膝關(guān)節(jié)腫瘤型假體力線分析

耿磊 王臻 郭征 范宏斌 栗向東 李靖 陳國(guó)景 付軍 石磊 孫暢寧 王玲

. 臨床研究與實(shí)踐 Clinical research and practice .

膝關(guān)節(jié)腫瘤型假體力線分析

耿磊 王臻 郭征 范宏斌 栗向東 李靖 陳國(guó)景 付軍 石磊 孫暢寧 王玲

目的 探討矢狀位下股骨與假體力線匹配的關(guān)系，尋求假體早期松動(dòng)原因，為膝關(guān)節(jié)腫瘤型假體安裝和設(shè)計(jì)制造提供科學(xué)依據(jù)。方法 取 1 例膝關(guān)節(jié)腫瘤型人工假體取出物建立 3 D 數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行有限元分析，獲取理論數(shù)據(jù)；結(jié)合 86 例患者術(shù)后冠狀位、矢狀位 X 線片股骨與假體偏倚角度，分析冠狀位、矢狀位股骨與假體力線偏倚對(duì)假體松動(dòng)的影響；測(cè)量矢狀位下股骨生理曲度，統(tǒng)計(jì)各年齡階段股骨弧度。結(jié)果 ( 1 ) 假體髓內(nèi)柄 4 個(gè)方向偏移角度對(duì)股骨髓腔松質(zhì)骨形變的影響，偏倚 3° 時(shí)最大形變均值為 ( 0.590± 0.001 ) mm，偏倚 6° 時(shí)最大形變均值為 ( 1.163±0.002 ) mm，偏倚角度＞3°，就超過了松質(zhì)骨形變?nèi)菰S的上限0.58 mm，偏倚度數(shù)大小對(duì)髓腔骨質(zhì)強(qiáng)迫形變的影響，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 ( P＜0.05 )；( 2 ) 86 例術(shù)后 2、5 年，分別有 78、67 例獲隨訪。冠狀位術(shù)后 2 年偏倚角度＞3° 者 2 例，未出現(xiàn)假體松動(dòng)；術(shù)后 5 年偏倚角度＞3° 者4 例，占 4.7%，2 例出現(xiàn)無菌性松動(dòng)，占 2.3%；矢狀位術(shù)后 2 年偏倚角度＞3° 者 8 例，占 9.3%，4 例出現(xiàn)無菌性松動(dòng)；術(shù)后 5 年偏倚角度＞3° 且出現(xiàn)松動(dòng)者 13 例 ( 含術(shù)后 2 年出現(xiàn)無菌性松動(dòng)的 4 例 )，占 15.1%。通過冠狀位與矢狀位偏倚角度對(duì)假體松動(dòng)影響的構(gòu)成比分析，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 ( P＜0.01 )，矢狀位偏倚角度對(duì)假體松動(dòng)影響明顯；股骨矢狀位生理彎曲遠(yuǎn)端弧度較近端弧度小。結(jié)論 ( 1 ) 腫瘤型假體髓內(nèi)柄與髓腔力線偏倚角度超過 3°，對(duì)股骨髓腔松質(zhì)骨的應(yīng)力就超過了松質(zhì)骨變形容許的上限，矢狀位股骨與假體力線對(duì)線不良是影響假體早期無菌性松動(dòng)的重要力學(xué)因素。( 2 ) 矢狀位股骨弧度存在差異，應(yīng)根據(jù)個(gè)人情況選擇適合的假體，有順應(yīng)股骨矢狀位弧度的髓內(nèi)針可能是今后腫瘤型假體置換術(shù)的最佳選擇。

膝關(guān)節(jié)；人工膝關(guān)節(jié)；假體和植入物；股骨；生物力學(xué)

