股骨柄假体的设计和临床应用选择-推荐课件
【骨科 耗材】张淼--骨水泥型关节柄选择
Muller
CoCr 0.5—1.5
小领对称设计，表面纹理
设计要素
• 形状
形状闭合固定 设计要素体现
有领 表面纹理
嵴
防止柄下沉 “大锁定”机制，防止微动
设计要素
• 形状
形状限定固定的代表—SPⅡ疗效
SPⅡ骨水泥柄有着优异的临床表现，10年假体存活率（以无菌 性松动而致翻修为终点）达96.7%
设计要素
• 形状
摩擦力闭合固定 形状闭合固定
柄体材料 柄体形状
不锈钢 锥形
钴铬钼合金 截面方形，椭圆
颈领 表面处理 骨水泥层的要求
通常无 高抛光 较低
通常有 粗糙、沟槽
较高
植入后下沉
显著（0.9— 1.4mm）
甚小（0.1— 0.5mm）
设计要素
• 形状
假设1
exeter表面粗糙
假体柄与骨水泥层分离发生晚
• 表面粗糙度
降低摩擦潜能 并不是表面粗糙度一个因素就能解决的！
表面粗糙度 假体形状 负重 安放位置 等等
摩擦潜能
设计要素
• 形状
柄的形状设计，常需考虑重建组织的负荷传递
负荷性质
影响因素
轴向负荷 柄中部冠状面形状
弯曲负荷 柄中部冠状面形状
旋转负荷
横切面形状
设计要素
• 形状
两种机制将轴向力从假体传递到骨水泥层（Huiskes）
绝大多数中国医生感到无从选择 因此需要了解假体设计的一般知识
概述
• 无菌性松动——翻修常见原因
骨-骨水泥界面剪切力
无菌性松动原因
磨损微粒引起的溶骨
骨水泥压缩或折弯——少见
骨水泥特性
• 国际标准要求
JISRF：短柄假体在股骨骨量受限病例中的使用经验
JISRF：短柄假体在股骨骨量受限病例中的使用经验原文标题：Short-Stem Hip Arthroplasty as a Solution for Limited Proximal Femoral Bone Stock原文作者：Gamboa A1, Campbell D1, Lewis P1原文出处：JISRF · Reconstructive Review · Vol. 5, No. 2, July 2015引言翻修时的股骨近端骨量有限，要在这种情况下实现全髋置换的稳定固定是常见且棘手的。
而进行初次髋关节置换时，却很少遇到由于骨量有限而对手术造成困难的情况。
我们描述了一个较为罕见的情景，即当初次髋关节置换时，股骨髓腔几乎被膝关节翻修置换术后的股骨侧假体所填满，股骨柄长度的选择会受到相应的限制。
通常情况下的髋关节置换会选用柄长超过150mm的假体[5]。
一些公司推出了长度小于传统股骨柄（150mm长度）设计的短柄假体[1]。
这种短柄在身材较为矮小的亚洲患者人群较为流行。
因为他们的股骨骨干较为狭窄，弧度也更为明显，但这些解剖特点却对长柄假体的使用带来不便。
而表面髋和短股骨柄设计，可作为一种传统股骨柄的替代选择。
短柄的小曲度设计，能够保留更多的股骨距，并使股骨近端的受力更接近生理状态[3、12]。
短股骨柄和表面髋假体的一个临时适应症即为髋关节疾患伴随着股骨干的畸形，如：股骨畸形愈合、截骨矫形术后等[14]。
这些病例的特点都突出性的描述了一个问题，即髋关节假体的固定与股骨干可用长度的不足存在着矛盾与冲突。
病例报告患者是一名63岁女性，髋关节外侧疼痛伴功能受限，并伴有一系列显著的并发症，包括：类风湿性关节炎、类固醇类诱导的骨质疏松、糖尿病等。
Charnley分级为C级，双侧初次全膝关节置换术后3年。
患者在膝关节置换术后的第一年由于摔倒导致其双侧股骨远端发生骨折，并随之进行了双膝的翻修手术。
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。
股骨髓腔粗大患者行髋关节置换股骨假体柄选择
通讯作者:甄平E mail:zhenpingok@Corresponding author:ZHEN Ping E mail:zhenpingok@全髋关节置换术(total hip arthroplasty ,THA )的目的是缓解疼痛、恢复关节活动度和改善功能,同时恢复并重建髋关节正常的生物力学。
手术需要实现以下目标:(1)精确重建股骨近端解剖结构,使得应力分布更加符合生理要求。
(2)最大限度地保留髋关节原有的骨与软组织生理结构,术后关节活动能力更加接近正常功能水平。
(3)最大程度保留骨质,以应对日后面临的翻修问题。
因此,临床上进行初次全髋关节置换时,获得一个良好稳定的髋关节至关重要。
尤其对生物型髋关节置换,要求假体柄与股骨近端髓腔紧密压配以获得即刻初始稳定,在此基础上依靠骨整合长入来实现假体永久稳定性。
因此,假体柄几何形状与股骨髓腔形态的精确匹配尤为重要,应针对不同患者的股骨髓腔形态,术前在假体选择上需要进行周密测量并多角度考虑不同个体的髋关节结构与功能,以实现人工关节的初始与长期稳定性。
1股骨近端髓腔形态不同分型释义正常股骨髓腔解剖形态是从近端向远端逐渐变小呈不规则的类似喇叭状,并在髓腔中上段存在最狭窄处(峡部)。
不同人群的股骨近端髓腔形状可存在明显差异[1-6]。
影响股骨近端髓腔形状的原因包括年龄[5]、性别[7]、种族[8]、生活方式等诸多先天及后天因素[9],其中随着年龄增长所引发的生理性骨质疏松症可导致股骨皮质骨厚度减少且髓腔峡部内径扩大,股骨近端髓腔形态从年轻时的“椭圆形”变成老年人的“圆形”[5,10]。
而强直性脊柱炎、类风湿性关节炎等疾病并发的病理性骨质疏松更可导致股骨髓腔形态发生较大改变[2-3],其中以骨皮质变薄、峡部变宽以及髓腔呈直立烟囱状形态最为常见[4,6]。
经典的股骨近端髓腔形态描述多采用Dorr 等[5]分型,Noble 等[6]对髓腔形态与假体设计与选择的关联性进行了相关研究,通过髓腔开口指数(canal flare index ,CFI )将股骨近端髓腔形态分为3型:香槟杯型(CFI>4.7)、正常型(CFI=3.0~4.7)和烟囱型(CFI<3),并据此指导临床上股骨假体形状及大小的选择。
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。
