2.1  有限元分析结果  通过有限元分析，2组模型详细数据见表2及图1，2。2组模型股骨颈处应力值进行比较，差异有显著性意义(P=0.007< 0.05)。

2.2  手术过程  通过对患者术前有限元模型进行受力分析，调整钢板与螺钉位置，确认A组模型局部受力合理，采用A组(病灶刮除填充骨水泥联合钢板内固定)方案对10例患者进行手术治疗，剥离术区肌肉软组织后，显露股骨外侧骨皮质，开窗范围与病灶大小等同，充分刮除病变组织后，应用高速磨钻磨除病变骨组织直至显露正常骨质，无水乙醇与盐水反复冲洗后，置入骨水泥，并按照术前设计调整好螺钉与钢板位置，对股骨外侧肌群重新附丽，依次缝合组织。另有17例符合条件但拒绝进入有限元实验的股骨近端良性病变患者接受A组手术方案。所有手术由同一主刀医师完成。

2.3  试验流程图  见图3。

2.4  随访结果  术后对27例患者进行了门诊与电话随访，随访时间为14-42个月，随访期间复查影像学资料未发现术区新发骨折，内固定装置牢固无断裂。术后12个月，所有患者的国际骨与软组织肿瘤协会评分平均为(26.12±2.28)分。

2.5  植入物与宿主的生物相容性  植入物生物相容性良好，所有患者均未出现植入物周围感染、过敏反应、免疫反应及排斥反应。

临床上关于骨良性病变存在多种手术方式，目前广泛应用的为切除和病灶内刮除2种^[1-7]，随着技术进步，在无瘤原则基础上，保肢理念已成为目前首选的治疗方案^[8]，如何最大程度清除肿瘤，最大程度保护肢体，已成为目前各国医生共同努力的方向。早期手术方式以单纯病灶刮除为主，但复发率较高，目前改良手术常辅助物理化学等措施来降低复发率。多数文献通过报道改良手术方法降低复发率来对比手术疗效，大多数文献报道重点阐明了具体手术刮除后的复发率问题，忽略了刮除后内固定的稳定性；已往文献报道主要通过肿瘤的复发率来对比手术方式及疗效^[9-13]，却忽略了手术方式对患者术后运动及生活质量的影响等问题。TAKEUCHI等^[9]应用骨水泥填充骨巨细胞瘤病灶刮除后空腔获得良好稳定性；TSUKAMOTO等^[14]研究认为刮除与瘤段切除术后复发率相近，但刮除复发时间较早，瘤段切除术后并发症更常见。股骨受力较大，部分患者内固定选择不合理或固定方式不恰当会造成病变部位应力集中二次骨折，通过力学比较良性骨肿瘤手术方式差异性方面的研究较少，文章主要利用有限元技术，讨论病灶刮除后填充骨水泥与填充骨水泥联合钢板内固定2种手术方式的可行性与稳定性，评估2种修复方式的术后效果。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

1.1  设计  有限元模型受力分析及临床验证试验。

1.2  时间及地点  于2019年5至6月在承德医学院附属医院完成。

1.3  对象  10例股骨近端良性病变患者进入有限元实验，其中骨纤维结构不良2例，骨巨细胞瘤4例，动脉瘤样骨囊肿2例，嗜酸性肉芽肿1例，骨母细胞瘤1例。选取该10例受试者术前股骨薄扫CT数据作为原始模型来源，分别生成病灶刮除后填充骨水泥联合钢板内固定模型(A组)与病灶刮除后填充骨水泥模型(B组)。

另外对17例符合条件但拒绝进入有限元实验的股骨近端良性病变患者按照病灶刮除后填充骨水泥联合钢板内固定的方案进行临床手术。由于选取患者病变范围较大，病灶刮除填充骨水泥手术方式不应用于临床治疗，仅做模型实验与A组进行对比。所有患者年龄19-43岁，平均28.5岁；男15例，女12例。

纳入标准：①影像学资料初步诊断倾向于股骨近端良性疾病且病变大小超过该处骨横截面50%的患者；②既往双下肢无创伤、畸形史或明显骨退行性改变；③经穿刺活检后确诊为股骨近端良性病变患者；④术后定期复查，影像学资料完整。

排除标准：①下肢血管源性疾病；②合并其他良恶性疾病或代谢性疾病。

试验方案征得患者同意并经过承德医学院附属医院伦理委员会审查。

1.4  材料  锁定金属接骨板与螺钉由厦门大博医疗器械有限公司提供，骨水泥由德国Heraeus公司提供，见表1。

1.5  方法

1.5.1  建立三维模型  将10名受试者的CT图像导入Mimics软件，进行值划分，以模型1为例：根据股骨具体形态，手动调整图像，修补漏洞，建立患者股骨近端模型；根据病变大小适度磨除骨质并估计骨水泥填充量，高年资医师指导并严格根据钢板螺钉置入原则确定螺钉规格与位置，建立钢板、螺钉、骨水泥模型，导入后与骨模型匹配，最终分别生成病灶刮除后填充骨水泥联合钢板内固定模型(A组)与病灶刮除后填充骨水泥模型(B组)。2组模型均基于同一受试者术前CT数据建模。