腫瘤型膝關(guān)節(jié)假體置換術(shù)可以在短時(shí)間內(nèi)完成功能重建，但既往的臨床研究顯示，假體的生存時(shí)間有很大差異[1]。由于腫瘤型人工關(guān)節(jié)假體的體積大，力線長(zhǎng)，理論上骨與假體力線的匹配將影響其生存時(shí)間，在解剖學(xué)層面，假體力線很難順應(yīng)長(zhǎng)骨生理曲度，特別是股骨、脛骨的矢狀位力線。Ecker等[2]認(rèn)為力線不良是導(dǎo)致術(shù)后假體無菌性松動(dòng)的主要原因。目前，股骨腫瘤型假體冠狀位及旋轉(zhuǎn)力線[3]對(duì)置換術(shù)后功能恢復(fù)和假體使用壽命的影響已有大量研究，但對(duì)于矢狀位力線的研究報(bào)道很少。矢狀位下股骨生理曲度與假體力線不匹配會(huì)引起關(guān)節(jié)功能欠佳[4]，是否會(huì)影響腫瘤型膝關(guān)節(jié)假體的生存率，需要外科醫(yī)生與生產(chǎn)設(shè)計(jì)者高度關(guān)注。為探討矢狀位下股骨與假體力線的匹配關(guān)系及影響因素，本研究通過測(cè)量矢狀位下股骨腫瘤患者的術(shù)前、術(shù)后 X 線片若干參數(shù)，對(duì)比腫瘤型膝關(guān)節(jié)假體置換術(shù)后側(cè)位力線的偏移角度，分析其發(fā)生原因及改進(jìn)方法。

資料與方法

一、一般資料

選用 1 例腫瘤型人工假體取出物，建立 3 D數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行有限元分析，獲取理論數(shù)據(jù)。選取 2004 年 1 月至 2012 年 1 月，第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院收治的 86 例行膝關(guān)節(jié)假體置換的股骨腫瘤患者，其中男 52 例，女 34 例，年齡 8～66 歲，平均( 27.19±14.79 ) 歲，股骨肉瘤 66 例；骨纖維肉瘤6 例，血管瘤 1 例，骨巨細(xì)胞瘤 13 例。測(cè)量術(shù)前及術(shù)后 1 個(gè)月、2 年、5 年 X 線片相關(guān)參數(shù)，為減少測(cè)量帶來的差異，根據(jù) X 線片投照角度，完全符合股骨矢狀位 X 線片攝影技術(shù)及要點(diǎn)，篩選出可供測(cè)量矢狀位股骨生理弧度的有 37 例，根據(jù)骨骼發(fā)育階段，按年齡分組，＜12 歲者 8 例 ( A 組 )，12～20 歲者 13 例 ( B 組 )，＞20 歲者 16 例 ( C 組 )。

圖 1 a：患者假體取出物；b：掃描圖Fig.1 a: Prosthesis; b: Scanning of patients

圖 2 假體取出物 3 D 模型圖及髓內(nèi)柄對(duì)松質(zhì)骨應(yīng)力方Fig.2 Prosthesis, 3 D model diagram and intramedullary handle, cancellous向圖bone stress direction

表 1 研究所用材料的屬性[5-7]Tab.1 Material properties used in present study[5-7]

二、方法

1. 三維有限元模型的建立：選用一個(gè)腫瘤型人工假體取出物 ( 圖 1 )，固定股骨柄，將骨水泥與髓內(nèi)柄 ( 表 1 )，骨水泥與股骨綁定連接，進(jìn)行激光掃描，以點(diǎn)云數(shù)據(jù)形式導(dǎo)入 geomagic 軟件進(jìn)行編輯處理，建立 3 D 數(shù)學(xué)模型。在股骨頂部施加壓力，壓力大小相當(dāng)于人體的 4 倍體重，在假體髓內(nèi)柄固定、負(fù)載 2600 N 的情況下，改變壓力施加的方向，分別給予 3° 和 6° 的偏置角度 ( 圖 2 )，計(jì)算假體髓內(nèi)柄橫斷面 4 個(gè)方向理論偏倚角度對(duì)松質(zhì)骨的應(yīng)變結(jié)果。

2. X 線片測(cè)量參數(shù)設(shè)計(jì)：所有患者 X 線片均由醫(yī)院計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自帶的 PACS ( picture archiving and communication systems ) 測(cè)量得出結(jié)果。為減少測(cè)量帶來的差異，由 1 名研究者對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行 2 次測(cè)量，2 次測(cè)量間隔 4 周。為保證測(cè)量數(shù)值的可靠性，以 2 次測(cè)量的平均值作為實(shí)際值 ( 測(cè)量數(shù)值：角度誤差＜0.1°、長(zhǎng)度誤差＜0.1 cm )。

