引用本文： 杜東鵬, 邢娟, 姜文雄, 潘奇, 孟永智, 馬明, 樊新建. 應用傘狀記憶合金股骨頭支撐器微創治療成人股骨頭缺血性壞死. 中國修復重建外科雜志, 2014, 28(4): 423-427. doi: 10.7507/1002-1892.20140096 復制
股骨頭缺血性壞死是骨科常見病，好發于中青年患者[1]，早期如未接受有效治療，80%患者遠期會出現股骨頭塌陷和骨關節炎[2-6]，嚴重影響生活和工作[7-9]，最終需行人工關節置換。研究表明，股骨頭缺血性壞死后股骨頭塌陷可能與股骨頭內側壞死后形成空洞，導致應力集中、軟骨下骨缺少力學支撐有關[10-12]。針對這一發病機制，研究者設計了各種支撐器，如鉭棒[13-14]及鈦合金支撐架[15]，以期通過對股骨頭進行力學支撐延緩壞死進程，并取得一定療效。但若采用以上支撐器經股骨頭髓內減壓通道微創植入股骨頭，其支撐面積太小，不能達到有效支撐面積[16-17]。為此，王巖等[18]設計了記憶金屬鎳-鈦（Ni-Ti）合金網球以擴大支撐面積，但其支撐力較小，且該支撐器植入時需打開股骨頭，創傷相對較大。
針對以上不足，我們設計了傘狀記憶合金股骨頭支撐器（以下簡稱傘狀支撐器；中國實用新型專利號：ZL 2010 2 0641438.5）。采用微創方式，經股骨頭髓內減壓通道將該支撐器植入壞死塌陷股骨頭內并撐開，并在支撐器撐開的空腔內植入患者自體髂骨或人工骨，從而頂起已塌陷的股骨頭，起到支撐股骨頭及防止其塌陷的作用。經解放軍第一醫院倫理委員會批準，2009年10月－2012年12月，我們應用該支撐器治療10例（18髖）成人股骨頭缺血性壞死患者，獲得較好近期療效。報告如下。
1 傘狀支撐器制備及三維有限元分析
1.1 制備
傘狀支撐器由兩部分組成。① 套筒：將1 mm厚Ni-Ti記憶合金板（Ni、Ti按原子比1∶1）切割成高20 mm、長30 mm的長方形板并打孔，其中圓形孔為血運孔，直徑3 mm；V形孔為防滑倒刺孔，V形口長4 mm，底邊長3 mm，底邊固定，尖端翹起高度約1.5 mm，銳角朝下，角度為45°；各孔間水平距離為2 mm，上下距離為3 mm（圖 1 a）。將該長方形板卷制成支撐器的圓形套筒，套筒閉合直徑為9 mm，記憶狀態時（即溫度在37℃以上時，套筒保持擴張）直徑為12 mm。卷制形成套筒后，長方形板左右6個半圓形成3個圓形血運孔。套筒共8個血運孔，使套筒內的植骨粒與股骨減壓通道內壁的松質骨接觸，促骨長入；4個V形防滑倒刺，防止套筒滑出股骨減壓通道（圖 1 b、c）。
圖1
傘狀支撐器制備示意圖 ? 于長方形板打孔作為血運孔 ? 套筒成型后正視圖 ? 套筒成型后側視圖 ? 傘狀支架毛坯 ? 傘狀支架成型后 ? 大體形態 ? ?② 傘狀支架：將同樣材質的1 mm 厚Ni-Ti記憶合金板切割成寬70～81 mm正方體，在板材中央取一4.5 mm圓形，在圓形的周圍均勻切割成含有8個寬1.2 mm的條狀傘臂，組合成傘狀支架毛坯（圖 1 d）。使用乙炔槍對毛坯按生產工藝要求進行加熱，待毛坯發紅時進行成型操作。使用股骨頭傘狀支架模具頭部頂住毛坯中心，依次使每一個傘臂與模具形狀服貼，形成傘形頭部，直徑5～32 mm、高15～18 mm，尾部為8 個傘臂收縮成直徑8 mm的圓柱型，尾端1 mm處向外翹起（圖 1 e、f）。尾部外翹旨在使8個外翹勾住套筒底部的管壁，防止傘狀支架滑出套筒。
1.2 三維有限元分析
1.2.1 方法
