骨水泥聚乙烯內(nèi)襯技術(shù)的臨床與生物力學(xué)研究.pdf

1、研究背景
　　 全髖人工關(guān)節(jié)置換術(shù)成功開展數(shù)十年，用于治療多種晚期髖關(guān)節(jié)疾病包括骨關(guān)節(jié)炎、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、股骨頭缺血性壞死、髖臼發(fā)育不良等，手術(shù)技術(shù)日臻成熟，大宗病例證實(shí)療效肯定，已成為臨床常用的標(biāo)準(zhǔn)手術(shù)之一。1971年Harris首次采用模塊化假體，促進(jìn)了各類材料、界面組合的發(fā)展，為關(guān)節(jié)外科醫(yī)師提供了更多的選擇，同時(shí)也帶來了內(nèi)襯磨損、分離、假體不穩(wěn)等并發(fā)癥。過去20年多數(shù)人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)采用金屬或陶瓷對(duì)聚乙烯界面，由于傳統(tǒng)聚

2、乙烯的特點(diǎn)，容易發(fā)生聚乙烯磨損，磨損顆粒引起假體周圍骨溶解，隨之人工假體無菌性松動(dòng)、下沉、移位。骨溶解和假體松動(dòng)是影響人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)遠(yuǎn)期療效的主要原因。磨損及其引起的一系列生物學(xué)反應(yīng)是造成骨溶解和假體松動(dòng)的主要因素及機(jī)制。源于聚乙烯內(nèi)襯磨損導(dǎo)致的假體松動(dòng)是髖臼翻修的主要原因之一。
　　 人工髖臼翻修術(shù)主要有兩種方式:髖臼假體松動(dòng)時(shí)行全髖臼翻修，在骨缺損處植骨已成為共識(shí);對(duì)于金屬髖臼穩(wěn)定伴有聚乙烯內(nèi)襯磨損和髖臼假體周圍程度不一

3、的骨溶解的病例，選擇取出金屬髖臼還是單純更換內(nèi)襯仍存在爭(zhēng)論。后者主要適用于金屬髖臼穩(wěn)定、聚乙烯內(nèi)襯磨損伴骨溶解或內(nèi)襯失敗的病例，優(yōu)點(diǎn)是手術(shù)損傷較小、出血少、手術(shù)時(shí)間短、保留患者髖臼骨量，可同時(shí)行清除磨損碎屑及界膜組織，并通過髖臼螺釘孔植骨或者在患者髖臼開窗植骨治療骨溶解，避免全髖臼假體翻修可能導(dǎo)致的患者髖臼骨缺損、骨盆不連續(xù)，降低患者費(fèi)用、減少手術(shù)致殘、致死率。
　　 更換聚乙烯內(nèi)襯有兩種方式:1、單純更換新聚乙烯內(nèi)襯;2、用骨

4、水泥將新聚乙烯內(nèi)襯固定于原金屬髖臼內(nèi)，可稱為骨水泥聚乙烯內(nèi)襯技術(shù)，亦有作者稱之為“雙杯”技術(shù)（Double-sockettechnique）。前者常由于鎖定裝置損壞、新聚乙烯內(nèi)襯不匹配、難以找到原型號(hào)內(nèi)襯等原因而難以實(shí)現(xiàn);而后者用骨水泥將新內(nèi)襯固定于原金屬髖臼內(nèi)解決上述問題，此外可使用含抗生素骨水泥減少翻修術(shù)后感染，可改變假體界面，例如使用金屬內(nèi)襯，還可以在原金屬髖臼允許范圍內(nèi)選擇不同大小的內(nèi)襯，但其選擇由于對(duì)內(nèi)襯厚度及股骨頭直徑的要求

5、而有所限制。
　　 骨水泥聚乙烯內(nèi)襯技術(shù)在患者的應(yīng)用由Heck與Murray于1986年首次報(bào)道，此后得到廣泛應(yīng)用與研究。生物力學(xué)研究表明聚乙烯內(nèi)襯-骨水泥-金屬髖臼界面的固定強(qiáng)度優(yōu)于或相當(dāng)于髖臼標(biāo)準(zhǔn)鎖定裝置，骨水泥-金屬髖臼界面未見失敗記錄，對(duì)聚乙烯內(nèi)襯外表面的處理及水泥層厚度有較一致的結(jié)果。臨床病例經(jīng)過中短期隨訪，臨床及影像學(xué)結(jié)果良好。更換聚乙烯內(nèi)襯及股骨頭可以減少磨損，減緩骨溶解進(jìn)展，更換內(nèi)襯尤其是使用高交聯(lián)聚乙烯內(nèi)襯替換

