目的节段型人工假体是近年来重建四肢骨干缺损的新方法之一,它具有操作简便、创伤小、术后肢体可早期活动等优势,但其因生物力学因素导致的假体早期松动发生率较高。本研究通过有限元方法模拟在正常行走的应力环境下,探讨节段型人工假体柄长度变化与骨干、骨水泥的应力分布规律,为指导临床操作和改进节段型人工假体设计提供力学帮助。对象和方法通过CT获取全股骨信息资料,以DICOM格式保存,在MIMICS软件下对股骨全长进行三维重建。首先,采用节段型人工假体分别重建股骨干远、近端不同区域骨缺损,并建立假体柄长为40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm和100mm共14个股骨-骨水泥-节段型人工假体模型,通过Abaqus6.91有限元软件对模型加载正常人体行走时股骨承受的应力,得到股骨、骨水泥及节段型人工假体的应力峰值和应力分布云图,然后与A区假体(股骨干近端假体)和C区(股骨干远端假体)假体重建骨干缺损后的骨水泥、骨干及假体的应力峰值和应力分布云图进行对比,从而得到A、C区假体及B区(股骨干中部假体)在股骨干的适用范围及客观应力数据。结果节段型人工假体模型中股骨、骨水泥的应力峰值与假体柄长呈反比,最高的应力峰值出现在股骨近端柄长40mm的模型中,分别为70.27Mpa和11.6Mpa。骨干的应力峰值均位于股骨干内侧皮质与假体重建段交界面处,均未超过骨皮质垂直压应力极值；骨水泥的应力峰值均位于骨水泥鞘内侧靠近假体重建段附近,均未超过Palacos骨水泥疲劳强度。节段型人工假体的应力峰值与柄长大体呈反比,最高的应力峰值出现在股骨近端柄长为40mm的模型中,为245.3Mpa,假体的应力峰值位于假体柄内侧与重建段的移行处,并与重建段螺钉孔周围形成两处应力集中区域,所有的假体模型都未超过钛合金的最大拉伸强度。A、C区假体模型的骨干、骨水泥的应力峰值明显降低,分别平均降低32.87±6.81Mpa和5.882±1.473Mpa,A、C区假体模型中骨干的应力峰值位于骨皮质外侧与假体重建段交界面,骨水泥的应力峰值位于骨水泥鞘的顶(底)部,并在此形成应力集中区域。其假体的应力峰值平均下降24.51±9.54Mpa,在钛板弯曲部位和螺钉孔周围形成新的应力集中区域。结论1.本次实验通过有限元分析发现柄长的变化与骨干、骨水泥及假体的应力峰值变化具有明显相关性,即短柄假体较长柄假体更容易造成骨水泥碎裂、骨干骨折的发生。在残余髓腔长度允许的范围内,尽量使用长柄假体提高稳定性。2.A区假体适用范围在股骨近端残余髓腔70mm以近区域,C区假体适用范围在股骨远端残余髓腔50mm以远区域,其余骨干为B区假体的适用范围。3.使用A、C区假体能明显降低骨水泥、骨干应力峰值,并使骨干与骨水泥的应力分布趋于合理,减少或避免在长期应力作用下发生骨水泥碎裂及骨干骨折的风险,所以A、C区假体通过髓内加髓外的固定方式扩大了在股骨干的适用范围。4.在临床使用中,股骨的漏斗指数可能是造成骨水泥鞘应力薄弱的原因之一,即漏斗指数越高,骨水泥鞘早期发生碎裂、脱落的风险越高。5.在节段型人工假体重建段通过增加卸载槽、将螺钉孔设计为椭圆形等方式能有效降低假体柄与重建段移行位置、螺钉孔周围应力集中的程度,降低假体断裂的发生。对A、C区节段型人工假体的钛板和螺钉可设计为锁定模式,同时适度增加钛板增厚、螺钉的直径以减少螺钉脱出和假体断裂的风险。