人股骨头大孔径髓芯减压后支撑架植入生物力学分析

1、人股骨头大孔径髓芯减压后支撑架植入生物力学分析人股骨头大孔径髓芯减压后支撑架植入生物力学分析【关键词】股骨头缺血性坏死髓心减压术支撑架生物力学【摘要】目的观察钛合金支撑架植入对经转子大孔径髓芯减压后人股骨头力学强度的影响。方法取新鲜人股骨头9对，随机分成3组，每组3对。其中2组随机选取每对中的一侧，分别模拟经股骨颈大孔径(d=16)单纯髓芯减压、大孔径髓芯减压+钛合金支撑架植入治疗股骨头坏死的方法做成治疗后的状态，另一侧做正常对照，第3组随机选取其中一侧模拟经股骨颈大孔径单纯髓芯减压，另一侧模拟经股骨颈大孔径髓芯减压+钛合金支撑架植入，在ags-10knd万能生物材料实验机上进行力学性能测试，

2、观察3组标本股骨头的力学刚度及强度，对每对标本的实验结果标准化后进行统计学分析。结果单纯大孔径髓芯减压组和正常对照组力学曲线成单峰状，大孔径髓芯减压+钛合金支撑架植入组力学曲线呈双峰状。单纯大孔径髓芯减压组刚度及最大负载明显低于正常对照组(p0.05)，钛合金支撑架植入组初峰刚度及最大负载与正常对照组无明显统计学差异(p0.05)，次峰最大负载明显高于正常对照组(p0.05)。结论经转子大孔径髓芯减压会明显降低股骨头负重区的力学强度。钛合金支撑架植入能给股骨头负重区软骨下骨提供足够的机械支撑力，起到防止股骨头塌陷，维持股骨头外形的作用，有利于坏死股骨头的再生和修复。【关键词】股骨头缺血性坏死髓

3、心减压术支撑架生物力学biehanialstudyftitaniuallyageiplantatinfrthelargeapertureredepressinfferalheaddepartentfrthpaedis,affiliatedhspitalfguilinedialllege,guilin541001,hinakeyrds：feralheadnersis；redepressin；age;biehanis股骨头坏死早期理想的治疗效果是抑制或阻止病变的发展，防止关节面的塌陷，避免或延缓行关节置换术。传统的保留股骨头的治疗办法对股骨头的力学重建重视不足。术后股骨头内缺乏有力的支撑而无法阻止

4、股骨头的进一步塌陷1。为此，作者设计制造中空多孔圆柱状带螺纹的钛合金支撑架，通过髓芯减压隧道植入，强化力学结构，结合自体骨移植治疗早期股骨头坏死2,3。为了解该手术对股骨头生物力学的影响，本实验对大孔径(d=16)髓芯减压、大孔径髓芯减压+钛合金支撑架植入治疗股骨头坏死这2种方法进行生物力学测试，为临床提供实验依据。1材料与方法1.1支撑架钛合金支撑架为杨述华教授等人设计(专利号：2004200648942)。为中空圆柱状，近端钝圆带中心导针孔，远端开口，周围带螺纹，周壁多孔呈网眼状，长28，外径16，内径13，螺距2.5。其合金组成为钛铝四矾(图1)。1.2实验分组取自愿捐献遗体脑外伤死亡青

5、壮年男性新鲜股骨9对，剔除软组织后双层塑料袋密封，置入-80超低温冰箱(sany，日本生产)中冷冻保存。测试前36h取出，室温下自然解冻。随机分3组，每组3对。其中2组随机选取每对中的一侧，分别模拟经股骨颈大孔径单纯髓芯减压、大孔径髓芯减压+钛合金支撑架植入治疗股骨头坏死的方法做成治疗后的状态，另一侧做正常对照，对照组无任何处理。第3组随机选取其中一侧模拟经股骨颈单纯髓芯减压，另一侧模拟经股骨颈髓芯减压+钛合金支撑架植入。1.3标本制作在标本上模拟人体上的钻孔植入过程。单纯大孔径髓芯减压实验侧，用直径13的麻花钻从股骨大转子下骨皮质经股骨颈斜向股骨头钻隧道，直达股骨头软骨下骨板下5处，外径16