6、原傳統(tǒng)聚乙烯內(nèi)襯后，高交聯(lián)聚乙烯磨損率降低，陶瓷對(duì)聚乙烯或金屬對(duì)聚乙烯界面產(chǎn)生磨損顆粒減少，骨溶解進(jìn)展減緩，聯(lián)合金屬髖臼螺釘孔或者開窗骨溶解區(qū)病灶清除異體骨植骨可以清除骨溶解區(qū)域界膜組織、減少局部磨損顆粒、填充骨溶解區(qū)域，恢復(fù)患者髖臼周圍骨量。但該手術(shù)技術(shù)并發(fā)癥不容忽視:15％-30％的脫位發(fā)生率;骨水泥聚乙烯內(nèi)襯技術(shù)不能改變金屬髖臼外傾、前傾角度，對(duì)于位置不良的金屬髖臼，如:后傾或者過度外傾的金屬髖臼，更換聚乙烯內(nèi)襯術(shù)后可能出現(xiàn)關(guān)節(jié)不

7、穩(wěn);該手術(shù)技術(shù)增加了聚乙烯內(nèi)襯-骨水泥-金屬髖臼界面，可能增加界面分離的風(fēng)險(xiǎn);手術(shù)入路對(duì)術(shù)后關(guān)節(jié)脫位的發(fā)生有一定的影響。
　　 對(duì)合適的患者選擇合適的手術(shù)方式是取得手術(shù)成功的關(guān)鍵。目前骨水泥聚乙烯內(nèi)襯技術(shù)主要應(yīng)用于聚乙烯內(nèi)襯磨損、股骨頭穿透內(nèi)襯、金屬髖臼鎖定裝置損壞、沒有匹配原金屬髖臼聚乙烯內(nèi)襯的病例，對(duì)于伴有髖臼假體周圍骨溶解的病例，要制定個(gè)體化的治療策略。如局限性骨溶解病灶，可以更換聚乙烯內(nèi)襯聯(lián)合骨溶解病灶清除加異體骨植骨;

8、廣泛的骨溶解或連續(xù)的髖臼假體周圍透亮線應(yīng)考慮全髖臼翻修;如髖臼假體使用時(shí)間較長(zhǎng)，需查閱關(guān)于該種假體壽命的記錄作為參考;如患者有人工髖關(guān)節(jié)不穩(wěn)定的歷史，聚乙烯內(nèi)襯更換需慎重;而對(duì)于髖臼假體位置不良但穩(wěn)定的病例，由于單純更換聚乙烯內(nèi)襯術(shù)后脫位風(fēng)險(xiǎn)較高，目前認(rèn)為以全髖臼翻修為佳。
　　 人工髖臼位置不良并不少見，如中立位或后傾放置、過度外傾，人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中過分追求髖臼外上方的骨性包容，雖然骨組織對(duì)金屬髖臼覆蓋滿意，但容易發(fā)生髖臼

9、外傾角過大，導(dǎo)致聚乙烯內(nèi)襯外上方的磨損。對(duì)于這類病例，采用骨水泥聚乙烯內(nèi)襯技術(shù)將新的聚乙烯內(nèi)襯放置于較佳的髖臼外翻角度是否可行與可靠，是一個(gè)非常實(shí)用的研究課題。在這種情況下，聚乙烯內(nèi)襯非高邊赤道面與金屬髖臼的赤道面出現(xiàn)交角，兩者之間的水泥層能否提供足夠的固定強(qiáng)度，目前尚無報(bào)道。人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后金屬髖臼外傾角度過大的發(fā)生率也需要進(jìn)一步調(diào)查。能否將骨水泥聚乙烯內(nèi)襯技術(shù)指征擴(kuò)大，使金屬髖臼固定牢固、外傾角度過大的患者避免全髖臼假體翻修，為

