生物固定型股骨柄假体的几何系统设计
股骨柄假体的设计和临床应用选择 ppt课件
之间的绑定也无法完美。 泥层与柄之间的邦定，这
因此通过允许柄的下沉达 是植入柄远期稳定的基础。
到二次稳定，使骨水泥在 因此应尽量限制柄的任何
柄与骨骼之间形成良好的 下沉或微动。增加颈领、
充填，使应力更好地从柄 表面粗糙化处理等均是出
传递到骨水泥层再到骨骼 于这一目的。
骨水泥柄中的“法国悖论”
髓腔锉与植入柄同号 尽可能植入较大号柄 可去除较多的松质骨 无需均匀的骨水泥层 柄可直接与骨质接触
股骨柄的发展
骨水泥柄
1950
1960
非骨水泥柄
1970
1980
非骨水泥柄回潮
1990
2000
对非骨水泥柄热情 下降骨水泥柄回潮
骨水泥柄的两种基本设计理念
承载 •主要关注 锥型 载荷分散
组合 • 主要关注 柱型 柄的形状
骨水泥柄的两种基本设计
骨水泥柄的两种基本设计
承载锥型
组合柱型
柄体材料
CoCr，SS
各种不同多孔表面的骨接触百分比
钛多孔表面 植入后1个月 植入后6个月
钛丝
21.8±2.5%
43.2±4.5%
钛珠
34.0±4.2%
33.3±2.9%
等离子喷涂
32.5±3.8%
41.9±5.2%
多孔涂层比较
VPS
VPS
VPS原理
涂层形成过程
多孔表面上的骨长入
非骨水泥柄的选择中的其他考虑 假体选择的正确——髓腔评价 型号选择的准确——术前计划 并发症的预见（应力遮挡、大腿疼痛） 颈干角/颈距/颈长/颈高/肢体长度
对表面多孔涂层的要求
孔隙率对骨长入的影响
孔隙大小对骨长入的影响
Wagner—SL生物固定型股骨柄假体在复杂髋关节中的临床应用进展
Wagner—SL生物固定型股骨柄假体在复杂髋关节中的临床应用进展复杂髋包括：髋关节翻修、骨质疏松的高龄粗隆间骨折、髋关节发育不良、既往截骨术病例、现对复杂髋的假体选择目前争议较大，但生物型长柄固定假体的临床应用越来越广泛。
而wagner SL生物固定型股骨柄假体通过远端紧压配合获得初始稳定性，通过骨整合获得远期稳定性，临床报道的中远期疗效良好。
该文就wagner SL生物固定型股骨柄假体设计特点、临床应用中远期效果及近年设计研究进展作一综述。
随着髋关节置换术的增加，关节假体使用寿命及人们寿命的延长，关节翻修数量逐渐增加。
现已成为各大三甲医院主要复杂大型手术；股骨粗隆间骨折是一种常见骨折，尤以老年人多见。
随着社会发展及人类平均寿命的延长，发病率及发病年龄都有增高的趋势。
因保守治疗时间长、并发症多，术后生活质量差，手术治疗成为首要选择，高龄患者多伴有明显骨质疏松，同时合并有多种内科疾病，无法耐受长时间卧床及创伤较大手术。
故关节置换术具有出血少、创伤小、手术时间短及早期下床进行功能锻炼等优点，尤其适合老年患者。
而髋关节先天性发育不良及既往截骨术病例均有股骨近端发育不良，无法进行近端固定，故远端固定假体柄受到越来越多关注。
1 生物固定型股骨柄设计Wagner SL股骨柄是远段固定为主锥形的长柄假体，1987年由Wagner报道，早在过去的二十几年里，远端的锥形设计钛合金柄在欧洲日渐流行。
多数报道假体为Wagner SL stem这是种一体式的远端锥形固定柄，大量报道证实了这种远端锥形设计的优点[6]。
这种假体是专门为髋关节翻修所设计，经过了长期的临床实践并进行了许多改进，其锚定的设计理念和骨整合能力的理论也得到了验证。
股骨柄为锥形几何形态设计8条纵向锐利侧棱嵴及圆形的截面，整个假体柄锥度呈2°，假体的材料是钛铝铌合金，假体表面为金刚砂粗糙面支持骨整合，假体侧棱嵴间的沟槽也为髓腔内血管再生提供了空间，假体长度为190～385 mm，有效地增加了假体柄与髓腔的接触面积和界面长度.此种假体早期稳定性来源于股骨柄假体和髓腔的压配，后期稳定性是依靠骨整合长入，其早期稳定性并不依赖于股骨距的完整，而是依靠股骨柄中远段与髓腔的压配。
Wagnercone股骨柄设计原理及手术操作
