背景股骨头坏死致残率高且日趋年轻化,坏死中晚期保头与置换术后复杂髋关节翻修重建是目前研究的热点与难点,结合数字医学技术优化保头与翻修重建方案对疾病的良好转归具重要意义。目的通过对旋转截骨保头及ⅢB型髋臼缺损翻修重建开展数字化研究,以期为骨坏死及髋臼侧重建的个性化精准治疗和器械创新提供新思路。方法1.通过构建11组骨坏死有限元模型,于术后四种日常活动工况下,从坏死扩张趋势、坏死血供压力、股骨头骨折塌陷风险三个方面对不同截骨方案进行综合评价。2.利用正、逆向工程软件及3D打印系统设计转子间旋转截骨手术导板,并应用三维偏差分析技术对比导板组与传统组术后坏死区、截骨面及外轮廓位置偏差,评估导板效能。3.以TC4 8孔重建板为例,对比分析3D打印与机加工内植物的弯曲、扭转动静态力学特性,以及硬度、成分、粗糙度等差异,探讨金属打印的临床适用性。4.结合前后处理仿真软件以刚度最大化、假体-骨界面微动最小化为优化目标进行多工况联合仿真,从4004种组合中确定最佳钉道组合,并依此进行重建假体结构优化。结果1.在4种载荷工况中,坏死风险依次增大。股骨头顶区域杨氏模量与塌陷风险存在显著的负相关性(R2=0.834)。前旋较后旋效率高且前旋90°可将综合风险降至最低(64%)。2.导板组各偏差指标(除第三截骨面位置偏差)均低于传统组(P<0.05)。3.3D打印组植入物的静态弯曲和扭转性能均显著高于传统机加工组(P<0.05),两种钢板均能承受106次0.9kN以下循环载荷,更大载荷下传统钢板疲劳周期更长。4.优化后假体体积降低38.96%,表面积减少51.00%,刚度略小于原假体,假体-骨界面微动小于50μm。结论1.转子间旋转截骨术能有效重建股骨头负重区的力学环境,对于前上区C级坏死,推荐向前旋转60°～90°或向后旋转180°。术后力学环境的改善与转入负重区的前/后方骨质模量相关。2.新型设计的3D打印导板可辅助转子间旋转截骨术的精准实施。3.直接金属激光烧结植入物在抗弯、抗扭力学性能优于传统植入物,疲劳性能相比较差,但生理载荷下亦能满足临床应用需要。4.联合前后处理有限元软件协同多工况智能循环优化,以及拓扑、起筋结构优化,可有效助力髋臼翻修假体的优化设计,降低了假体结构刚度,避免应力遮挡,保障了假体-骨界面微动值在利于骨整合的微动范围,同时大幅度缩小假体体积,减少耗材,便于临床植入,降低组织激惹,更大程度保留宿主骨。