骨肿瘤按其性质可以分为良性和恶性两类。良性骨肿瘤一般以局部切刮除病灶加辅助内固定、植骨等治疗为主;恶性骨肿瘤通常情况下需要进行广泛或根治手术,以至于造成大范围的骨缺损、关节损伤及破坏,甚至需要截肢。而儿童膝关节恶性骨肿瘤长期以来是医学界的热难点问题。随着新辅助化疗的广泛应用,不仅提高了恶性骨肿瘤的预后生存率,也使得保肢重建手术成为代替截肢手术的重要治疗手段。由于恶性骨肿瘤的好发于儿童和青壮年,保肢重建手术之后更要注重术后患肢的功能恢复。常见有人工假体置换术等机械重建方法和瘤段骨灭活再植术等生物重建方法,目前使用人工假体置换治疗儿童膝关节恶性骨肿瘤较多。由于儿童(青少年)膝关节周围恶性骨肿瘤在进行传统假体植入术后(单纯全膝关节置换等)势必造成未愈合的骨骺损伤和缺失,从而使得患儿患肢相对于健肢生长明显缓慢,导致患肢短缩。对于局限于干骺端的恶性骨肿瘤,当确实关节内及对侧另一端骨未受肿瘤侵袭后,可予以保留对侧骨的骨骺,从而可以减轻患肢在进行假体植入术后导致的患肢短缩的情况;半膝关节假体置换则是基于上述理念产生并运用于儿童膝关节恶性骨肿瘤的治疗中。本课题组先后提出人工半膝关节假体复合异体骨保肢治疗和股骨端双动半膝关节假体的概念。“双动”的概念是指:将膝关节运动分解为双动的两个阶段,假体内部结构承担日常频繁屈曲0°-60°的运动,其间假体相对于胫骨平台静止;当膝屈曲超过频繁屈曲范围时整个假体才会在胫骨平台上滚动,结果表明双动结构能有效的降低假体与胫骨的摩擦频率,这样不仅能够保证胫骨骨骺生长能力,而且降低了胫骨平台的磨损。在此概念基础上,课题组利用CAD技术和RP技术设计制作出第一代双动半膝关节假体。然而一代双动半膝关节存在定制化程度不高,缺少有效的韧带附丽系统等缺点,从而导致假体近远期稳定性效果较差等不良后果。课题组采用工程学制造技术和仿生学原理,设计并制作出第二代双动半膝关节假体。第二代双动半膝关节假体保留了一代的原理和部分特点。二代半膝关节只有3个部分组成(FPJP,FCCP和连接中轴),具有组装简便、结构简单的特点;采用加大范围定制化的股骨髁部设计,定制化程度和仿生程度更高,并拥有髌骨滑道设计,更加符合人生理结构;拥有有效的韧带附丽系统(韧带附丽孔道)并提出相应的韧带附丽概念,可以保持假体安装后近期及远期稳定性。由于新型韧带附丽系统结构特殊性,需要确定关节初始固定角度,针对新型韧带附丽系统进行韧带初始安装的实验。利用树脂模型假体上的韧带附丽孔道进行模拟韧带附丽,结果表明,于105°屈曲角度为初始安装固定角度,既达到了比较大的屈曲角度,又接近生理状态下前后交叉韧带的标准,是第二代定制化假体最佳初始安装角度。对第二代双动半膝关节上部件及髓内针进行有限元分析。采用有限元分析软件ANSYS进行优化计算。在ANSYS 11.0软件中设置与Pro/Engineering 4.0的无缝连接接口,直接实现CAD与CAE文件的转换,收到了很好的效果。网格划分时采用三维十节点四面体单元(SOLID92),边界条件采用股-胫关节压缩力在行走负重相最大负荷为体重的4倍。而分析结果表明当采用纺锤形髓内针设计,髓内柄长度为70mm,髓内柄角度为6.0°时生物力学分布更为合理,实现优化设计。利用CAD技术和先进假体制作技术制作出第二代双动半膝关节假体,并进行一例临床试验。患儿女性,主因右股骨恶性神经鞘瘤术后3年,瘤段切除术和大段同种异体骨移植术后产生病理性骨折入院治疗。在获得病人家属同意,进行缜密的讨论和医学论证后,运用第二代双动半膝关节假体对患儿进行了双动半膝关节假体置换术,疗效确切,术后随访患儿患肢恢复良好,已恢复部分功能。双动半膝关节为本课题组在世界范围内首次提出,为全新概念;新型的韧带附丽装置则为解决半膝关节置换后稳定性差提出了新的方法;有限元结果表明第二代半膝关节设计结构的合理性;临床实验进一步表明了双动半膝关节假体置换的可行性和有效性。双动半膝关节对于儿童恶性骨肿瘤的保肢治疗提出新的思路,有很重要的现实意义。