多孔鈦合金孔徑大小對(duì)新骨形成的影響.pdf

1、背景：
　　感染，創(chuàng)傷以及骨腫瘤切除常常導(dǎo)致較大的骨缺損，其修復(fù)一直是臨床上所面臨的難題。金屬骨替代材料，如鉭金屬和鈦金屬及其合金，具有優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度，為臨床醫(yī)生所青睞。然而，實(shí)體金屬材料其彈性模量遠(yuǎn)高于自然骨，植入體內(nèi)后容易產(chǎn)生應(yīng)力遮擋效應(yīng)，使得植入物松動(dòng)，脫落，影響植入物的穩(wěn)定性。資料表明，金屬材料的結(jié)構(gòu)特性能明顯影響新骨長(zhǎng)入的速度，其中多孔材料的孔徑大小和孔隙率是極其重要的兩個(gè)影響因素。對(duì)金屬植入材料進(jìn)行多孔設(shè)計(jì)，不僅保留了

2、金屬材料優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度，耐腐蝕性，還可以通過(guò)調(diào)整孔徑大小和孔隙率來(lái)改變材料的彈性模量，使其與自然骨相匹配。研究顯示，具有孔隙結(jié)構(gòu)的植入材料能促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物的運(yùn)輸，促進(jìn)細(xì)胞的黏附，引導(dǎo)新骨的長(zhǎng)入，因此，多孔金屬骨植入物材料越來(lái)越多地被應(yīng)用于臨床，已達(dá)到良好的材料-骨界面生物穩(wěn)定和骨修復(fù)重建的作用。以往的研究多針對(duì)小孔徑多孔材料（＜1.0mm），大孔徑多孔材料對(duì)新骨形成的影響研究尚不充分，是否多孔金屬材料的孔徑越大，骨長(zhǎng)入的效果越好

3、，多大的孔徑參數(shù)對(duì)骨長(zhǎng)入最為有利，上述問(wèn)題成為本研究的重點(diǎn)。
　　實(shí)驗(yàn)一：多孔鈦合金孔徑大小對(duì)新骨形成的影響
　　目的：
　　觀察不同孔徑的大孔多孔鈦合金植入骨缺損區(qū)后新骨長(zhǎng)入情況，評(píng)價(jià)骨缺損的修復(fù)重建效果
　　方法：
　　通過(guò)電子束熔融（EBM）技術(shù)制備1.0mm，2.0mm，3.0mm三種不同孔徑，孔徑規(guī)則，孔隙率依次為73％，79％，86％的多孔鈦合金材料，規(guī)格為1.0cm×1.0cm×1.0cm正方

4、體。取18只家犬，隨機(jī)分為1.0mm，2.0mm，3.0mm孔徑材料組，每組6只。制備雙側(cè)股骨外側(cè)髁缺損模型，缺損區(qū)域大小同材料大小，隨后植入各孔徑組材料，分別于術(shù)后4周，8周，12周行大體標(biāo)本觀察，X線片，組織形態(tài)檢測(cè)，Micro-CT掃描，觀察三組不同孔徑材料與周圍骨的整合情況及孔隙中的新骨長(zhǎng)入情況。
　　結(jié)果：
　　組織學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)，1.0mm孔徑組材料隨時(shí)間延長(zhǎng)孔徑中心及材料周圍新生骨明顯增多；2.0mm孔徑組材料8周

5、和4周相比新生骨面積比顯著增加，12周與8周相比無(wú)明顯增多；3.0mm孔徑材料組隨時(shí)間延長(zhǎng)新生骨面積比增加不明顯。術(shù)后12周，大體標(biāo)本觀察和X線片觀察顯示三組材料均與周圍骨緊密連接，其中1.0mm孔徑組材料中心成骨明顯，2.0mm孔徑組和3.0mm孔徑組材料中心多為纖維組織充斥。組織學(xué)觀察顯示，12周時(shí)1.0mm孔徑組材料周圍被骨質(zhì)緊密包繞，孔中有較多新生骨形成，且孔壁四周有大量纖維母細(xì)胞和軟骨細(xì)胞形成，新骨面積百分比為20.11％±2

6、.74％；2.0mm孔徑組和3.0mm孔徑組材料周圍雖然有骨質(zhì)包繞，但中心空洞，骨質(zhì)形成較少，新骨面積百分比分別為10.45％±1.83％，9.26％±1.00％。1.0mm孔徑組材料在各時(shí)間點(diǎn)新生骨面積百分比均明顯高于其余兩組，P<0.01,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。2.0mm孔徑組和3.0mm孔徑組材料相比，P>0.05，無(wú)顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。Micro-CT掃描結(jié)果顯示，12周時(shí)1.0mm孔徑組材料中心新生骨較多，骨密度明顯高于其余兩組，材

7、料周圍亦有骨質(zhì)緊密包繞。2.0mm和3.0mm孔徑組材料周圍雖有骨質(zhì)包繞，但中心空洞，基本無(wú)骨質(zhì)形成。結(jié)果與組織學(xué)結(jié)果相符。
　　結(jié)論：
　　多孔鈦合金材料的骨長(zhǎng)入受材料孔徑大小的影響，對(duì)于大孔結(jié)構(gòu)，孔徑超出一定范圍將影響新骨長(zhǎng)入；對(duì)材料孔徑進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)將更有利于材料的骨傳導(dǎo)作用。
　　實(shí)驗(yàn)二：不同孔徑多孔鈦合金/β-磷酸三鈣復(fù)合材料修復(fù)骨缺損的實(shí)驗(yàn)研究
　　目的：
　　評(píng)價(jià)不同孔徑多孔鈦合金/β-磷酸三

8、鈣復(fù)合材料對(duì)犬長(zhǎng)骨骨缺損修復(fù)的影響。
　　方法：
　　采用電子束熔融（EBM）技術(shù)制備兩種不同孔徑（孔徑分別為2.0mm，3.0mm）的多孔鈦合金材料，孔徑規(guī)則，規(guī)格為1.0cm×1.0cm×1.0cm正方體，將其孔隙用β-磷酸三鈣（β-TCP）燒結(jié)填充。取8只成年家犬，隨機(jī)分為兩組，每組4只。制備家犬雙側(cè)股骨外側(cè)髁缺損模型，缺損區(qū)域大小同材料大小，將兩種孔徑的復(fù)合材料分別植入股骨外側(cè)髁缺損區(qū)，左側(cè)為2.0mm組，右側(cè)為3.

9、0mm組。3個(gè)月后取材，行大體觀察，X線觀察，組織學(xué)觀察了解兩種孔徑的復(fù)合材料與周圍骨的整合情況及新骨長(zhǎng)入情況。
　　結(jié)果：
　　X線片顯示3個(gè)月時(shí)兩組多孔復(fù)合材料均與周圍骨連接，都有不同程度的成骨，成骨由周圍向中心生長(zhǎng)。組織學(xué)觀察顯示3個(gè)月時(shí)2.0mm孔徑組材料與周圍骨連接尚存在間隙，骨小梁排列稀疏。3.0mm孔徑組材料周圍及中心有大量新生骨組織形成，骨小梁排列緊密，數(shù)量明顯多于2.0mm孔徑組材料，周圍骨與材料結(jié)合緊密。