Wagnercone股骨柄设计原理及手术操作展开全文设计原理Wagner cone锥形假体股骨柄采用钛合金材料加工制成，用于股骨近端区域困难条件时进行生物性固定，例如近端股骨畸形。
假体柄身表面喷砂处理，粗糙微观形貌与其特殊形状设计共同促进骨的大面积附着。
5°角锥状柄横断面为圆形，外科医生可在任何前倾方向放置Wagner cone股骨柄。
柄身有8条脊，其锐利边缘可增加对皮质的固定，提供最佳旋转稳定性。
脊和锥状几何外形更加确保了牢靠的固定。
Wagner cone股骨柄最大限度减少了其它非骨水泥固定系统常见的大腿疼痛发生率。
除提供旋转稳定性外，柄身锐利脊还有利于骨的附着。
临床研究数据表明，在锐利脊处的骨形成和附着效果更佳。
为在股骨距实现对假体的进一步支持，将内侧脊向远端延长，使其透过突起表面达到支持和固定的效果。
柄部侧方脊始于肩部顶端，目的在于确保在粗隆区域拥有最大可能的接触面积。
总之，脊的形状提供了旋转稳定性并且改善了材料与骨生长的效果及结合。
手术操作暴露可采用各种手术路径植入Wagner cone锥形假体股骨柄。
所用特殊途径取决于外科医师的偏好。
本技术适用于后方入路（患者侧卧位图1）图1腿长的判断确立标记点，在分离股骨前进行测量，在完成重建后，比较腿长和股骨偏心距。
通过该项比较进行调整以便使制定的术前计划能够达到预期目的。
有多种测量腿长的方法。
根据手术技术选择最适宜的方法。
股骨颈截骨术根据图2所示手术路径分离股骨。
参照从解剖标记点到术前模板过程中确定的截骨水平间距，确保截骨线的准确性。
在贯穿股骨颈的线上用钢笔标记切除线。
用标记线作为引导，进行股骨颈截骨。
为防止损伤大转子，当锯到达大转子时防止切割。
将锯取下，在股骨颈上方部分完成截骨切割或用一骨刀完成切割。
图2股骨腔的准备随着切口到达近端股骨，从大转子内侧部分和股骨颈侧方部分分离软组织。
必须清楚暴露该区域，才可以正确定位插入股骨扩髓钻的部位（图3）。
全髋关节置换中生物固定股骨柄介绍
与传统的固定方式相比，生物固定股骨柄的并发 症发生率较低。
生物固定股骨柄的典型病例分享
病例一
一位50岁的女性患者，因股骨头 坏死接受了全髋关节置换手术。 术后患者恢复良好，疼痛消失， 能够正常行走和工作。
病例二
一位70岁的男性患者，因髋关节 炎接受了全髋关节置换手术。手 术后患者的髋关节功能得到显著 改善，生活质量明显提高。
生物固定股骨柄的长期效果良 好，能够满足患者长期生存的
需求。
生物固定股骨柄与其他固定方式的比较
与水泥型固定股骨柄相比，生 物固定股骨柄不需要使用骨水 泥，因此可以减少因骨水泥引 起的并发症。
与混合型固定股骨柄相比，生 物固定股骨柄的长期效果更稳 定，能够更好地满足患者长期 生存的需求。
与其他固定方式相比，生物固 定股骨柄的手术操作相对简单 ，能够缩短手术时间和减少手 术难度。
05
生物固定股骨柄的未来发展与挑战
生物固定股骨柄的未来发展方向
创新材料研发
探索新型生物材料，提高股骨柄的生物相容性和耐久性，降低磨 损和松动风险。
个性化定制
利用3D打印等技术实现个性化定制，满足不同患者的需求，提高 手术效果。
智能化应用
结合传感器、AI等技术，实现股骨柄的智能化监测和调控，提高假 体的稳定性和安全性。
髋关节炎等。
提高患者生活质量
通过置换手术，患者能够恢复髋 关节功能，提高生活质量。
减轻疼痛
手术可以减轻或消除患者的疼痛 ，使患者能够恢复正常活动。
生物固定股骨柄的临床效果评估
患者满意度高
大多数患者对手术效果表示满意，生活质量得到 显著提高。
功能恢复良好
手术后患者的髋关节功能恢复良好，能够进行正 常活动。
股骨柄的设计原则
股骨柄设计原则在过去50年里，人们一直在努力恢复患病的髋关节的正常功能并缓解疼痛。
这样就出现了各种各样的髋关节假体。
在评价全髋关节的功能时必须考虑柄的设计特点。
这些特点包括股骨头、股骨颈、颈领以及柄体。