參數(shù)設(shè)計(jì)：( 1 ) 術(shù)后 X 線片冠狀、矢狀位下股骨與假體力線偏移角度：以股骨遠(yuǎn)端髓腔軸線( distal medullary axis，DMA ) 為準(zhǔn)線，測(cè)量假體力線與髓腔軸線的夾角，即股骨髓腔力線與假體力線所成角度 ( 圖 3a、b )。( 2 ) 矢狀位下股骨生理弧度：在膝關(guān)節(jié)矢狀位像上，以股骨小轉(zhuǎn)子為定點(diǎn)，測(cè)量股骨矢狀位弧度值以及股骨弧度明顯處距小轉(zhuǎn)子距離 ( 圖 3c )。

三、統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

圖 3 冠狀位 ( a ) 、矢狀位 ( b ) 下股骨與假體力線偏移角度，股骨力線為股骨遠(yuǎn)端髓腔軸線，假體力線為假體橫截面中點(diǎn)連線。矢狀位下股骨生理弧度 ( c ) 以股骨小轉(zhuǎn)子為起點(diǎn)，測(cè)量弧度明顯處距小轉(zhuǎn)子距離 ( cm )Fig.3 Coronary ( a ) and sagittal ( b ) position, femur alignment and prosthesis bias angle, femur force line was the axis of the distal femoral canal, prosthesis force line was the cross-sectional midpoint line of prosthesis. Sagittal femur physiological arc ( c ) femur lesser trochanter as a starting point to measure the distance from obvious arc to lesser trochanter ( cm )

結(jié) 果

有限元數(shù)學(xué)模型確定腫瘤型假體髓內(nèi)柄 4 個(gè)方向偏倚角度對(duì)股骨髓腔松質(zhì)骨形變的影響，偏倚 3°時(shí)最大形變均值為 ( 0.590±0.001 ) mm，偏倚 6° 時(shí)最大形變均值為 ( 1.163±0.002 ) mm，偏倚角度＞3°，就超過了松質(zhì)骨變形容許的上限 0.580 mm，即對(duì)髓腔骨壁的應(yīng)力就超過了松質(zhì)骨的最大形變值，導(dǎo)致假體與皮質(zhì)骨應(yīng)力集中，骨壁產(chǎn)生形變，假體松動(dòng)下沉。通過髓內(nèi)柄在 3° 和 6° 時(shí)對(duì)髓腔骨壁產(chǎn)生形變的統(tǒng)計(jì)學(xué) t 檢驗(yàn) P＜0.05，偏倚度數(shù)的差異對(duì)髓腔骨壁的形變有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可認(rèn)為假體髓內(nèi)柄偏倚度數(shù)越大，對(duì)髓腔骨壁的應(yīng)力越大 ( 表 2 )。這一發(fā)現(xiàn)說明髓內(nèi)柄與股骨髓腔力線偏倚角度一定程度上決定了髓內(nèi)柄對(duì)松質(zhì)骨的應(yīng)力大小。

表 2 假體髓內(nèi)柄偏倚方向角度與髓腔骨壁的應(yīng)力關(guān)系Tab.2 Stress relationship between intramedullary handle bias angle and medullary bone wall

本組 86 例，術(shù)后 1 個(gè)月全部獲隨訪；術(shù)后2 年，78 例獲隨訪，死亡 6 例，失訪 2 例；術(shù)后5 年 67 例獲隨訪，死亡 13 例，失訪 6 例，失訪均為骨巨細(xì)胞瘤患者。

冠狀位下術(shù)后 1 個(gè)月股骨與假體力線偏倚角度有 2 例＞1°，占 2.3%，＞3° 的為 0 例；術(shù)后 2 年偏倚角度＞3° 的有 2 例，未出現(xiàn)假體松動(dòng)；術(shù)后 5 年偏倚角度＞3° 的為 4 例，占 4.7%，最大偏倚角度為3.68°，2 例出現(xiàn)無菌性松動(dòng)，占 2.3%，X 線片表現(xiàn)為假體周圍出現(xiàn)＞2 mm 透亮區(qū)，1 例患肢疼痛且短縮 2～3 cm；1 例術(shù)后患肢疼痛，X 線片示假體即將穿破骨皮質(zhì)。