采用pro/mechanica軟件（PTC 公司，美國）以Ni-Ti記憶合金為實驗材料進行三維有限元分析。Ni-Ti記憶合金密度為6.45 g/cm3，泊松比0.33，楊氏模量83 000 MPa，熱膨脹系數1.1 × 10-4m/ ℃。材料極限：拉伸屈服應力500 MPa，拉伸極限應力1 500 MPa。限制支架下部的所有自由度（圖 2 a），支架頭部側方施加40 kg均勻向心載荷（根據股骨頭作用于人體的實際載荷而定[19-21]），進行靜態應力分析和變形位移分析。
1.2.2 結果
靜態應力分析結果見圖 2 b，傘狀支撐器偏上部位為應力最大值區域，越向下應力越小，最大應力為1 500 MPa。變形位移分析結果見圖 2 c，傘狀支撐器偏上部位為位移最大值區域，越向下位移越小，最大位移為1.75 mm。
2 臨床應用
2.1 一般資料
本組男7例（12髖），女3例（6髖）；年齡21～ 53 歲，平均40.6歲。左髖1例，右髖1例；雙髖8例。股骨頭缺血性壞死類型：激素性7例（14髖），酒精性1 例（2髖），外傷性2例（2髖）。病程1～5 年，平均3.3年。患者均存在間歇性或持續性髖部疼痛，行走活動后加重。Ficat分期：Ⅱ期10髖，Ⅲ期6髖，Ⅳ期2髖。
2.2 傘狀支撐器術前處理
根據術前X線片所示股骨頭缺血性壞死部位、范圍，選擇相應規格的傘狀支撐器，以撐開直徑大于壞死區直徑4 mm以上（或刮除空腔2 mm以上）為準。首先將支撐器套筒及傘狀支架置于0℃生理鹽水中，將傘狀支架由傘狀塑形成直徑8 mm的圓柱型，并將套筒由開口處掰開，包裹圓柱下方，使8個外翹外露于套筒下方。然后在支撐器內注入50℃生理鹽水，使其恢復至原始記憶狀態。
2.3 手術方法
持續硬膜外麻醉下，患者取仰臥位，患側臀部略墊高。C臂X線機透視下，用1枚克氏針由股骨大轉子下1～3 cm處鉆入至股骨頭壞死區中心進行體表標記。根據體表標記在股骨大轉子下使用克氏針鉆孔，經股骨頸中央到達股骨頭壞死區，克氏針盡量垂直于股骨頭壞死區與正常區域分界線。以克氏針為中心，選擇股骨外側直切口，切口長約3 cm。應用直徑9 mm的空心鉆頭，沿克氏針經股骨頸到達股骨頭壞死區，形成直徑9 mm的減壓通道。在X線透視下通過減壓通道徹底刮除股骨頭壞死組織，在關節面方向刮至軟骨下骨1.0～1.5 mm處，其余部位刮至正常松質骨內1～2 mm。
將選擇的傘狀支撐器完全浸泡在0℃生理鹽水中，使用中空引導棒將其順減壓通道推入至刮除死骨的空腔內。如股骨頭有塌陷，用支撐器頂端頂住塌陷部位，捶擊引導棒尾部，頂起塌陷股骨頭。然后在引導棒尾部的中空孔內注入50℃生理鹽水，透視下觀察明確支撐器圓柱型傘狀支架恢復至原始記憶狀態，撐起軟骨面及占據整個空腔；其套筒向周圍擴張，防滑倒刺刺入減壓通道中。取2 cm × 2 cm × 2 cm大小的自體髂骨和2～3 g同種異體骨（山西奧瑞生物材料有限公司）制成直徑5 mm顆粒，連同鉆孔時獲得的正常骨碎末混勻后，通過引導棒中空孔植入支撐器的傘狀支架及套筒內，填滿并夯實后，拔出引導棒。選用一直徑10 mm大小的圓柱樣同種異體骨塊（山西奧瑞生物材料有限公司）填塞減壓通道，并打壓嵌入支撐器的下端，進一步防止支撐器下滑。關閉切口。
2.4 術后處理
術后患肢皮牽引3周，3周后開始下肢CPM 功能鍛煉；術后每個月復查X線片或CT，觀察股骨頭塌陷情況及骨質愈合情況，并制定康復計劃；患者術后1個月逐漸扶拐下地行走，3個月后可完全負重行走。按照百分評價法[10]評定療效，＞ 90 分為優，75～89分為良，60～74 分為可，＜ 60 分為差。
2.5 結果