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）。
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.)
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孔隙大小 (um) 50 100 200 300 400 500
骨长入情况 结缔组织形成，无骨长入 有矿化骨组织侵入，有可能血管化
骨组织生长明显 明确加速骨组织的生长 骨组织进入孔隙深部仍有可能 骨组织生长速度受限，进入深部受限
18
孔隙大小对术后抗剪力强度的影响
19
各种不同多孔表面的骨接触百分比
40
Omnifit EON stem (Stryker Orthopaedics, Kalamazoo, Mich). Normalized proximal texturing converts shear forces to compressive forces. A, Standard offset. B, Enhanced offset.
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。
32
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
33
34
35
A, Neck-stem angle is reduced. B, Neck is attached at more medial position on stem.
36
37
38
Large-diameter head with trapezoidal neck (A) has greater range of motion and less impingement than smaller diameter head and skirted modular neck (B).
43
Basic cementless stem shapes (Stryker Orthopaedics, Kalamazoo, Mich). A, Meridian TMZF straight stem is symmetrical and fits either femur. B, Citation TMZF anatomical stem design incorporates proximal posterior bow and anteverted femoral neck.
截面方、椭圆
颈领
通常无
通常有
表面处理
高抛光
毛糙、粗糙
骨水泥层的要求
较低
较高
植入后下沉
显著(0.9-1.4mm) 甚小(0.1-0.5mm)
31
骨水泥柄设计的两种思想
承载锥型
组合柱型
骨水泥层是不可能完
应尽一切可能获得骨
美的，股骨柄与骨水泥层 水泥层的完美，增加骨水
之间的绑定也无法完美。 泥层与柄之间的邦定，这
10
非骨水泥股骨柄初期稳定的部位
11
非骨水泥股骨柄远期稳定的实现
12
粗糙表面上的骨长上
13
多孔表面上的骨长入
采用多种不同的工艺， 在非骨水泥柄表面形成具 有一定厚度的多孔涂层， 以利骨长入多孔内而获得 柄远期稳定
14
15
对表面多孔涂层的要求
16
孔隙率对骨长入的影响
17
孔隙大小对骨长入的影响
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.)
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%
20
多孔涂层比较
21
VPS
22
VPS
23
VPS原理
24
涂层形成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
髋关节假体的设计 和
临床应用选择
应 明 MD, PhD
1
股骨柄临床成功的重要因素
2
非骨水泥股骨柄材料
➢ 钛合金 (钛铝钒, 钛铝铌) ➢ 钴铬钼合金 ➢ 不锈钢
3
非骨水泥股骨柄经典设计
方型柄 圆形柄 锥形柄 解剖柄 组配柄
4
方形柄
5
圆形柄
6
锥形柄
7
解剖柄
8
组配柄
9
非骨水泥股骨柄植入后的稳定
41
Spectron EF stem. Rounded, rectangular shape and longitudinal groove improve rotational stability. A, High offset. B, Standard offset. (Courtesy of Smith & Nephew, Memphis, Tenn.)
44
Synergy porous stem (Smith & Nephew, Memphis, Tenn). Tapered straight stem design. Proximal flutes provide additional rotational stability. A, Standard offset. B, High offset. Shown with oxidized zirconia heads.
27
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
28
骨水泥柄的两种基本设计理念
29
骨水泥柄的两种基本设计
30
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
CoCr, SS, Ti 合金
柄体形状
锥形为主
42
CPT hip stem (Zimmer, Warsaw, Ind). Collarless, polished, tapered design allows controlled subsidence and maintains compressive stresses within cement mantle.