背景距骨骨坏死是临床上能够导致踝关节严重疼痛和功能障碍的慢性疾病之一，目前对其治疗存在诸多争议。从当前的文献可以了解到其发病原因以创伤后所致者为多，由某些系统性疾病、激素、酗酒等引起者相对较少。创伤性距骨骨坏死一般都有明确的外伤史，如距骨骨折、脱位、血管损伤等经过相应的辅助检查均可查清，因而手术治疗上针对性较强，对血运保存尚好的病例可采取复位、螺钉内固定治疗，对血运保存一般或创伤严重、预期难以骨愈合者则可早期采取关节融合术。而非创伤性距骨骨坏死由于其病程的进展呈潜行性、渐进性发展，治疗上尤其是手术治疗存在诸多疑难，比如在何时介入手术治疗、采用何种手术方式治疗等都是困扰临床工作者的问题。引起这些困扰的主要原因是目前临床虽已存在多种手术方案，其中有简单的、有复杂的，但并非复杂的就一定能取得良好的疗效，因此探索简洁有效的手术方法非常必要且有着积极的临床意义。在骨坏死疾病中，以股骨头坏死和距骨坏死造成的危害最大，常常导致功能丧失。然而目前的研究主要集中在股骨头坏死方面，距骨坏死的研究并不深入，尤其在新型植入物研发方面明显欠缺。早在2000年，骨小梁金属开始运用于临床，该植入材料通过钽金属支架起到良好的支撑作用、通过将材料设计成多孔小梁状来达到部分髓心减压的效果。本课题组在总结这种多孔钽棒治疗早期股骨头坏死的优缺点时发现其作为治疗骨坏死的一种较新的方法并非完美，虽然它具有弹性模量低、摩擦系数高和能刺激骨修复的优点；但也存在一些缺陷如缺乏生物活性，孔径不利成骨，加工技术缺乏，临床价格昂贵，临床效果不佳等；而且在应力分布研究方面股骨头与距骨在生物力学负重上差别较大，股骨头所受应力不规则且合力方向与身体重心方向成角因而更易导致应力集中，距骨所受合力基本与身体重心方向大致平行、较均匀地分布于距骨顶。受上述研究启发，设计一种新型的多孔钛合金支撑棒植入距骨用来治疗距骨骨坏死或许会带来意想不到的优良结果，因为钛合金材料具有非常优秀的生物相容性而且也便于加工成合适孔径的多孔状结构。截止当前，国内外均未见类似的实验性研究报道。目的通过动物体内实验构建距骨骨坏死的大动物模型，并以此模型为基础，植入全新设计制备的多孔钛合金支撑棒，评价该新型植入物对早期距骨骨坏死的影响，并将其疗效与传统髓心减压的治疗方式进行对比以验证其优越性；通过对人尸体踝关节周围解剖分析和距骨内材料埋置实验，探索最佳手术入路和方法。方法1.羊距骨骨坏死动物模型的建立：将实验动物随机编号、均分为4个实验组，羊右后腿作为实验侧，用来诱导距骨骨坏死，左侧未作处理的距骨作为对照组，取材时间点为术后2周、4周、12周和24周。采用骨内注射无水酒精的方法诱导距骨骨坏死，手术部位位于距骨头的内侧面中心点。术后各时间点采取的检测方式主要包括：大体观察、X线侧位片、CT扫描以及HE染色的组织学检测。2.多孔钛合金支撑棒的制备：通过CAD设计棒体的三维模型，将该数据输入EBM S12系统内；然后Ti6Al4V粉末在机器内按CAD模型逐层熔融，制备成型，最后用高压气流吹去残余粉末、清洗消毒即得所需样本。3.多孔钛合金支撑棒植入治疗距骨骨坏死的动物体内实验：实验动物随机均分为2组。诱导距骨骨坏死1月后，经X线平片和CT检查确认早期骨坏死存在，然后将多孔钛合金支撑棒植入坏死距骨内，并与单纯的髓心减压治疗组进行对比。检测时间点为干预性治疗术后1个月和3个月。检测方式包括大体观察、X线侧位片、CT扫描、Micro-CT和组织学检测。4.多孔钛合金支撑棒植入法治疗人距骨骨坏死的手术入路探索：通过探索微创手术入路将多孔钛合金支撑棒植入距骨内，术后拍摄正侧位片以观察其置放位置。将距骨的骨密度及生物力学强度进行了相关检测。结果1.羊距骨骨坏死动物模型的建立：术后所有实验动物于2周后基本恢复正常行走。有1例出现浅表感染的情况，所有实验动物在全部实验过程中未出现其他并发症。