10、遠(yuǎn)期翻修手術(shù)保留骨量，令這部分患者受益呢？有必要對(duì)骨水泥聚乙烯內(nèi)襯技術(shù)作進(jìn)一步的研究。
　　 目的
　　 1、對(duì)全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后患者進(jìn)行隨訪，了解髖關(guān)節(jié)Harris評(píng)分由患者自評(píng)的結(jié)果與醫(yī)師評(píng)分有無差異。調(diào)查人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后髖臼假體外傾角≥50°與≥55°的發(fā)生率及髖臼外傾角與聚乙烯內(nèi)襯線性磨損的關(guān)系，探討固定穩(wěn)定、位置不良的金屬髖臼應(yīng)用骨水泥聚乙烯內(nèi)襯技術(shù)的必要性。
　　 2、了解骨水泥聚乙烯內(nèi)襯技術(shù)應(yīng)用于

11、聚乙烯內(nèi)襯翻修時(shí)聚乙烯內(nèi)襯-骨水泥-金屬界面的生物力學(xué)強(qiáng)度;評(píng)估金屬髖臼與聚乙烯內(nèi)襯存在交角時(shí)，聚乙烯內(nèi)襯-骨水泥-金屬界面能否提供與標(biāo)準(zhǔn)鎖定裝置相當(dāng)或更大的固定強(qiáng)度。使聚乙烯內(nèi)襯外表面“紋理化”處理簡(jiǎn)單化，并對(duì)簡(jiǎn)單“紋理化”的聚乙烯-骨水泥界面力學(xué)強(qiáng)度作出評(píng)價(jià)。評(píng)估聚乙烯內(nèi)襯中心化的效果。
　　 3、初步探討骨水泥聚乙烯內(nèi)襯技術(shù)用于聚乙烯髖臼翻修的技術(shù)要點(diǎn)、可行性，并觀察手術(shù)早期效果。
　　 方法
　　 1、臨

12、床調(diào)查:對(duì)1993年1月至2006年5月在廣醫(yī)一院所行全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)147例165髖進(jìn)行隨訪，醫(yī)生對(duì)獲得隨訪的32例36髖進(jìn)行Harris評(píng)分，并由患者對(duì)自身做Harris評(píng)分，兩組資料作配對(duì)t檢驗(yàn)。選取2011年5月前我院骨外科所行126例145髖人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的末次隨訪骨盆前后位X線片，由放射科醫(yī)師及骨科醫(yī)師測(cè)量髖臼外傾角，采用配對(duì)t檢驗(yàn)比較兩者測(cè)量結(jié)果有無差異;統(tǒng)計(jì)外傾角≥50°及≥55°的發(fā)生率。測(cè)量聚乙烯內(nèi)襯線性磨損值，采

13、用線性回歸分析評(píng)估外傾角大小與聚乙烯內(nèi)襯線性磨損值的相關(guān)性，比較外傾角＜50°與≥50°時(shí)聚乙烯內(nèi)襯線性磨損值的差異，比較內(nèi)襯使用時(shí)間＜5年與大于5年聚乙烯內(nèi)襯線性磨損值的差異。
　　 2、生物力學(xué)實(shí)驗(yàn):抗杠桿力實(shí)驗(yàn)組:25對(duì)金屬髖臼及聚乙烯內(nèi)襯假體隨機(jī)平均分為5組，以標(biāo)準(zhǔn)鎖定裝置組作為對(duì)照組，其余4組應(yīng)用骨水泥聚乙烯內(nèi)襯技術(shù)在聚乙烯內(nèi)襯與金屬髖臼不同交角(0°，10°，20°)下固定聚乙烯內(nèi)襯，分為無鋼珠聚乙烯內(nèi)襯與金屬髖臼0

14、°交角組、帶鋼珠聚乙烯內(nèi)襯與金屬髖臼0°交角組、帶鋼珠聚乙烯內(nèi)襯與金屬髖臼10°交角組、帶鋼珠聚乙烯內(nèi)襯與金屬髖臼20°交角組（分別簡(jiǎn)稱為無鋼珠0°組，0°交角組，10°交角組，20°交角組）。部分組別在固定聚乙烯內(nèi)襯時(shí)在聚乙烯內(nèi)襯外表面放置4個(gè)2mm直徑球形鋼珠，使骨水泥層厚度均勻。通過生物力學(xué)杠桿實(shí)驗(yàn)，測(cè)定各組界面抗杠桿力強(qiáng)度?？古まD(zhuǎn)力實(shí)驗(yàn)組:25對(duì)金屬髖臼及聚乙烯內(nèi)襯假體隨機(jī)平均分為5組，以標(biāo)準(zhǔn)鎖定裝置組做為對(duì)照組，其余4組應(yīng)用骨