骨水泥型柄的设计理念和注意事项与非骨水泥型的股骨柄不同。
因此，本文分别就骨水泥型和非骨水泥型股骨柄的上中下段设计原则作一综述。
骨水泥固定的股骨柄颈领在所有股骨柄的设计参数中，有无颈领的设计是最有争议的一个。
在骨水泥固定的股骨假体中，设计颈领的初衷是在柄的插入过程中可以对骨水泥进行加压。
结果发现颈领并没有达到预期的目的。
骨水泥型柄的原理是将负荷更合理地传递给近端的股骨和骨水泥，实事上，许多实验和计算机模型研究都表明，带领的股骨柄会将更大的压应力（比较接近正常水平的压应力）传递给内侧股骨距（如图1、图2所示）。
这一效果有利于降低由于应力遮挡造成的股骨近端骨吸收，降低假体上的弯曲应力，降低假体远端骨水泥套层上的应力（如图3所示）。
锥度设计的股骨柄对负荷传递的特点之一是在近端股骨和骨水泥上产生很高的环形应力。
这种环形应力接近于骨水泥套层的极限拉伸强度，但如果柄带有颈领的话，理论上将降低骨水泥套层上的环形应力，关节系统使用起来将会安全的多。
但是，令人担忧的是：1、要想使颈领与股骨紧密配合，在技术上很难达到；2、在手术中做到的颈领与骨的任何接触，都无法在术后保持下去。
即使发生很轻微的骨吸收，也会丧失掉假体柄对应力的合理传导，从而丧失了颈领的作用。
数学模型表明，颈领可以将应力通过骨水泥套层传递到股骨距。
相反，实验室研究却表明，加上轴向负载后，颈领下的骨水泥套层很快碎裂。
但是在临床上，不管是有领或无领骨水泥柄，临床效果都比较好。
股骨柄柄体的设计股骨柄的设计包括柄的几何特点（长度、形态、横截面），材料特性、表面处理。
形态：早期的假体柄一般为弯曲形设计，除了横截面为钻石形的以外，这种弯曲形设计的假体柄已经被淘汰了。
因为将这种弯柄插入到一个相对直的髓腔内（尤其是在冠状面上），就很难形成完整的骨水泥套层。
全髋关节置换术股骨柄固定方式的比较-骨水泥and非骨水泥
骨水泥假体手术适应征广泛-1
不同年龄的病人
60岁以上＞80%
小于60岁＜20%
骨水泥假体手术适应征广泛-2
各种髓腔都可以使用
骨水泥假体手术适应征广泛-3
骨质疏松患者，骨生长潜能差，不适合 生物型假体
骨水泥假体术后恢复快
骨水泥固定，术后即刻稳定，恢复快，功能好。
病人，女，51岁
术后X线片
骨水泥或非骨水泥
骨水泥的使用有充分的证据支持！！！
Loosening rate of improved cementing technique
使用改良骨水泥技术的松动率
1.7% at six years 6年 1.7％
Harris & McGann 1986
3% for femoral component 42% of
生理扭力负荷比轴向负荷更 多产生微动可能
31
Taper设计
Acolade
骨水泥与生物型固定效果的评价：
骨水泥固定型：骨水泥固定型假体柄设计要符合股骨解 剖曲度特性，以使得髓腔内假体周围的骨水泥达到均匀的厚 度。
骨水泥与生物型固定效果的评价：
生物型固定： 假体的设计，一方面假体的外形尽可能与股骨近端髓
acetabular cup with minimum 10 yrs follow up
至少10年的随访显示股骨部件3％，髋臼杯42％
股骨柄的金标准 Harris & Mulroy
1990
水泥髋与生物髋翻修率比较
• 术后15年内水泥髋的 表现一直优于生物髋
数据来源：《瑞典人工关节报告》
年轻患者水泥髋与生物髋翻修率比较
骨水泥假体柄
锥性、抛光 第三代骨水泥技术
股骨柄假体的设计和临床应用选择-推荐课件
Noncircumferential porous coating. Despite excellent ingrowth into porous pad, debris may migrate to distal aspect of stem through adjacent smooth channels (arrow).