6、的丝攻攻丝。大孔径髓芯减压+钛合金支撑架植入组钻孔后拧入支撑架(图2)。1.4实验仪器日本岛津公司生产的ags-10knd万能生物材料实验机，最大拉压力为10kn，拉压速率0.5-500in。1.5测试方式设计专用夹具，将每个标本固定在自制的股骨夹具上，调整成前屈20，内收5，股骨头前倾15位置，用直径10的柱状钢压块在上加压，钢压块末端制成凹球面状，加压前在压块和股骨头之间用骨水泥偶合接触面，预加载后去除多余的骨水泥，待骨水泥干透后行正式加载。本实验加压速率为5in。实验机内的电脑自动记录载荷信号生成位移-载荷曲线及相关数据，并由inagslite2000测试分析软件计算获得相关数据。1.6

7、统计学方法对测得数据进行标准化，减少个体差异。将数据分为单纯髓芯减压组、髓芯减压+钛合金支撑架植入组和正常对照组3组，每组6个标本。采用spss1010分析处理相关数据行方差分析和t检验。2结果2.1各组股骨标本的刚度及最大负载结果单纯大孔径髓芯减压组刚度及最大负载明显低于正常对照组(p0.05)，钛合金支撑架植入组初峰刚度及最大负载与正常对照组无明显统计学差异(p0.05)，次峰最大负载明显高于正常对照组(p0.05)(表1)。表1股骨头的刚度(n/)及最大负载(n)(略)2.2力学分析位移-载荷曲线(图3)图中纵坐标表示ags210knd万能生物材料实验机所施加的载荷，横坐标表示所产生的位

8、移。从图中可以看出单纯大孔径髓芯减压组和正常对照组力学曲线成单峰状，大孔径髓芯减压+钛合金支撑架植入组力学曲线呈双峰状。3种状态下刚度曲线在位移约2时达到拐点，在达到拐点前的上升段线性关系良好。单纯大孔径髓芯减压组曲线明显较另2组低平。钛合金支撑架植入组初峰与正常对照组基本重合，次峰高度明显高于初峰。3讨论3.1股骨头坏死保头治疗现状股骨头坏死是骨科常见的难治性疾病，尤其非创伤性股骨头坏死高发于中青年患者(平均38岁)，如不治疗，80的患者将在4年内出现股骨头塌陷和骨性关节炎4。股骨头坏死的保头治疗已受到越来越多的关注。由于股骨头坏死的病理特点，在关节面塌陷之前，任何早期治疗的理想目标都是要延

9、迟或阻止病情的发展。文献报道只有在股骨头塌陷前进行治疗的患者才能获得满意的疗效。最佳治疗时机是在疾病的早期阶段，关节面没有塌陷，软骨下骨的机械支撑还没有丧失的时候(fiat期)5。在塌陷前期治疗股骨头坏死的同时设法保护或恢复负重区的软骨下骨力学性能的稳定性，或对其提供足够的力学支撑，防止其塌陷3。nt等6回顾了42篇文献，共2025例患者，发现保守治疗只有22.7的患者可获得满意的疗效，而髓芯减压治疗的满意率为63.5。带血供的骨块移植比不带血供的骨块与周围骨质融合的更快，融合率更高7。suas等8报告采用大块同种异体骨移植到股骨头内提供支撑的改良髓芯减压法，疗效达68。后来berend等9对