本組1例（1髖）因減壓通道位置偏向外側接近軟骨，支撐器放置于股骨頭外，手術失敗，術后6個月行人工全髖關節置換術（圖 3）。余10例（17髖）手術均順利完成，一側髖關節手術時間為50～80 min，平均67.4 min；出血量35～70 mL，平均46 mL；無排斥反應、創傷性關節炎等并發癥發生；該10例（17髖）均獲隨訪，隨訪時間15～26個月，平均19.7個月。末次隨訪時，按照百分評價法[10]評定療效，獲優5 髖，良9髖，可2髖，差1髖；優良率為82.35%。Ficat分期：Ⅱ期10髖，Ⅲ期5髖，Ⅳ期2髖；較術前分期均無改變，股骨頭缺血性壞死無進展。見圖 4。
3 討論
Ueo等[22]通過有限元分析股骨頭缺血性壞死的力學變化，認為壞死骨周圍應力集中是病情進展的主要原因。Kim等[23]和王金熙等[24] 分別對壞死股骨頭的軟骨下骨和中部松質骨進行了力學測定，結果表明負重區軟骨下骨力學性能的降低與股骨頭塌陷有直接關系；隨著軟骨下骨板力學性能的下降，軟骨下骨承受的應力更大，并隨軟骨下骨板的斷裂而塌陷。股骨頭壞死后的修復具有兩重性，一方面有利于重建壞死區，但另一方面在修復過程中會出現骨結構的變化及力學性能降低，而力學性能的改變則是股骨頭塌陷最直接因素。Brown等[10]指出通過微創治療中髓芯減壓及骨移植可改變載荷分布，并強調理想的移植骨應和減壓隧道一樣為圓柱型，以保證與周圍骨最大限度接觸，近端能很好地與軟骨下骨相吻合，從而減少股骨頭塌陷可能。
基于以上原因，我們利用Ni-Ti記憶合金的超彈性和形態記憶效應設計生產了一款股骨頭傘狀支撐器。我們選擇Ni-Ti記憶合金的相變點為與人體體溫一致的37℃，將合金板材切割并組成帶8個支撐傘骨的形狀，彎成傘狀，形成傘狀支撐器，在尾部套接支撐套筒，形成特定的記憶形狀，并將該傘狀支撐器制成不同規格，以適用于不同大小的壞死清除區。在0℃生理鹽水中可通過特制工具將傘狀支撐器塑形成直徑9 mm圓柱體，通過預制的骨性通道，放置于股骨頭內，達到微創治療目的。當注入熱水時，其迅速恢復至原始狀態，形成傘狀支撐。
我們認為該支撐器具有以下特點：① 目前常用于加強股骨頭生物力學的植骨方法有帶血管蒂或游離腓骨移植以及各種皮質骨植入[25-26]，這種植骨盡管靠擠壓固定，但與植骨區的接觸仍是離散的，防止塌陷的作用有限。此外，一般股骨頭壞死主要集中在負重區，呈傘形分布，涉及面積較大，臨床常用的鉭棒及腓骨支撐面積有限，最大直徑不超過10 mm，而成人股骨頭直徑一般在40 mm以上，負重區在35 mm左右。我們設計的傘狀支撐器其傘狀外形與股骨頭壞死區域相同，傘面與股骨頭負重區弧形一致，最大直徑達32 mm，可完全充滿股骨頭壞死區，與股骨頭軟骨完全服貼，符合力學特點。三維有限元分析顯示，傘狀支撐器偏上部位為應力及位移最大值區域，越向下越小，最大應力達1 500 MPa，最大位移僅為1.75 mm。
② 因支撐器傘狀外形能與股骨頭良好貼附，經捶擊和膨脹可頂起塌陷股骨頭，恢復股骨頭同心圓形狀，使其受力面積增大，股骨頭所受壓力可均勻分散，消除負重區應力集中現象。作用于股骨頭負重區的力首先由軟骨及軟骨下骨承載，軟骨及軟骨下骨承載后變形，將載荷傳遞給位于軟骨下骨下方的支撐器，一方面支撐器將載荷沿傘狀面發散，另一方面沿支撐器表面傳遞的力被傘狀支撐器的金屬骨架間隙所吸收，從而起到強有力的機械支撐作用。
③ 術前通過將傘狀支撐器塑形成為與股骨頸減壓通道相吻合的圓柱型，植入后經膨脹牢固卡在壞死區空洞中，用套管固定尾端的傘骨后使支撐器能承受較大壓力；選用大于壞死空洞的支撐器，使其在體內溫度 ≥37℃時能保持超彈性膨脹狀態；支撐器下方設計防脫落倒刺，減壓通道采用同種異體骨塊植骨封閉；在支撐器中植入自體骨和人工骨，并通過套筒上的血運孔，植骨與減壓通道松質骨愈合連為一體，進一步提高支撐器的力量和穩定性，減少了變形。以上操作均使支撐器產生較大張力，足以保障股骨頭支撐力，為股骨頭修復創造條件。本組1例手術失敗患者，在二次手術取出傘狀支撐器時發現其與骨質已融合。