39
Definition PM stem. Proximal longitudinal grooves and surface texturing promote mechanical interlock with cement. Integral proximal and distal polymethyl methacrylate spacers ensure neutral positioning in canal and adequate thickness of cement mantle. (Courtesy of Stryker Orthopaedics, Kalamazoo, Mich.)
40
Omnifit EON stem (Stryker Orthopaedics, Kalamazoo, Mich). Normalized proximal texturing converts shear forces to compressive forces. A, Standard offset. B, Enhanced offset.
54
Endurance CDH stem. Straight small-diameter stem design is ideal for use in patients with developmental (congenital) hip dysplasia or small stature. (Courtesy of Johnson & Johnson, DePuy, Warsaw, Ind.)
全髋关节置换术生物固定型股骨柄假体临床应用进展
全髋关节置换术生物固定型股骨柄假体临床应用进展张恒辉;冯建民【摘要】全髋关节置换术(THA)已成为治疗终末期非感染性髋关节疾患最为成功的手术,其中生物固定型股骨柄假体的临床应用越来越广泛.生物固定型股骨柄假体通过紧压配合获得初始稳定性,通过骨整合获得远期稳定性,临床报道的中远期疗效良好.影响临床疗效的多种因素中假体设计十分重要,假体设计各异使得临床疗效略有差别,术后出现相似的假体松动、应力遮挡效应等并发症.该文就生物固定型股骨柄假体设计特点、临床应用中远期效果及近年设计研究进展作一综述.【期刊名称】《国际骨科学杂志》【年(卷),期】2013(034)005【总页数】5页(P348-352)【关键词】全髋关节置换;股骨柄假体;生物学固定【作者】张恒辉;冯建民【作者单位】200025,上海交通大学医学院附属瑞金医院骨科;200025,上海交通大学医学院附属瑞金医院骨科【正文语种】中文全髋关节置换术（T H A）已成为治疗终末期非感染性髋关节疾患最为成功的手术，其中生物固定型T H A临床应用越来越普遍。
生物固定型T H A始于20世纪70年代，其股骨柄假体设计于80～90年代，发展迅速，涌现出许多类型；进入21世纪，临床上多关注假体界面选择，生物固定型股骨柄设计发展趋缓；近年随着生物固定型T H A临床应用增加，短柄假体受到越来越多关注。
生物固定型股骨柄假体材料，以钴-铬-钼合金和钛-铝-矾合金设计最为普遍；假体表面可配合有不同种类的广泛或部分涂层，以利于骨长入和骨长上；通常被设计成近端多孔涂层（锥形）或全涂层（柱状）。
生物固定型股骨柄假体依据不同标准可有不同分型，几何设计不仅影响假体初始压配，而且直接涉及远期骨长入或骨长上。
根据几何设计不同，生物固定型股骨柄假体总体设计上可分为传统概念上的生物固定型股骨柄假体和骨保留型假体。
传统概念上生物固定型股骨柄假体分为锥形柄（直柄）、柱形柄、解剖柄和组配柄等4种类型［1，2］（见表1）。
全髋关节置换中生物固定股骨柄介绍
Type6股骨柄临床效果
一代
随访年 限
5y 100髋
6y 116髋
额外特征
并发症
钴铬钼，解剖，烧结多孔涂层 大腿痛（15%）
大腿痛（28%）
存活率 95% 91%
二代
5y 近端和外侧加宽获得更多填充 115髋 柄体到远端的弧度变的缓和
99.1%
7y 纤维金属涂层 78髋
大腿痛（9%） 100%
10y 近端钛多孔涂层 72髋 远端喷砂
18y 生存率NA 99.5%, 75m
249髋
轻度到中度大腿痛（4%） 99% 近端中度应力遮挡（50%）
NA
98.2%
13.2y
NA
33髋
NA
100%
75m
近2/3喷砂
远端子弹头设计
大腿痛（2.4%） 皮质肥厚（14%）
99.5%
Type 3A亦可应用于Dorr C型股骨,长期效果好。
Type3B 股骨柄临床效果
Tpye 2
双锥度股骨柄：M/L，A/P(锥度可变) 近端填充，在A/P位，较TypeI型柄厚 远端可为锥度或圆形填充设计 在保证某些假体的旋转稳定性，股骨干部分 获得固定是有必要的 当远端假体与宿主骨有啮合关系时，纵向沟 槽与开槽有利用减少假体刚度，从而最大限度 减小应力遮挡和大腿痛发生率 远近端均需要扩髓
