膝关节是维持站立、负重、行走等人体基本生活要求的重要器官,也是恶性骨肿瘤最好发的部位。在目前逐渐完善的化、放疗等治疗手段的支持下,患者的生存时间明显延长,人工假体置换术已成为膝关节周围恶性骨肿瘤保肢重建的主要方法。儿童膝关节恶性骨肿瘤患者的保肢治疗是骨肿瘤治疗中的难题。对于儿童膝关节及周围长节段骨缺损患者,由于骨骺未完全闭合,采用一期假体植入肢体延长术,短期内可起到平衡肢体的作用。但如果长期存活,患肢短缩>3cm并出现明显跛行者还需通过再次手术延长肢体。位于干骺端和骺端的恶性骨肿瘤,由于关节软骨是肿瘤局部侵袭的屏障,因此在排除了关节内肿瘤污染的情况下,可保留与病骨相对应的另一端骨的骨骺;采取半关节置换解决儿童膝关节恶性骨肿瘤患者双下肢术后的不等长问题。课题组在之前的研究中利用现代计算机和工程学知识提出定制化人工半膝关节假体复合异体骨保肢方案,治疗儿童膝关节恶性骨肿瘤,是一种既经济耐用又创伤痛苦小的假体治疗方法。但是,在之前长期动物实验研究结果亦显示,单纯的半膝关节股骨髁置换后,金属假体对关节软骨和胫骨仍会呈现不同程度的磨损:与双髁部接触较少的部分磨损轻,与双髁部接触较多的部分磨损重——出现骨质缺损,磨损空洞。本研究针对半膝关节股骨髁假体对胫骨平台的磨损问题,提出一种基于计算机辅助设计(CAD)和快速成型技术(RP)的新型定制化双动半膝关节假体。借鉴双极人工股骨头的设计原理,在定制化半膝关节股骨髁假体内部设计双动结构,通过内部的双动结构减少假体对对侧关节软骨的摩擦频率以达到降低假体对胫骨平台的磨损。课题组建立了以“CT/RP/QC”为核心的定制化双动人工半膝关节假体系统设计制造方案;之前研究的以“Mimics&ImageManager/Surfacer/UG”为核心技术的设计方案中,前期数据处理过程中易造成曲面数据的丢失;因此,课题组借鉴前人在下颌骨三维重建中的经验,建立并探讨以“Mimics/Geomagic /Pro-E”为核心的定制化双动半膝关节假体的设计方案----快速处理前期数据,完成高质量的关节曲面重构和实体设计。以离体膝关节为实验对象进行体外实验,分别对植入假体前、植入双动半膝假体及全膝关节假体的三组离体膝关节进行动态X线透视观察,研究三组实验对象中膝关节屈曲时股骨内、外侧髁相对于胫骨的运动范围和股骨下端相对胫骨旋转角度,研究双动半膝假体在降低假体与胫骨的摩擦频率的同时其运动模式比全膝关节假体置换组和正常膝关节组之间的区别和联系。针对离体实验中存在的假体稳定性问题,研究小组借鉴前人在人体其它关节中肌腱固定的装置,在定制化双动半膝关节的设计基础上,初步探讨假体前后交叉韧带的重建问题,解决半膝关节假体的稳定性问题。目前,国内外均未见有双动半膝关节理念的报道,也没有前人的研究基础可以借鉴。本研究针对定制化半膝假体的磨损问题,提出定制化双动人工半膝关节假体的设计。填补国内外在此领域的空白,对儿童膝关节恶性骨肿瘤患者保肢治疗具有重要的现实意义。