背景与目的:骨-骨水泥界面所引起的人工关节失效是非常常见的,最主要的原因是无菌性松动。骨水泥型人工关节的固定强度依赖于骨水泥与骨质之间良好的交锁,即骨-骨水泥界面的交锁强度。骨-骨水泥界面的交锁强度和界面的接触面积、交锁深度有很大的正相关性。通过增加骨-骨水泥界面的接触面积、交锁深度可以使骨水泥型人工关节置换术后获得更好的初始固定强度,从而延长人工关节置换的使用寿命和减少并发症。本研究是探索骨髓腔内壁增加环形凹槽后能否增加骨-骨水泥界面的强度及界面参数的变化情况。材料和方法:使用一种新型扩髓刀具对新鲜猪股骨骨髓腔内壁进行新的处理,从而在实验组股骨髓腔内壁上纵轴的20mm和40mm处产生两个环形骨皮质凹槽。在模拟人工假体置换时,骨水泥在压力的作用下可以更好的浸润到股骨内壁的凹槽内。我们使用Micro-CT对所有的骨-骨水泥-假体模型进行扫描,观察骨水泥的浸润情况和确定新型骨-骨水泥界面和传统界面的区别,使用相关软件计算界面的参数。然后,使用生物力学测试仪对新型和传统骨-骨水泥-假体模型进行生物力学测试(拉伸和旋转),直到模型失效。比较新型骨-骨水泥界面和传统骨-骨水泥界面的生物力学强度。此外,我们对骨-骨水泥-假体模型的微观检测和生物力学结果进行相关性分析。最后,我们对实验组和对照组的骨-骨水泥-假体模型进行了简易的有限元分析,包括拉伸模拟和旋转模拟。结果:1、Micro-CT的检测结果:实验组相对于对照组有更大的接触面积,为5470±265mm2 VS 5289±299mm2(P<0.05)。孔隙率和骨与骨水泥的体积比值两组之间没有明显差异(P>0.05),孔隙率为1.50±0.382%对1.59±0.496%。2、生物力学测试结果发现:实验组和对照组骨-骨水泥-假体模型的失效均发生在骨-骨水泥界面。其次,实验组的骨-骨水泥界面的抗拉伸能力显著强于对照组,两组的最大载荷和标准差分别为7337±1825 N,5564±1359 N,P<0.05;实验组的骨-骨水泥界面的抗旋转能力显著强于对照组,两组的最大扭矩和标准差分别为65.70±4.83 Nm,60.60±4.43 Nm,P<0.05。3、Micro-CT的微观检测和生物力学测试的相关性分析:在拉伸测试中,包括实验组和对照组,骨-骨水泥界面的接触面积和骨-骨水泥-假体模型的最大载荷之间有较高的相关性(R2=0.85),同样,在旋转实验组,包括实验组和对照组,骨-骨水泥界面的接触面积和骨-骨水泥-假体模型的最大扭矩也有较大的相关性(R2=0.77)。其次,骨-骨水泥-假体模型的孔隙率与最大载荷和最大扭矩之间存在一定的负相关性(拉伸测试R2=0.57)(旋转测试R2=0.43)。4、有限元分析:在有限元模型中,新增股骨髓腔内壁凹槽并没有对股骨干的应力分布产生明显影响,实验组和对照组的股骨干没有明显的应力集中现象。拉伸模拟中,实验组骨水泥壳的应力比对照组增加了36.86%,但是在旋转模拟中,实验组骨水泥壳的应力比对照组减少了4.8%。结论:新型扩髓刀具产生的新型骨-骨水泥界面,相对于传统界面,可以获得更好界面参数,更强的界面强度,而且新增凹槽并未破坏股骨干的整体完整性。这些结果表明:新型骨-骨水泥界面有更好的界面强度,为人工假体提供更好的初始固定,可能延长人工关节置换的使用寿命。