用于干骺端大块骨缺损重建的3D打印轴向加压假体:生物力学分析及取出标本硬组织分析

目的长骨干骺端大段骨缺损实现长期牢固重建是难题。干骺端残余髓腔较短无法用传统长度的髓内柄固定。本研究提出一种3D打印轴向加压假体(axial compressive endoprosthesis,ACE)。假体由表面为金属多孔结构的3D打印髓内短柄,及可在骨-金属界面加压的轴向加压装置组成。轴向加压装置可以提高髓内短柄的初始稳定性并促进骨-多孔金属界面骨长入。方法利用Sawbones模型建立4种股骨远端干骺端大块骨缺损重建模型:(1)ACE;(2)ACE+外侧钢板;(3)髓内短柄+外侧钢板;(4)髓内短柄+双侧钢板。材料试验机检测重建体系的弯曲和扭转刚度。测量轴向压力和加压螺母扭矩的关系。3例翻修手术的取出标本进行micro-CT扫描及硬组织切片评价骨长入情况。结果ACE+外侧钢板具有最高的弯曲刚度(矢状面324±11 N/mm,冠状面307±9 N/mm)。ACE+外侧钢板(10.9±1.3 N·m/°)和传统髓内短柄+双侧钢板(10.7±0.2 N·m/°)具有最高的扭转刚度。轴向压力F(N)和加压螺母扭矩T(N·m)的关系式为F=239.8T-112.8。micro-CT显示假体柄和截骨面周围骨小梁有明显的重塑和增粗。硬组织切片显示新生骨组织长入金属多孔结构内部。孔隙内骨组织占比随植入时间延长而升高。结论3D打印轴向加压假体可以提高长骨干骺端重建的早期重建稳定性,并促进骨长入以实现远期牢固的骨整合。