三翼臼假体组1只,建立犬髓臼骨缺 损植骨修复重建的动物模型。前两组分别于术后1、3、6月取材,空白对照 组术后6月取材。处死前2周和1周时,经胫前皮下静脉注射四环素溶液(30mg/ kg)进行荧光标记。对标本进行大体病理、X线片检查、组织学观察及骨形 态计量学参数的测量。 中国人民解放军军医进修学院博士论文 中文摘要 结果:实验组和阳性对照组结果相似,X片术后6个月时难以辨认移植 骨与周围骨质密度的差别,可见骨小梁结构,假体一骨界面结合牢靠。大体 观察可见6个月时三翼臼植骨区表面与正常骨表面相仿,界限不清,可见三 翼臼的翼板被骨组织包埋。组织学观察术后1个月时可见大量沿假体表面周 围类骨质形成,移植颗粒骨骨掺入活跃,术后3个月时假体周围成骨活动较 活跃,术后6个月时可见假体周围骨改建塑性,假体表面周围可见同心圆状 的骨单位形成,骨与假体结合紧密。骨计量学结果显示,3个月时荧光物质沉 积较多,各项指标显示颗粒骨成骨较6个月时活跃。 结论:犬髓臼骨缺损修复重建动物模型的建立具有可行性、可重复性, 可作为研究骸臼翻修方法的模型应用。颗粒骨在三翼臼植入的条件下骨掺入 过程顺利,假体一骨组织界面结合紧密,三翼臼冷干颗粒骨植骨具有良好的 修复髓臼骨缺损作用。


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