1)大体观察：建模术后早期各样本外部轮廓正常；12周时出现小范围的软骨变性与缺损；24周时软骨大量变性缺损。坏死部位剖面示：建模术后2周的标本内部出现部分骨组织变性；4周后，距骨头内部大都形成大小约4mm×4mm×3mm的腔隙性缺损；而12周后，腔隙性缺损范围略缩小，但周缘有软组织增生的现象；到术后24周，样本剖面已经形成广泛的坏死性缺损。2)影像学观察：X线侧位片显示：建模2周后，诱导坏死的距骨头内部出现较小范围的低密度影；4周后，低密度影范围扩大并出现骨小梁纹理断裂；12周后，距骨内部低密度影范围明显扩大；24周时，距骨头出现变形、软骨破坏并形成缺损。将CT数据三维重建并沿坏死中心点进行切割，可获得直观的剖面图，定量分析发现坏死腔的大小随诱导坏死后时间的延续而逐渐进展。3)组织学分析:建模2周后，在坏死中心部位的骨小梁内出现了很多空泡陷窝。4周后，坏死中心部位骨小梁内的空泡陷窝数量明显增加，而活骨细胞数量则显著减少。12周后，骨小梁内仍存在大量空泡陷窝但小梁周缘可发现较明显的新骨形成和纤维组织增生。24周后，骨小梁数量明显减少，骨内出现大量的纤维组织增生。统计分析显示在相邻的不同时间点的两组样本中，成活骨小梁百分数递减且大多数有统计学意义（p<0.05），除外建模后4周与12周比较(p=0.051)无统计学意义。2.多孔钛合金支撑棒的制备：所制备样本为直径4mm、长度12mm与直径8mm、长度20mm的2种规格的多孔圆柱状棒体，其孔隙率约为70%而孔径大小约为1mm；3.多孔钛合金支撑棒植入治疗距骨骨坏死的动物体内实验：术后羊患肢略跛行，1周后伤口愈合，无局部感染、植入物脱落断裂及病理性骨折等并发症。1)大体观察：外科干预术后1个月，所有距骨样本外观均正常。3个月后，进行过单纯髓心减压的距骨骨面出现了约5mm×6mm的软骨缺损及软骨变性；植入了多孔钛合金支撑棒的距骨外观仍正常。2)影像学检查： X线片检查发现髓心减压1个月后距骨头部有非常明显的低密度影，到3个月后这些低密度影变浅，但范围明显扩大；多孔钛合金支撑棒植入1个月与3个月后，距骨内部密度较均一。Micro-CT检查定量分析结果提示在两个不同时间点植入材料组感兴趣区内重建的骨小梁在数量和质量上均明显高于髓心减压组。3)组织学检测：髓心减压一个月时，原骨缺损部位空腔非常明显；三个月后，整个距骨内部骨小梁结构普遍变得极为疏松，小梁形态极不规则，骨小梁内部则为大量的空泡陷窝。多孔钛合金支撑棒植入一个月后，仅有少量骨小梁长入邻近边缘的孔隙内；三个月后，骨小梁大量长入多孔的钛合金材料内部，且结合紧密。统计数据显示在干预术后1个月，两组新生骨小梁无统计学差异(P＞0.05)，而干预3个月后，植入材料组新生骨小梁比髓心减压组高出1.7倍，具有统计学意义(P <0.05)。4.多孔钛合金支撑棒植入法治疗人距骨骨坏死的手术入路探索：多孔钛合金支撑棒在微创手术下植入人距骨后的正侧位片显示棒体位于距骨体正中，位置良好。距骨样本骨密度检测及相应的生物力学检测数据显示正常距骨在其皮质骨未受损的情况下，采用髓心减压、及髓心减压后植入多孔钛合金支撑棒的处理方式对距骨的最大抗压缩强度影响不大，而原距骨的骨密度值大小与其最大抗压缩强度值基本成正比。结论1.通过骨内注射无水酒精的方法可以建立距骨骨坏死从早期到晚期的大动物模型，这一模型可以在一定程度上模拟人类距骨骨坏死的自然病理生理进程，并且在此基础上可以探索诊断治疗距骨骨坏死的新方法。2.由于实验观测时间点有限，多孔钛合金支撑棒治疗距骨骨坏死的长期效果如何还有待进一步实验的验证。但就目前实验而言，多孔钛合金支撑棒对羊距骨早期骨坏死的疗效值得肯定，这一探索性研究为今后多孔钛金属材料在治疗骨坏死方面应用于临床打下了基础。3.多孔钛合金支撑棒植入法治疗距骨骨坏死在手术过程上有其可行性，其手术入路完全可在微创下进入，在髓心减压的基础上进行，这一术式非常简洁，在逐步完善相关研究后有应用于临床的良好前景。