个性化膝关节抗生素骨水泥占位器的设计及临床应用

摘要

背景:膝关节假体周围感染是全膝关节置换后最严重的并发症之一,二期翻修目前被公认为是治疗的"金标准"。在二次手术的间隔期置入抗生素骨水泥占位器,不仅可以增加抗生素浓度,还可以增加患者关节活动功能。目前占位器的制作方法各不相同,存在关节面贴合度低、制作精度低、结构不稳定和强度低等缺点,无法更好的贴合患者的生理结构。如何设计出个性化占位器且维持术后膝关节稳定是占位器临床应用中的难题。目的:利用有限元分析方法设计个性化占位器结构,采用3D打印技术制作抗生素骨水泥占位器并应用于临床。方法:基于全膝关节置换患者膝关节CT数据,运用Mimics医学图形处理软件对假体、股骨、胫骨进行重建。根据手术截骨量、假体外形设计个性化占位器结构,利用有限元法分析占位器在不同步态的受力情况,采用3D打印技术快速制作抗生素骨水泥占位器硅胶模具并应用于临床。结果与结论:①根据患者手术截骨量、膝关节假体外形设计了股骨侧占位器与胫骨侧占位器,为防止占位器脱位,加深了胫骨侧占位器的凹槽深度(4-6 mm)与前端高度(10-14 mm);②有限元分析结果表明,股骨侧占位器屈曲90°时最大应力值为13.6 MPa,胫骨侧占位器屈曲90°时最大应力值为7.99 MPa,受力合理,占位器的结构强度满足要求;③采用3D打印技术制作抗生素骨水泥占位器的硅胶模具,制作的占位器表面更加光滑,配合度增加;④临床结果显示,个性化抗生素骨水泥占位器具备良好的关节活动能力与稳定性;⑤说明该方法制作的占位器快捷、简单,节约手术时间,为膝关节占位器的临床应用提供了新的选择。