生物固定股骨柄分类
最早的分类主要分为直柄和弧形柄 临床常提及近端多孔涂层锥形柄和全涂层圆柱柄 这些分类都简单化，并不能体现出重点设计特征，且对不同
柄的临床效果对比没有太大指导意义。 因此对分类系统综合化有助于临床结果对比研究。
新的分类方法
在Berry的4种分 型的基础上， 根 据结构，固定模 式等又分为了6种 分类。
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王彩梅， 等 !生物固定型股骨柄假体的几何系统设计
颈部区） ： 颈干角及颈长共同影响偏心距的 # 区（ 大小及外展肌（ 主要是臀中肌） 的力臂。增加外展肌力 臂， 可缓解外展肌肌力较弱带来的髋部隐患， 提高关节 的稳定性， 但力臂或力距越大， 就越会增加股骨柄组件 弯曲断裂的可能。 颈干角越大， 人工关节置换后的活动 范围会越大，但活动范围过大会造成人工髋的撞击现 象。为适应不同需要， 常见的颈干角为 !#135!&23 ； 目 前的标准组件颈长一般在 &4524 66。 强度力学试验表明， # 区为柄的应力薄弱区
北京百慕航材高科技股份有限公司京航事业部， 北京市 &"""%’ 王彩梅 ! ， 女， 山西省忻州 市 人 ， 汉族， 中国农业大学在读博 &%() 年生， 士， 主要从事外科植入物骨关节假体研究。
中 图 分 类 号 *+,%# 文 献 标 识 码 *文 章 编 号 *&#(&$’%!#.!""#/))$"&)%$", 收稿日期 *!""#$"#$)" 修回日期 *!""#$"($&" ."#$’"$#$,’(’ 0 1 ・ 2/
&G! 股骨柄几何形状确定 &G!G& 基本结构的确定 按总体结构形状分为解剖形 直柄形 . 图 ! 、 解剖型 . 图 &/、 )/。光弹性实验结果证明，
柄与股骨近端髓腔更为匹配，置入后的应力分布更为 合理， 同时增加了抗旋转能力， 减少了假体机械性松动 的发生。但解剖型需有左右之分， 因此， 对产品成本的 飚升有直接的影响。
$#%
， 所
以， 颈部截面的设计须在达到日常活动必要的屈曲、 外
$!% 的同时要保证足够的抗弯 旋、 外展角（ !#43、 #43、 #43 ）
强度。 近端区， 位于股骨柄近端 ! 0 & 处， 为生物固 & 区（ 定主区） ： 生物固定理念：股骨柄的生物固定是将假体植入 股骨髓腔后， 通过压缩皮质骨与假体柄间的松质骨， 从
$%&’ (%)*+,)- ./01 21,*31- 4, 5%0*61%& 34567856 94:4;4<5= ->4?456 -84@A>B C8A>D48E F<G= HAIG= ->4?456 &"""%’= F7458 $%&’ (%)*+,) ! = 1AJIK456 L<D I<BA<D8A>= 34567856 94:4;4<5= ->4?456 -84@A>B C8A>D48E F<G= HAIG= ->4?456 &"""%’= F7458
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股骨柄的设计
人工髋关节股骨柄在植入人
体后， 不同的部位将承担不同的作用， 因此， 对于股骨 柄的设计应按分区法进行， 以适应其不同的功能特征 。 （ 见图 ’ ） ()*+,- 在 !../ 年集中了众多专家的意见后 在股骨柄近端处须为紧密配合； 中间 ! 0 & 为松 阐明 ：
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配合即可； 远端 ! 0 & 则是滑动配合。
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: 股骨柄几何设计 &G& 股骨柄分型 方 案 据统计股骨几何特征参数 Y4 服
从正态分布， 即：
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股骨几何特征的主要参数有：颈干角、股骨头直 径、 股骨头中心和股骨髓腔峡部相对于小转子的位置、 股骨颈长、小转子中心处及狭长髓和狭窄皮处横截面 特征以及股骨密度、 抗压、 抗剪强度及弹性模量等力学 参数。 基于股骨几何解剖特征并确定可覆盖的人群的百 分比（ 即适宜的满足度） 之后， 股骨柄分型可以采用三 种方案： 线性分型、 等概率分型及混合分型法。线性分 型、 等概率分型法的优缺点： 按等概率原则划分， 相邻 规格差异较大； 若按线性等分， 则各规格的假体覆盖群 体范围不等。 某些产品鉴于在制造及配套工具方面的考虑， 将诸多规格的内倾曲线或柄长定为统一值，作者认 为这种工程化处理后的临床效果还需要长期的对比 验证。
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股骨柄长度的确定