矢狀位下術(shù)后 1 個(gè)月股骨與假體力線偏倚角度＞1° 的 32 例，占 37.2%，＞3° 的為 5 例，占5.8%；術(shù)后 2 年偏倚角度＞3° 的 8 例，占 9.3%，4 例出現(xiàn)無菌性松動(dòng)；術(shù)后 5 年偏倚角度＞3° 的13 例 ( 含術(shù)后 2 年出現(xiàn)無菌性松動(dòng)的 4 例 )，占15.1%，最大偏倚角度為 14° ，且患者均有不同程度的松動(dòng)。13 例中 X 線片示假體周圍出現(xiàn)＞2 mm 透亮區(qū)，骨皮質(zhì)厚度比健側(cè)減少 30%～80%，患肢疼痛的 7 例，肢體短縮的 4 例，出現(xiàn)明顯移位、斷裂的有 8 例，有 5 例因松動(dòng)斷裂已行翻修手術(shù)。通過冠狀位與矢狀位偏倚角度對(duì)假體無菌性松動(dòng)影響的比較，經(jīng) χ2檢驗(yàn)示：P＜0.05，可認(rèn)為矢狀位偏倚角度對(duì)假體無菌性松動(dòng)的影響明顯 ( 表 3 )。

表 3 無菌性松動(dòng)患者冠狀位和矢狀位偏倚角度的關(guān)系Tab.3 The relationship between aseptic loosening and coronal, sagittal bias angle

股骨矢狀位生理彎曲弧度明顯處分別為：A 組：12 歲以下，距小轉(zhuǎn)子 ( 7.475±0.683 ) cm，弧度為 ( 6.975±0.961 ) °；B 組：12～20 歲，距小轉(zhuǎn)子 ( 10.015±0.681 ) cm，弧度為 ( 8.046±0.787 ) °；C 組：20 歲以上距小轉(zhuǎn)子 ( 12.012±0.857 ) cm，弧度為 ( 9.206±1.235 ) °，A、B、C 三組經(jīng) SNK-q 檢驗(yàn)多樣本均數(shù)兩兩之間的全面比較，P 值均＜0.05，得出結(jié)果：不同年齡分組段的股骨矢狀位彎曲程度不一 ( 表 4 )。遠(yuǎn)端弧度較近端弧度小，隨年齡增長(zhǎng)股骨矢狀位弧度增加，直至骨骼發(fā)育定型，結(jié)果繪制( 圖 4 )。

表 4 不同年齡組和弧度的關(guān)系 ( SNK-q 檢驗(yàn)，±s )Tab.4 The relationship between age group and arc ( SNK-q test,±s )

表 4 不同年齡組和弧度的關(guān)系 ( SNK-q 檢驗(yàn)，±s )Tab.4 The relationship between age group and arc ( SNK-q test,±s )

組別 平均距離 ( cm ) 平均弧度 ( ° ) 對(duì)比組次 P 值A(chǔ) 組 7.475±0.683 6.975±0.961 1, 2 0.001 B 組 10.015±0.681 8.046±0.787 1, 3 0.005 C 組 12.012±0.857 9.206±1.235 2, 3 0.002

圖 4 各年齡階段股骨矢狀位生理曲度分布箱式圖Fig.4 The distribution box figure of femoral sagittal physiological curvature in each age group

