1.研究背景： 人工关节的固定方法是人工关节置换术的关键所在，至今仍然分别朝着骨水泥固定和生物学固定两个不同方向发展。 骨水泥对维持人工关节的长期稳定并不理想，机械性松动和广泛的骨丢失问题最受关注。到20世纪70年代以后，骨水泥固定假体的松动和下沉问题日益突出，某些学者甚至提出了“骨水泥病”的概念，或称为骨水泥植入综合征(Bone Cement Implantation Syndrome，BCIS)，并发现BCIS有一定的猝死发生率。因而逐渐出现多种不需要骨水泥固定的骨长入生物固定型假体。 非骨水泥固定假体经大量临床使用，又出现了与骨水泥固定假体不同的问题，包括远端骨溶解及应力遮挡效应等，被许多专家称为“非骨水泥病”。而且目前生物学固定假体设计的不足也日益表现出来，有报道骨长入的总量不足10％。 人工关节存在的问题及发展的需要，呼唤着能与植入骨床牢固愈合而不松动的长期稳定假体的出现。谭本前、徐栋梁等对人工髋关节股骨假体柄进行改良，将其固定面的近2/3段设计为多层网孔，为骨组织长入提供更为广泛的区域，且立体交错，能显著加强髋关节人工股骨柄的生物学固定强度，代表着一个很有前景的方向。 本研究针对目前人工膝关节固定方式存在的问题，研制出了粗大立体网孔表面生物型人工膝关节假体，通过对假体界面的独特设计，使假体与骨结合更紧密，强度大大提高，且使骨改建加快，为进一步的临床前期研究提供动物实验依据。 2.目的： (1)设计并制作一种兔用粗大立体网孔表面生物型人工膝关节假体，通过动物实验与同期制作的骨水泥固定假体进行对比，寻找一种固定效果理想的生物型固定人工膝关节假体。 (2)观察兔用粗大立体网孔表面生物型人工膝关节假体植入动物体内的近期和远期生物学固定效果。 (3)探讨粗大立体网孔表面生物型假体多孔层不同的排列方式对假体生物学固定效果的影响。 3.材料与方法： 3.1.材料 根据兔膝关节解剖及生物力学特点，自行设计并制作兔用人工膝关节假体。基本形状由股骨髁和胫骨平台及与其焊接在一起的髓内杆组成，关节面抛光。另取厚度0.25mm、网孔大小分别为2mm×2 mm(大网孔)及1.5mm×1.5mm(小网孔)的不锈钢网，借助激光技术与假体基体表面焊接，构成粗大立体网孔假体，为实验组假体。实验组假体根据网孔排列方式的不同又分为：(1)均一网孔假体(A假体)：即假体固定表面两层均为大网孔；(2)大孔在外假体(B假体)：小网孔焊接在假体固定表面，大网孔重叠在其上；(3)小孔在外假体(C假体)：大网孔焊接在紧贴假体固定表面，小网孔重叠在其上；同时制作光滑假体作为对照组假体(D假体)，外形与实验组相似，其固定表面光滑，直径与实验组相同。 3.2.方法 60只实验动物新西兰大白兔，随机分为四组，均选取左侧膝关节行人工膝关节置换术，各使用A、B、C、D假体，髌骨保留。术后1，3，6个月处死，进行大体评分、X线摄片、扫描电镜、不脱钙骨组织切片的形态计量学分析、生物力学测定。 3.3.统计学分析 采用SPSS13.0统计软件进行分析，组间比较采用方差分析，两两比较采用LSD—t检验，膝关节ROM优良率比较采用卡方检验。 4.实验结果： 4.1.一般情况 共有5只实验兔死亡，大多数切口愈合良好。 4.2.膝关节功能检测 膝关节活动范围(Rang of motion，ROM)优良率，最低60.00％，最高达80.00％，各组间比较差异均无统计学意义(P>0.05)。 4.3.大体观察 实验组：术后1个月，网孔假体组可见股骨远段及胫骨近端骨皮质完整，未见骨吸收及骨质疏松表现，假体无松动及下沉。