1.5.2  有限元网格划分、边界条件设定与材料属性  模型导入3-matic软件进行网格优化，在Mimics中参考经验公式Density=-13.4+1 017×Grayvalue，E-Modulus=-388.8+  5 925×Density，依据CT图像灰度值进行骨材料得赋值，设定泊松比为0.3，完成有限元前处理后导入ANSYS软件进行有限元分析。模型边界条件设定：大致模拟人体直立时设定股骨干轴线与垂直线夹角呈10°；将模型远端底部进行约束，各节点所在X轴、Y轴、Z轴均无移动；此文将螺钉制作简化模型，将钢板、螺钉与骨水泥设定绑定接触，螺钉与骨模型设定为有限滑移接触，摩擦系数0.2。从股骨头中心处给与所有模型施加重力方向3倍体质量受力。对材料进行赋值，设定骨水泥弹性模量0.26 GPa，泊松比0.3；内固定弹性模量11 GPa，泊松比0.3^[15-17]。

1.6  主要观察指标  通过有限元分析，模拟行走时股骨承重最大时期，观察2组股骨颈下方压应力数值，并评估股骨颈下方区域骨折风险。对应用A组治疗方案的患者进行术后随访，采用国际骨与软组织肿瘤协会评分评价患者术后生活质量与肢体功能^[18]，包括疼痛、行走功能、步态、支撑功能、关节活动度等指标。

1.7  统计学分析  应用SPSS 21.0软件对A、B组股骨颈处应力最大值进行统计学分析，采用秩和检验，规定P < 0.05为差异有显著性意义。

临床上骨的疾病发生率，良性疾病占较大部分，因症状不明显、不典型，临床上良性疾病为第一就诊原因的患者较少，多数为偶然发现，较大部分疾病定期观察随访即可，无需治疗；但对于发现后范围较大或生长于特殊部位的骨良性疾病需临床干预。对于骨的良性疾病而言，患者生存周期长，预后较好，如何降低病变部位复发率，减少术后并发症是医师共同追求目标。文献报道或治疗指南均重点关注降低病变的复发率，通过扩大刮除、广泛切除或物理化学药物等因素影响降低肿瘤复发率，目前临床指南对肿瘤的分期、分级、手术方式、手术范围达成基本共识^[19]。指南中均说明对于刮除范围较大的病变应辅助于内固定治疗，但少有文献报道明确说明何种内固定方式最为合适，不同手术方式对患者远期生活质量的影响是否有差异性。此文通过回顾性研究治疗良性疾病骨缺损范围较大的最常用手术方式，探讨该种手术方式术后股骨受力问题。结合临床经验，通过对实际病例建模的有限元分析，模拟同一患者骨模型不同情况下股骨颈应力分布情况，结合图像与数据分析得到部分B组模型股骨颈应力较大，股骨颈处应力出现集中，部分模型股骨颈处应力超过骨屈服应  力^[20]，在行走时骨折风险增加。在A组模型中，在模型中置入骨水泥与内固定器材后，股骨颈处原有应力集中区域数值均明显降低，且小于骨的屈服应力，在行走过程中发生骨折风险较低，A、B组应力比较差异有显著性意义，术后随访证明A组手术方案可满足患者术后日常行走需求，2个方面均证明病灶刮除后填充骨水泥联合钢板内固定可以有效降低术后骨折风险，对于骨缺损较大的病例而言，单纯刮除后填充骨水泥可能不是最佳的方案，在其基础上联合应用钢板更加稳固，该种手术方式更加合理有效。

由于股骨近端的解剖形态复杂，近段的松质骨也承受较大载荷^[21]，皮质骨承受载荷随着向远端过渡逐渐增加。对于发病部位靠近股骨头部位的病变常对松质骨量造成减少，这就降低了股骨近端可承受力。MARTENS等^[22]研究表明，在去除股骨近端松质骨后，股骨可承受冲击强度能力明显减弱。另外患者就诊前多因髋部疼痛、酸胀、行走不适而减少负重造成失用性骨质疏松，或因疾病本身造成的骨质疏松，皮质骨变薄，骨小梁稀疏，更易增加局部骨折风险。该类疾病常需要皮质骨开窗后大范围刮除病变松质骨，利用高速磨钻磨除部分皮质骨，因此在手术时医师需要遵循“无瘤原则”，往往充分刮除病灶，并利用高速磨钻向骨腔各方向扩大研磨1.0-2.0 cm，磨除部分皮质骨，减少术后复发概率。对于股骨近端病变，磨钻会磨除部分股骨距或股骨颈部分骨质，降低了该处的稳定性。术前与手术中的破坏均造成了股骨颈处的不稳定性，在行走或轻微暴力下更易发生二次骨折，因此需要应用外界材料增加该部位的稳定性。