討 論

在骨腫瘤的臨床治療上，新的手術(shù)方式不斷地出現(xiàn)，新的材料不斷面市以及應(yīng)用，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化治療深入人心，個(gè)體化治療已經(jīng)展開[8]。臨床應(yīng)用對(duì)膝關(guān)節(jié)假體設(shè)計(jì)提出了更高的要求，腫瘤型膝關(guān)節(jié)假體術(shù)后不僅要求恢復(fù)膝關(guān)節(jié)本身的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，同時(shí)要求減少關(guān)節(jié)假體接觸面之間的應(yīng)力[9]。骨腫瘤患者全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后，股骨側(cè)位應(yīng)力傳導(dǎo)模式由原來經(jīng)皮質(zhì)骨由近及遠(yuǎn)的傳導(dǎo)變?yōu)橥ㄟ^髓腔內(nèi)假體充填而形成的簡(jiǎn)介傳導(dǎo)，所以術(shù)后假體穩(wěn)定性及應(yīng)力傳導(dǎo)的方向很大程度上取決于假體髓內(nèi)柄與股骨近端的形態(tài)學(xué)上的匹配程度。從人體前后位外形看，大腿呈外上斜向內(nèi)下，小腿呈垂直狀。因此，經(jīng)股骨下傳的重力方向也有順應(yīng)大腿外形的趨勢(shì)，而經(jīng)膝關(guān)節(jié)和小腿的重力方向則是垂直的。現(xiàn)在骨腫瘤型假體的設(shè)計(jì)遵循了這一生理趨勢(shì)，但在矢狀位股骨弧度的存在卻缺少研究。

本研究通過有限元數(shù)學(xué)模型的建立，發(fā)現(xiàn)了假體髓內(nèi)柄與股骨力線偏倚角度超過 3° 后，容易導(dǎo)致假體與皮質(zhì)骨的應(yīng)力集中，假體松動(dòng)的概率增加。術(shù)后 1 個(gè)月拍攝 X 線片示術(shù)后冠狀位假體與股骨匹配度良好，冠狀位＞1° 的占 2.3%，＞3° 的為 0 例，矢狀位＞1° 的占 37.2%，＞3° 的占 5.8%。手術(shù)中冠狀位股骨與假體匹配良好，但矢狀位安裝匹配及髓內(nèi)柄的設(shè)計(jì)不夠理想，隨著假體不斷使用，對(duì)股骨的形變作用逐漸明顯，矢狀位對(duì)線不良就成為引起假體松動(dòng)的重要原因。這就要求臨床手術(shù)中安裝定位準(zhǔn)確，假體設(shè)計(jì)、制造符合生理規(guī)律，尤其是矢狀位髓內(nèi)柄的設(shè)計(jì)要符合股骨的生理彎曲程度，以此來延長(zhǎng)假體使用壽命。

膝關(guān)節(jié)處于最長(zhǎng)的杠桿臂之間，因而受到非常大的機(jī)械應(yīng)力[10]，膝關(guān)節(jié)置換成功的關(guān)鍵是需要膝關(guān)節(jié)假體的幾何形狀與人體相匹配，才能使假體植入后與周圍軟組織協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，在一個(gè)協(xié)調(diào)和相容的環(huán)境下，有效減少患者置換術(shù)后相關(guān)并發(fā)癥[11]。本研究發(fā)現(xiàn)股骨矢狀面的生理弧度是有年齡差異的，但由于樣本量少，未能尋找到更為有效的關(guān)系。有人提出設(shè)計(jì)性別假體，也有提出增加假體型號(hào)[12]，歸根結(jié)底是要在術(shù)后使假體能符合人體生物力學(xué)特性。所以膝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特性對(duì)人工膝關(guān)節(jié)假體的設(shè)計(jì)原理和手術(shù)操作原則是至關(guān)重要的。能做到成為“自然膝”[13]的程度是筆者所期望的。

