多孔鈦合金孔徑大小對新骨形成的影響.pdf

1、背景：
　　感染，創(chuàng)傷以及骨腫瘤切除常常導(dǎo)致較大的骨缺損，其修復(fù)一直是臨床上所面臨的難題。金屬骨替代材料，如鉭金屬和鈦金屬及其合金，具有優(yōu)良的機械強度，為臨床醫(yī)生所青睞。然而，實體金屬材料其彈性模量遠高于自然骨，植入體內(nèi)后容易產(chǎn)生應(yīng)力遮擋效應(yīng)，使得植入物松動，脫落，影響植入物的穩(wěn)定性。資料表明，金屬材料的結(jié)構(gòu)特性能明顯影響新骨長入的速度，其中多孔材料的孔徑大小和孔隙率是極其重要的兩個影響因素。對金屬植入材料進行多孔設(shè)計，不僅保留了

2、金屬材料優(yōu)良的機械強度，耐腐蝕性，還可以通過調(diào)整孔徑大小和孔隙率來改變材料的彈性模量，使其與自然骨相匹配。研究顯示，具有孔隙結(jié)構(gòu)的植入材料能促進營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物的運輸，促進細胞的黏附，引導(dǎo)新骨的長入，因此，多孔金屬骨植入物材料越來越多地被應(yīng)用于臨床，已達到良好的材料-骨界面生物穩(wěn)定和骨修復(fù)重建的作用。以往的研究多針對小孔徑多孔材料（＜1.0mm），大孔徑多孔材料對新骨形成的影響研究尚不充分，是否多孔金屬材料的孔徑越大，骨長入的效果越好

3、，多大的孔徑參數(shù)對骨長入最為有利，上述問題成為本研究的重點。
　　實驗一：多孔鈦合金孔徑大小對新骨形成的影響
　　目的：
　　觀察不同孔徑的大孔多孔鈦合金植入骨缺損區(qū)后新骨長入情況，評價骨缺損的修復(fù)重建效果
　　方法：
　　通過電子束熔融（EBM）技術(shù)制備1.0mm，2.0mm，3.0mm三種不同孔徑，孔徑規(guī)則，孔隙率依次為73％，79％，86％的多孔鈦合金材料，規(guī)格為1.0cm×1.0cm×1.0cm正方

4、體。取18只家犬，隨機分為1.0mm，2.0mm，3.0mm孔徑材料組，每組6只。制備雙側(cè)股骨外側(cè)髁缺損模型，缺損區(qū)域大小同材料大小，隨后植入各孔徑組材料，分別于術(shù)后4周，8周，12周行大體標(biāo)本觀察，X線片，組織形態(tài)檢測，Micro-CT掃描，觀察三組不同孔徑材料與周圍骨的整合情況及孔隙中的新骨長入情況。
　　結(jié)果：
　　組織學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)，1.0mm孔徑組材料隨時間延長孔徑中心及材料周圍新生骨明顯增多；2.0mm孔徑組材料8周

5、和4周相比新生骨面積比顯著增加，12周與8周相比無明顯增多；3.0mm孔徑材料組隨時間延長新生骨面積比增加不明顯。術(shù)后12周，大體標(biāo)本觀察和X線片觀察顯示三組材料均與周圍骨緊密連接，其中1.0mm孔徑組材料中心成骨明顯，2.0mm孔徑組和3.0mm孔徑組材料中心多為纖維組織充斥。組織學(xué)觀察顯示，12周時1.0mm孔徑組材料周圍被骨質(zhì)緊密包繞，孔中有較多新生骨形成，且孔壁四周有大量纖維母細胞和軟骨細胞形成，新骨面積百分比為20.11％±2

6、.74％；2.0mm孔徑組和3.0mm孔徑組材料周圍雖然有骨質(zhì)包繞，但中心空洞，骨質(zhì)形成較少，新骨面積百分比分別為10.45％±1.83％，9.26％±1.00％。1.0mm孔徑組材料在各時間點新生骨面積百分比均明顯高于其余兩組，P<0.01,差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。2.0mm孔徑組和3.0mm孔徑組材料相比，P>0.05，無顯著統(tǒng)計學(xué)差異。Micro-CT掃描結(jié)果顯示，12周時1.0mm孔徑組材料中心新生骨較多，骨密度明顯高于其余兩組，材

7、料周圍亦有骨質(zhì)緊密包繞。2.0mm和3.0mm孔徑組材料周圍雖有骨質(zhì)包繞，但中心空洞，基本無骨質(zhì)形成。結(jié)果與組織學(xué)結(jié)果相符。
　　結(jié)論：
　　多孔鈦合金材料的骨長入受材料孔徑大小的影響，對于大孔結(jié)構(gòu)，孔徑超出一定范圍將影響新骨長入；對材料孔徑進行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計將更有利于材料的骨傳導(dǎo)作用。
　　實驗二：不同孔徑多孔鈦合金/β-磷酸三鈣復(fù)合材料修復(fù)骨缺損的實驗研究
　　目的：
　　評價不同孔徑多孔鈦合金/β-磷酸三

8、鈣復(fù)合材料對犬長骨骨缺損修復(fù)的影響。
　　方法：
　　采用電子束熔融（EBM）技術(shù)制備兩種不同孔徑（孔徑分別為2.0mm，3.0mm）的多孔鈦合金材料，孔徑規(guī)則，規(guī)格為1.0cm×1.0cm×1.0cm正方體，將其孔隙用β-磷酸三鈣（β-TCP）燒結(jié)填充。取8只成年家犬，隨機分為兩組，每組4只。制備家犬雙側(cè)股骨外側(cè)髁缺損模型，缺損區(qū)域大小同材料大小，將兩種孔徑的復(fù)合材料分別植入股骨外側(cè)髁缺損區(qū)，左側(cè)為2.0mm組，右側(cè)為3.

9、0mm組。3個月后取材，行大體觀察，X線觀察，組織學(xué)觀察了解兩種孔徑的復(fù)合材料與周圍骨的整合情況及新骨長入情況。
　　結(jié)果：
　　X線片顯示3個月時兩組多孔復(fù)合材料均與周圍骨連接，都有不同程度的成骨，成骨由周圍向中心生長。組織學(xué)觀察顯示3個月時2.0mm孔徑組材料與周圍骨連接尚存在間隙，骨小梁排列稀疏。3.0mm孔徑組材料周圍及中心有大量新生骨組織形成，骨小梁排列緊密，數(shù)量明顯多于2.0mm孔徑組材料，周圍骨與材料結(jié)合緊密。