10、这种方法进行了改进，利用股骨外侧髓芯隧道减压，自体或异体腓骨、髂骨移植，虽然早期疗效令人满意，但长期随访显示成功率很低，为48。gnzalez等10报告285例406髋髓芯减压加自体颗粒松质骨移植的临床疗效，术后平均随访29个月，其中28的fiat期和34的fiat期患者需行全髋关节置换术，而塌陷后的期患者中，有49需行全髋关节置换。leali等11将行单纯髓芯减压术的患者和行髓芯减压加脱钙骨基质移植患者的临床疗效进行了比较，髓芯减压组包括fiat期43髋，fiat期47髋；髓芯减压加脱钙骨基质组包括fiat期27髋，fiat期20髋。术后虽然早期效果满意，但对fiat期患者的长期随访中发现髓

11、芯减压加脱钙骨基质组较单纯髓芯减压组的成功率提高11，对fiat期患者的随访中两者差异无统计学意义。3.2力学曲线分析3.3股骨头强化力学结构支撑体的选择理论上植入物的强度不小于正常股骨头松质骨，且与周围骨质结合紧密，能将应力均匀分散到周围骨质并且在体内其力学强度能够维持足够的时间，即可满足股骨头强化力学结构支撑体植入手术的要求。目前强化力学结构治疗股骨头坏死的方法中使用的支撑体主要有：自体松质骨10、皮质骨、同种异体松质骨、皮质骨5，13，人工骨，可吸收聚乳酸材料和金属材料。其中自体、异体松质骨和人工骨不能提供足够的力学强度及力学支撑时间。自体骨的来源有限且会增加患者手术创伤。金属材料如钽棒

12、14、钛合金材料的机械强度明显高于股骨头，存在一定应力遮挡，而且造成手术失败后患者后期行髋关节置换时内固定材料取出困难和股骨颈截骨困难。同种异体皮质骨和可吸收自增强聚乳酸材料的来源及加工相对容易，能提供足够的支撑力并维持足够的力学支撑时间，是目前比较理想的支撑材料，如能够加工成类似支撑架的笼网状，在中空多孔的支撑体中植入自体松质骨、血管内皮生长因子、骨形态发生蛋白等具有骨诱导作用的生物活性材料，促进股骨头再生修复，可望取得更好的临床效果。【参考文献】1ruiying,yang,shuhuay,etal.titaniuallyageiplantatinfrthetreatentfisheiner

13、sisfferalheadindgsj.huazhngunivsitehedsi,2008,2:163-166.2杨述华，杨操，王锐英，等空心钛支撑架结合自体骨移植治疗股骨头坏死j临床骨科杂志，2005，4：289-2913王锐英，张其亮，傅德皓，等钛合金支撑架植入治疗股骨头缺血性坏死的动物实验研究j中国矫形外科杂志，2007，7：538-5404nta,arbnejj,fairbanka.redepressinversusnnperativeanageentfrstenersisfthehipj.linrthp,1996,324:169-178.5杨述华，杨操，李宝兴，等强化力学结构治疗股骨

14、头坏死的临床研究j中华骨科杂志，2006，5：313-3166nta,raglandps,etienneg.redepressinftheferalheadfrstenersisusingperutaneusultiplesall-diaeterdrillingj.linrthprelatres,2004,429:131-138.7urbaniakjr,harveyej.revasularizatinftheferalheadinstenersisj.jaaadrthpsurg,1998,6:44-54.8suaspn,berisae,alizsk,etal.treatentfavasular

15、nersisftheferalheadithvasularizedfibulartransplantj.linrthprelatres,2001,386:120-130.9berendkr,gunnesnee,urbaniakjr.freevasularizedfibulargraftingfrthetreatentfpstllapsestenersisftheferalheadj.jbnejintsurg(a),2003,85:987-993.10gnzaleza,batesj,diarle,etal.failureffreevasularizedfibulargraftfrstenersisftheferalhead:ahistpathlgistudyf6asesj.jarthrplasty,2005,20:331-336.11lealia,fettj,halejj.bistruturalaugentatinfrthetreatentfstenersis:ratinale,tehnique,andaseexaplej.jsuthrthpass,2002,11:167-171.12王锐英，杨述华，杨操，等支撑架植入防止髓芯减压后狗股骨头塌陷的力学