本研究測(cè)量過程中發(fā)現(xiàn)有 5 例患者的假體穩(wěn)定性很好，其共同點(diǎn)是假體髓內(nèi)柄有順應(yīng)股骨彎曲的弧度，可以預(yù)見有一定弧度的髓內(nèi)柄可能是腫瘤型假體置換術(shù)的最佳選擇。本研究的數(shù)據(jù)反映了各年齡段的股骨弧度值，隨著人體發(fā)育成熟，各個(gè)年齡段患者的股骨矢狀位彎曲程度不一，醫(yī)生應(yīng)根據(jù)股骨生理曲度選擇合適假體，術(shù)中可直接參考測(cè)得數(shù)值個(gè)體化地確定進(jìn)針點(diǎn)的位置[14]及擴(kuò)髓程度。假體生產(chǎn)制作也可依據(jù)股骨側(cè)位生理弧度進(jìn)行，其余影響假體生存率的如應(yīng)力緩沖裝置的設(shè)計(jì)、抗感染涂層的設(shè)計(jì)也是重要方面。我國(guó)每年因骨腫瘤而行假體置換者不少于萬(wàn)例，在新的假體設(shè)計(jì)上，不僅要考慮實(shí)用簡(jiǎn)單，更要考慮經(jīng)濟(jì)因素，假體設(shè)計(jì)要遵循符合人體生物力學(xué)的規(guī)律，制作中要兼顧膝關(guān)節(jié)的復(fù)雜性，也要考慮骨的相容性，這就對(duì)制作工程師提出了要求。臨床醫(yī)生了解骨骼的解剖原理，機(jī)械工程師了解工程原理，再加上生物力學(xué)及材料學(xué)專業(yè)的配合，幾方面想法的結(jié)合才能共同研究出對(duì)患者有實(shí)用價(jià)值的假體。

本研究樣本量較小，數(shù)據(jù)僅來自亞洲人，今后須進(jìn)一步研究矢狀位下股骨弧度存在的相關(guān)性，做更大樣本的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，依據(jù)近端髓腔生理弧度進(jìn)行細(xì)致分類，并據(jù)此進(jìn)行科學(xué)合理的假體優(yōu)化設(shè)計(jì)。

[1] 姬濤, 郭衛(wèi), 楊榮利, 等. 下肢惡性骨腫瘤保肢術(shù)后假體生存分析及功能評(píng)估. 中華骨科雜志, 2008, 28(2):117-121.

[2] Ecker M, Lotke PA, Windsor RE, et al. Long-term results after total condylar knee arthroplasty. Significance of radiolucent lines. Clin Orthop Relat Res, 1987, 5(216):151-158.

[3] 羅吉偉, 金大地, 黃美賢, 等. 股骨遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)力線中的測(cè)量及其臨床意義. 中國(guó)臨床解剖學(xué)雜志, 2007, 25(3):285-287.

[4] Ayerza MA, Farfalli GL, Aponte-Tinao L, et al. Does increased rate of limb-sparing surgery affect survival in osteosarcoma? Clin Orthop Relat Res, 2010, 468(11):2854-2859.

[5] Chong DY, Hansen UN, Amis AA. Analysis of bone-prosthesis interface micromotion for cementless tibial prosthesis fixation and the influence of loading conditions. J Biomech, 2010, 43(6): 1074-1080.

[6] Fregly BJ, Bei Y, Sylvester ME. Experimental evaluation of an elastic foundation model to predict contact pressures in knee replacements. J Biomech, 2003, 36(11):1659-1668.

[7] Hua X, Wroblewski BM, Jin Z, et al. The effect of cup inclination and wear on the contact mechanics and cement fixation for ultra high molecular weight polyethylene total hip replacements. Med Eng Phys, 2012, 34(3):318-325.

[8] 王臻. 骨腫瘤臨床研究的探討. 中國(guó)骨與關(guān)節(jié)雜志, 2013, 2(9):481-483.

[9] 中國(guó)組織工程研究與臨床康復(fù)雜志社學(xué)術(shù)部. 人工膝關(guān)節(jié)臨床應(yīng)用中的假體設(shè)計(jì)、生物力學(xué)性能、計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)及其相關(guān)爭(zhēng)議. 中國(guó)組織工程研究與臨床康復(fù), 2010, 14(9): 1658-1660.

[10] 中國(guó)組織工程研究與臨床康復(fù)雜志社學(xué)術(shù)部. 中國(guó)人工膝關(guān)節(jié)假體置換與假體的設(shè)計(jì)技術(shù). 中國(guó)組織工程研究與臨床康復(fù), 2011, 15(9):1525-1526.

[11] 曹朋, 崔勇. 膝關(guān)節(jié)形態(tài)學(xué)測(cè)量在人工膝關(guān)節(jié)置換領(lǐng)域的價(jià)值及意義. 中國(guó)組織工程研究, 2012, 16(350):6587-6590.

