冠状面上水泥分布不均会增加全膝关节置换术后假体松动的风险：一项计算机模拟研究

《BMC Surgery》：Asymmetric cement distribution in the coronal plane increases the risk of prosthetic loosening following total knee arthroplasty: an in-silico study

　　

摘要

背景

全膝关节置换术是治疗晚期膝骨性关节炎的标准方法。胫骨组件的无菌性松动是该手术后的常见并发症。先前的研究表明，减少骨水泥用量以及降低骨水泥层厚度可能会导致胫骨平台下方的松质骨出现应力集中，而这正是假体松动的原因之一。我们的初步研究显示，骨水泥分布的不同会改变局部生物力学环境。不对称的骨水泥分布是一种常见的临床现象，但目前尚无研究探讨其对假体松动风险的影响。

方法

我们构建了全膝关节置换术后胫骨侧的三维模型，该模型包括胫骨皮质、松质骨、聚乙烯衬垫、胫骨托盘以及骨水泥。根据骨水泥在冠状面的分布情况，将模型分为三组：对称分布组、75%的骨水泥位于胫骨侧（内侧）、75%的骨水泥位于腓骨侧（外侧）。在对称分布组中，两侧的骨水泥厚度均超过2毫米；而在不对称分布组中，较薄一侧的骨水泥厚度则低于这一阈值。所有模型都在0°、30°和60°的屈曲角度下，承受2100牛顿的压缩载荷，且同时考虑内翻和外翻两种受力情况。通过分析不同模型中胫骨平台下方松质骨内的压缩应力分布差异，以此预测假体松动的风险。

结果

在不对称骨水泥分布的模型中，骨水泥较薄一侧的松质骨出现了明显的应力集中现象。在内外翻受力条件下，骨水泥较厚一侧的松质骨所承受的载荷相比对称分布组有所减少，但这种减少的程度小于骨水泥较薄一侧应力增加的程度。在轴向受力条件下，不对称骨水泥分布模型的峰值应力始终高于对称分布模型。当腓骨侧的骨水泥层更薄时，峰值应力还会进一步升高。

结论

不对称的骨水泥分布会加剧骨水泥层较薄一侧的松质骨中的压缩应力集中现象，尤其是当该处的骨水泥厚度低于2毫米时，这一数值正是已有研究中所指出的假体松动临界值。因此，这属于增加假体无菌性松动风险的因素之一。