3D打印骨小梁钛表面对无骨水泥骨干假体早期机械稳定性的改善作用

《BMC Musculoskeletal Disorders》：Eight-week construct performance of cementless diaphyseal prostheses with 3D-printed trabecular geometry: an in vivo caprine biomechanical study

　　

摘要

目的

肿瘤切除或严重创伤后的节段性骨干重建需要能够提供足够早期机械稳定性的假体，以支持术后康复。目前体内研究尚未完全明确，三维（3D）打印骨小梁钛表面是否能减少无骨水泥生物固定与骨水泥固定之间的早期稳定性差距。

方法

在 18 只骨骼成熟的成年山羊身上制造了 2 厘米的股骨骨干缺损，并随机分为三个假体组（每组 n = 6）：骨水泥固定组、喷砂处理组（无骨水泥）和 3D 打印骨小梁组（无骨水泥）。术后 8 周，使用伺服液压测试系统（Bose ElectroForce 3510）评估收获的假体 - 骨复合体。机械测试包括拉伸载荷（0–500 N）、循环扭转载荷（0–2°）和单调扭转到失效。由盲法观察者每日记录首次持续负重的时间。

结果

在 500 N 拉伸载荷下，骨水泥组的轴向位移最低（0.619 ± 0.013 毫米），3D 打印骨小梁组居中（1.018 ± 0.061 毫米），喷砂处理组最高（1.100 ± 0.001 毫米；所有两两比较 P < 0.05）。2°角位移时的扭矩呈现相反的模式：骨水泥组（6.515 ± 0.120 N·m）> 3D 打印骨小梁组（2.802 ± 0.203 N·m）> 喷砂处理组（2.400 ± 0.052 N·m；所有两两比较 P < 0.001）。最大失效扭矩分别为 30.46 ± 0.42、16.17 ± 1.24 和 11.88 ± 3.74 N·m（P < 0.001）。骨水泥组术后达到负重的时间显著早于骨小梁组（25.83 ± 0.98 天；P < 0.001）和喷砂处理组（27.33 ± 3.44 天；P < 0.001）（19 ± 1.55 天），两组无骨水泥组之间无显著差异（P = 0.498）。

结论

尽管骨水泥固定由于骨水泥微锁固作用提供了更优越的 8 周结构稳定性，但在完全骨整合建立之前的术后 8 周，3D 打印仿生骨小梁几何形状与传统喷砂表面相比，与显著改善的结构性能相关。这些发现表明，仿生多孔结构可以部分抵消术后早期缺乏骨水泥介导的互锁效应，为优化骨干植入物设计和指导保肢手术的术后康复策略提供了生物力学依据。