术后3、6个月均可见假体固定面与骨结合紧密，愈合良好，新骨大量生成。 对照组：骨水泥与假体固定表面结合牢靠，假体无松动、下沉及脱位，没有骨长入。 4.4.X线检测结果 实验组：术后1、3、6个月，实验组生物型假体大多数固定良好，无松动，假体位置良好，随观察时间的延长，多孔层孔隙内较模糊，骨长入逐渐增多。 对照组：D组假体位置良好，未见骨长入，少数出现假体周围透亮带，出现应力遮挡，以股骨侧明显。 4.5.界面组织学观察结果 4.5.1.光学显微镜下界面组织学观察结果 A组和B组标本，术后1个月假体表面孔隙内已有骨长入，但假体—骨界面间隙较宽，一些纤维组织阻隔在新骨和假体之间，形成界膜，类骨质与假体贴附不紧密。术后3个月已有大量骨长入，新生骨小梁在假体孔隙内交织成网，新生板状骨沉积在假体周围，钙化明显，与假体形成骨结合界面，新形成的钙化骨填充了手术留下的间隙，使假体与宿主骨连接为一整体，纤维结缔组织较少见。 C组标本骨长入不多，与假体结合不紧密。 4.5.2.荧光显微镜下界面组织学观察结果 假体—骨界面荧光标记线呈金黄色，分两条，第一条远离骨表面，第二条靠近骨表面，A组和B组术后3、6个月标本表面荧光反应较强，提示界面成骨活跃，含钙丰富，C组表面荧光反应较弱。 4.6.计算机图像分析结果 4.6.1.新骨形成率 术后1个月，新生骨形成率，A组大于B组和C组，差异有统计学意义(P<0.05)，术后3个月以及术后6个月，A组和B组大于C组，差异有统计学意义(P<0.05)。 4.6.2.骨结合率 术后1个月以及6个月，骨结合率，A组和B组大于C组，差异有统计学意义(P<0.05)，术后3个月，A组最高，C组最低，差异有统计学意义(P<0.05)。 4.6.3.骨矿化沉积率(MAR)计算的结果 术后1、3、6个月，骨矿化沉积率，A组和B组比C组快，差异有统计学意义(P<0.05)。 4.7.生物力学检测结果 假体-骨界面最大剪切强度，术后3个月和6个月，A组、B组和C组均高于D组，差异有统计学意义(P<0.01)。术后1个月，A组、B组和C组均低于D组，差异有统计学意义(P<0.01) 网孔假体中C组低于A、B组，差异有统计学意义(P<0.05)。A、B两组差异无统计学意义(P>0.05)。 4.8.扫描电子显微镜下观察 实验组：A组和B组假体固定表面有新骨形成，C组假体固定表面新骨形成较少，多为纤维组织。 对照组：D组假体固定表面呈现一些无定形组织，无骨形成。 5.结论： (1)通过测量兔膝关节以及股骨和胫骨之骨髓腔铸型，成功设计并制作兔用人工膝关节假体基本形状。借鉴人体人工膝关节假体的一些设计理念，即选择后交叉韧带保留型、人工股髁假体与人工胫假体高度匹配(高度稳定、部分限制)、金属对金属关节面、股骨和胫骨髓内杆延长型表面置换假体。经兔体内植入试验，证实术后功能好，脱位少，说明假体设计和置换成功，可作为该类动物模型，国内外尚未见到报道。 (2)粗大立体网孔表面设计能较好地适应髓腔，增加假体表面孔隙大小、深度，有利于骨长入，大大提高骨组织在网孔内的沟通率，动物实验证实骨长入效果满意。 (3)兔用粗大立体网孔表面生物型人工膝关节假体的体内实验证实，其生物学固定效果满意并发生骨重建现象。 (4)兔用粗大立体网孔表面生物型人工膝关节假体植入动物体内的固定强度，在术后3个月和6个月的观察中优于骨水泥假体。 (5)粗大立体网孔表面生物型假体多孔层排列方式不同对假体生物学固定效果有影响，大孔在外假体骨长入效果比小孔在外假体更好。