15、水泥聚乙烯內(nèi)襯技術(shù)在聚乙烯內(nèi)襯與金屬髖臼不同交角(0°，10°，20°)下固定聚乙烯內(nèi)襯，分為無鋼珠聚乙烯內(nèi)襯與金屬髖臼0°交角組、帶鋼珠聚乙烯內(nèi)襯與金屬髖臼0°交角組、帶鋼珠聚乙烯內(nèi)襯與金屬髖臼10°交角組、帶鋼珠聚乙烯內(nèi)襯與金屬髖臼20°交角組（分別簡(jiǎn)稱為無鋼珠0°組，0°交角組，10°交角組，20°交角組）。部分組別在固定聚乙烯內(nèi)襯時(shí)在聚乙烯內(nèi)襯外表面放置4個(gè)2mm直徑球形鋼珠，使骨水泥層厚度均勻。通過生物力學(xué)扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，測(cè)定各組界

16、面抗扭力強(qiáng)度?！凹y理化”聚乙烯內(nèi)襯組:5對(duì)金屬髖臼與聚乙烯內(nèi)襯假體以骨水泥固定，進(jìn)行生物力學(xué)扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)。對(duì)本組聚乙烯內(nèi)襯的開孔填充部分骨蠟，在聚乙烯內(nèi)襯外表面形成榫孔，使骨水泥溢入，形成聚乙烯內(nèi)襯與骨水泥之間的“咬合”。測(cè)定其界面抗扭力強(qiáng)度與扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)中標(biāo)準(zhǔn)鎖定裝置組比較，評(píng)估簡(jiǎn)單“紋理化”聚乙烯內(nèi)襯采用水泥固定后的抗扭力強(qiáng)度。
　　 3、對(duì)2例髖臼翻修術(shù)采用骨水泥聚乙烯內(nèi)襯技術(shù)更換內(nèi)襯，進(jìn)行短期隨訪，觀察臨床及影像學(xué)結(jié)果。

17、　　 結(jié)果
　　 1、末次隨訪醫(yī)師Harris評(píng)分為90.01±7.75分（68.5～100分），排除“體征”及“活動(dòng)范圍”兩部分內(nèi)容后的醫(yī)師評(píng)分為:83.39±7.591(62～91分)，患者自評(píng)為84.36±6.974（66～91分），采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，t=-0.1567，P=0.126，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。關(guān)節(jié)外科與放射科醫(yī)師所測(cè)髖臼外傾角均數(shù)分別為47.56°±8.826°、48.41°±9.395°，配對(duì)樣本t檢驗(yàn)顯

18、示t=2.978，P=0.003，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。髖臼外傾角≥55°的百分率為22.1％(32/145，15.3％～28.9％)，髖臼外傾角≥50°的百分率為42.1％(61/145，34.1％～50.1％)。所有聚乙烯均可見不同程度的磨損，剔除雙髖置換病例后，107個(gè)單側(cè)全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后聚乙烯內(nèi)襯線性磨損均值為0.832±0.7069mm。對(duì)107個(gè)髖的髖臼外傾角與聚乙烯線性磨損值做散點(diǎn)圖及簡(jiǎn)單線性回歸分析，采用曲線擬合的方法，結(jié)果

19、顯示，二次多項(xiàng)式曲線擬合效果較好，擬合優(yōu)度(RSquare)為0.697，聚乙烯線性磨損值與髖臼外傾角同向相關(guān)，其回歸方程為(y)=4.431-0.21x+0.003x2。
　　 2、生物力學(xué)實(shí)驗(yàn):抗杠桿力實(shí)驗(yàn)組:各組抗杠桿力分別為無鋼珠0°交角組915.04±197.49N、0°交角組449.02±119.78N、10°交角組814.68±53.89N、20°交角組1033.05±226.44N、標(biāo)準(zhǔn)鎖定組626.68±206

20、.12N，各組樣本的總體方差齊性一致，單因素方差分析顯示F為8.989，P＜0.001，提示各組間抗杠桿力存在差異。20°交角組、10°交角組、無鋼珠0°交角組抗杠桿力均大于標(biāo)準(zhǔn)鎖定組。LSD法以標(biāo)準(zhǔn)鎖定組為對(duì)照組比較與其他各組的差異，發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)鎖定組與20°交角組(P=0.001)、無鋼珠0°交角組之間(P=0.016)的比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，P值均小于0.05。與10°交角組比較，P=0.102，無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。與標(biāo)準(zhǔn)鎖定組比較，0°交角組