[12] 黃菲, 曲鐵兵. 關(guān)于當(dāng)前人工膝關(guān)節(jié)假體設(shè)計(jì)的焦點(diǎn)與展望.中華關(guān)節(jié)外科雜志, 2012, 6(4):72-76.

[14] 吳蔚, 許建中, 郭漳生. 成人正常股骨解剖測(cè)量及其在膝關(guān)節(jié)置換的臨床意義. 中國(guó)矯形外科雜志, 2006, 14(3):200-202.

( 本文編輯：李貴存 )

A clinical research of mechanical analysis of tumor type knee prosthesis

GENG Lei, WANG Zhen, GUO Zheng, FAN Hong-bin, LI Xiang-dong, LI Jing, CHEN Guo-jing, FU Jun, SHI Lei, SUN Chang-ning, WANG Ling.
Department of Bone Oncology, Xijing Hospital, Fourth Military Medical University, Xi'an, Shanxi, 710032, PRC
Correspondence author: WANG Zhen, Email: wangzhen@fmmu.edu.cn

Objective To investigate the matching relationship between femur and prosthesis alignment in sagittal plane, to seek causes for early prosthesis loosening and to provide a scientific proof for the installation, design and manufacture of clinical bone tumor prosthesis. Methods One knee tumor type prosthesis was collected from a patient to establish a 3 D mathematical model with a finite element analysis to obtain clinical data. The angle between femur and prosthesis of 86 patients on post-operative coronal and sagittal X-rays were analyzed to investigate the influence of this bias on implant loosening. Physiological curvature of the femur in all age groups was measured. Results ( 1 ) Ⅰntramedullary stem bias angle in all four directions had influence on cancellous bone deformation. At a bias of 3°, the maximum mean deformation value was ( 0.590±0.001 ) mm; at a bias of 6°, the maximum mean deformation value was ( 1.163 ± 0.002 ) mm; at a bias larger than 3°: the maximum value of cancellous bone deformation exceeded the limit ( 0.58 mm ). Statistical significance was found in the effects of the bias angle on enforced deformation of intramedullary substantia ossea ( P＜0.05 ). ( 2 ) Out of 86 cases, 78 cases were followed up for 2 years and 67 cases for 5 years postoperatively. Ⅰn coronal plane, at 2 years post-op 2 cases had a bias angle ＞3°, no loosening of the prosthesis was found; while at 5 years postoperatively, 4 cases ( 4.7% ) had coronal bias angle ＞3°, 2 of them ( 2.3% ) developed aseptic loosening. Ⅰn sagittal plane, 8 cases ( 9.3% ) had bias angle ＞3°. At 2 years post-op, 4 of them developed aseptic loosening; while at 5 years post-op, 13 cases ( 15.1% ) had a bias angle ＞3° and loosening occurred in 13 cases, including 4 cases with aseptic loosening at 2 years postoperatively. Results of analyses on the constituent ratio of theeffects of coronal and sagittal bias angles on the loosening of prosthesis showed statistical significance ( P＜0.01 ). Sagittal bias angle had more significant effects on prosthetic loosening. As for physiological curvature of the femur in sagittal plane, the distal arc was smaller than the proximal arc. Conclusions ( 1 ) When the bias angle of tumor type prosthetic stem is larger than 3°, the stress on the cancellous bone of the femoral canal exceeds the allowed deformation limit. Sagittal malalignment is an important factor in early aseptic loosening of the prosthesis. ( 2 ) Femoral curvature in sagittal plane varies between different patients. Ⅰndividualized prosthesis that fits the canal morphology should be applied.

Knee joint; Knee prosthesis; Prostheses and implants; Femur; Biomechanics

sn.2095-252X.2015.10.014

R687.4

710032 西安，解放軍第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院骨腫瘤科 ( 耿磊、王臻、郭征、范宏斌、栗向東、李靖、陳國(guó)景、付軍、石磊 )；710049 西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 ( 孫暢寧、王玲 )

王臻，Email: wangzhen@fmmu.edu.cn

2015-06-18 )