临床对于该类良性疾病的治疗方法存在多种，目前倾向于采用扩大刮除联合高速磨钻或物理化学等相关方法灭活肿瘤细胞降低复发率，但对于是否采用固定方式，相关指南未能明确标准，高年资医师也仅是通过经验对疾病进行治疗。由于皮质开窗、磨钻磨除后部分骨质缺损，骨水泥硬度小于原有皮质骨，部分学者也选择在空腔内放入螺钉后填充骨水泥，依此来增加局部稳定性，临床上对于病变范围较大的患者，在未发生病理性骨折前，常选用病灶刮除+骨水泥填充+内固定置入方式治疗，可以有效降低病理性骨折发生风险^[23]。近年来有学者研究阐述，依据病理骨折、肿瘤体积、骨皮质破坏程度、软骨下骨与关节面受侵情况而提出的骨巨噬细胞瘤评分与建议手术方式相符合，同样建议在病灶扩大刮除后应采用内固定物的手术方式^[24]。但是不管选取何种手术方式，均无明确理论数值指导作为手术选择的依据。部分良性病变虽未突破间室，且皮质骨完整，但由于理论支持不足，部分医师可能会过度医疗，采用关节置换术式，对年轻患者而言会增加翻修年限与次数，增加额外负担，造成术后生活质量降低。

对于缺损部位植骨的手术方式，猜测远期预后可能好于骨水泥置入，在保证低复发率同时，植骨后远期骨骼可最大程度恢复原始解剖结构，但目前由于植骨后局部溶骨性改变与复发较难鉴别，因此目前倾向采用骨水泥填充方式，保证能较好的与复发鉴别；骨水泥具有及时稳定性，在临床治疗中常用于较大缺损的填充，且骨水泥的弹性模量大于松质骨，在填充的同时也起到了稳定性与支撑的作用，特别是松质骨量较大的股骨近端。但是由于骨水泥弹性模量远大于松质骨，在承受载荷时易产生微动，破坏毗邻的松质骨，出现松质骨骨折，因此为增加局部稳定性，有临床医师通过在缺损内增加螺钉来增加局部稳定性^[25]，在一定程度上限制骨水泥微动情况；在保证低复发率的前提下，通过对患者病变部位施加坚强的内固定，提升患者术后自理能力，可以有效改善患者术后生活质量^[26]。因此推荐使用钢板置入的手术方式，在限制骨水泥微动的同时，增强了股骨颈处应力承受程度。股骨近端常受到垂直剪切力影响，螺钉在受到较大剪切力时易出现断裂情况，且骨水泥的弹性模量远小于骨皮质弹性模量，抗压性远小于皮质骨，在骨水泥受到的压应力超过50 MPa后骨水泥断裂风险增加^[27]，钢板通过支撑的功能特性可有效对抗剪切力，有效对抗轴向负荷，降低骨水泥断裂风险。

试验的另外一个现象是在部分模型的钉道处存在应力过高的情况，对于该种现象，考虑是模拟螺钉的圆柱体与骨质模型存在尖锐的接触面，作者适当对模型钉道处进行处理和光滑后，该处的应力显著下降，但依然存在应力偏高的现象，考虑原因如下：①皮质骨钉道孔处本身易存在局部应力集中现象^[28]；②设定螺钉为简化模型，不能反映螺钉与钉道的真实匹配情况，实际情况可能存在差异性，有待进一步改善。在术后的复查随访中，通过对术后钉道处仔细观察与对比，并没有发现该部位存在骨质破坏或二次骨折现象，但该处应作为术后复查的重点关注部分之一。

综上所述，对于股骨近端良性病变范围较大的患者，单纯刮除病灶后填充骨水泥术后股骨颈处应力较大，在行走时骨折风险增加；而病灶刮除后填充骨水泥联合钢板内固定的方式可以降低术后局部骨折发生概率，增加稳定性，改善患者远期生活质量，该种治疗方案较为合理有效，值得临床推广与应用。

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文题释义：
保肢理念：临床上关于骨良性病变存在多种手术方式，目前广泛应用的为切除和病灶内刮除2种，随着技术进步，在无瘤原则基础上，保肢理念已成为目前首选的治疗方案，如何最大程度清除肿瘤，最大程度保护肢体，已成为目前各国医生共同努力的方向。
刮除病灶后填充骨水泥联合钢板内固定：为良性骨病变常用手术方式，对于骨病变范围较大时，行病灶刮除术后，局部空腔可采用植骨或骨水泥等异体骨材料填充缺损并联合应用锁定钢板增加局部稳定性。

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