21、的抗杠桿力較弱，P值為0.121，兩組間沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異?？古まD(zhuǎn)力實(shí)驗(yàn)組:各組最大扭矩分別為:無鋼珠0°交角組6.39±1.03Nm，0°交角組7.60±1.73Nm、10°交角組7.01±2.25Nm、20°交角組7.32±1.56Nm、標(biāo)準(zhǔn)鎖定組23.82±3.78Nm。Levene檢驗(yàn)各組樣本的總體方差不齊，單因素方差分析顯示F=50.859，P＜0.001，提示各組間抗扭力扭矩存在差異。采用Gamse-Howell法比較兩兩組間差

22、異，顯示標(biāo)準(zhǔn)鎖定組與其他各組比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，P值均等于0.001，其余各組間兩兩比較沒有差異。標(biāo)準(zhǔn)鎖定裝置顯示了較強(qiáng)的抗扭轉(zhuǎn)性能?！凹y理化”聚乙烯內(nèi)襯組:紋理化組:31.03±1.58Nm，標(biāo)準(zhǔn)鎖定組23.82±3.78Nm，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較兩組均值，兩組間方差不齊，F(xiàn)=6.277，P=0.037，獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)顯示t=-3.94，P=0.01，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
　　 3、2個(gè)采用骨水泥聚乙烯內(nèi)襯技術(shù)更換內(nèi)襯的全髖關(guān)節(jié)

23、翻修病例，其髖關(guān)節(jié)Harris評(píng)分分別由術(shù)前的53分、66分提高到隨訪時(shí)的97分、97.5分，手術(shù)效果滿意，無并發(fā)癥。骨盆及髖關(guān)節(jié)照片未見髖臼松動(dòng)及新骨溶解區(qū)，植骨生長(zhǎng)良好。
　　 結(jié)論
　　 1、Harris評(píng)分表可制作成臨床問卷調(diào)查，作為全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后臨床隨訪工作的有益補(bǔ)充。人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后髖臼外傾角角度過大有一定的發(fā)生率，髖臼外傾角過大是聚乙烯內(nèi)襯磨損的重要因素之一，初次手術(shù)中需要采取有效措施防止髖臼假體外傾

24、角過大。由于髖臼前傾角沒有統(tǒng)計(jì)，結(jié)合髖臼假體外傾角過大的發(fā)生率，金屬髖臼假體位置不良的發(fā)生率不能低估，對(duì)其中金屬髖臼穩(wěn)定者行更換聚乙烯內(nèi)襯翻修，并將聚乙烯內(nèi)襯以骨水泥固定于正常位置是否可行及可靠，需要進(jìn)一步研究。
　　 2、生物力學(xué)實(shí)驗(yàn):抗杠桿力實(shí)驗(yàn)組:與標(biāo)準(zhǔn)鎖定裝置相比，聚乙烯內(nèi)襯與金屬髖臼之間存在交角時(shí)用骨水泥固定，能夠提供足夠的早期固定強(qiáng)度。抗扭轉(zhuǎn)力實(shí)驗(yàn)組:與標(biāo)準(zhǔn)鎖定裝置相比，聚乙烯內(nèi)襯與金屬髖臼之間以骨水泥固定強(qiáng)度減弱，

25、這與研究采用的聚乙烯內(nèi)襯外表面光滑、沒有紋理化有關(guān)，需要對(duì)聚乙烯內(nèi)襯外表面做“紋理化”提高其抗扭轉(zhuǎn)性能。聚乙烯內(nèi)襯外表面簡(jiǎn)單的“紋理化”處理加強(qiáng)了聚乙烯-骨水泥界面的抗扭轉(zhuǎn)能力，結(jié)果優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)鎖定裝置的固定強(qiáng)度。本研究中對(duì)聚乙烯內(nèi)襯外表面紋理化的簡(jiǎn)單處理可作為研制新型聚乙烯內(nèi)襯的參考。
　　 3、骨水泥聚乙烯內(nèi)襯技術(shù)上是可行的，手術(shù)效果顯著，手術(shù)操作有其特點(diǎn)，相對(duì)于全髖臼翻修創(chuàng)傷小，恢復(fù)快，可保留宿主髖臼骨量，延緩全髖臼翻修，是髖