本研究臨床應用傘狀支撐器治療10例（18髖）股骨頭缺血性壞死患者，其中1髖因減壓通道位置偏向外側接近軟骨，支撐器放置于股骨頭外，手術失敗；提示術中應在透視下確保減壓通道及支撐器放置的部位，以避免手術失敗。余17髖均成功完成手術并獲隨訪，結果提示采用傘狀支撐器治療具有手術時間短、創傷小等優點，可延緩壞死進一步進展。同時我們發現，本組2例年齡＜ 30歲的FicatⅡ～Ⅲ期患者，不適合行關節置換，因此選擇該手術方法進行治療，末次隨訪時1例評估為可，另1例為差，但該2例患者均能進行日常活動，在隨訪期內無需進行關節置換術治療。我們認為對于年輕患者，即使其股骨頭壞死分期達FicatⅠ～Ⅲ期，仍可使用該方法進行治療。
綜上述，采用我們自行設計的傘狀支撐器可有效治療股骨頭缺血性壞死；但本研究也存在一定不足，如觀察例數較少，隨訪時間尚短，遠期療效有待進一步觀察。另外，術中我們發現傘狀支撐器放入股骨頭內套筒有脫落現象，影響了手術操作，下一步我們計劃設計一種連體支撐器，以進一步簡化手術操作。
股骨頭缺血性壞死是骨科常見病，好發于中青年患者[1]，早期如未接受有效治療，80%患者遠期會出現股骨頭塌陷和骨關節炎[2-6]，嚴重影響生活和工作[7-9]，最終需行人工關節置換。研究表明，股骨頭缺血性壞死后股骨頭塌陷可能與股骨頭內側壞死后形成空洞，導致應力集中、軟骨下骨缺少力學支撐有關[10-12]。針對這一發病機制，研究者設計了各種支撐器，如鉭棒[13-14]及鈦合金支撐架[15]，以期通過對股骨頭進行力學支撐延緩壞死進程，并取得一定療效。但若采用以上支撐器經股骨頭髓內減壓通道微創植入股骨頭，其支撐面積太小，不能達到有效支撐面積[16-17]。為此，王巖等[18]設計了記憶金屬鎳-鈦（Ni-Ti）合金網球以擴大支撐面積，但其支撐力較小，且該支撐器植入時需打開股骨頭，創傷相對較大。
針對以上不足，我們設計了傘狀記憶合金股骨頭支撐器（以下簡稱傘狀支撐器；中國實用新型專利號：ZL 2010 2 0641438.5）。采用微創方式，經股骨頭髓內減壓通道將該支撐器植入壞死塌陷股骨頭內并撐開，并在支撐器撐開的空腔內植入患者自體髂骨或人工骨，從而頂起已塌陷的股骨頭，起到支撐股骨頭及防止其塌陷的作用。經解放軍第一醫院倫理委員會批準，2009年10月－2012年12月，我們應用該支撐器治療10例（18髖）成人股骨頭缺血性壞死患者，獲得較好近期療效。報告如下。
1 傘狀支撐器制備及三維有限元分析
1.1 制備
傘狀支撐器由兩部分組成。① 套筒：將1 mm厚Ni-Ti記憶合金板（Ni、Ti按原子比1∶1）切割成高20 mm、長30 mm的長方形板并打孔，其中圓形孔為血運孔，直徑3 mm；V形孔為防滑倒刺孔，V形口長4 mm，底邊長3 mm，底邊固定，尖端翹起高度約1.5 mm，銳角朝下，角度為45°；各孔間水平距離為2 mm，上下距離為3 mm（圖 1 a）。將該長方形板卷制成支撐器的圓形套筒，套筒閉合直徑為9 mm，記憶狀態時（即溫度在37℃以上時，套筒保持擴張）直徑為12 mm。卷制形成套筒后，長方形板左右6個半圓形成3個圓形血運孔。套筒共8個血運孔，使套筒內的植骨粒與股骨減壓通道內壁的松質骨接觸，促骨長入；4個V形防滑倒刺，防止套筒滑出股骨減壓通道（圖 1 b、c）。
圖1
傘狀支撐器制備示意圖 ? 于長方形板打孔作為血運孔 ? 套筒成型后正視圖 ? 套筒成型后側視圖 ? 傘狀支架毛坯 ? 傘狀支架成型后 ? 大體形態 ? ?② 傘狀支架：將同樣材質的1 mm 厚Ni-Ti記憶合金板切割成寬70～81 mm正方體，在板材中央取一4.5 mm圓形，在圓形的周圍均勻切割成含有8個寬1.2 mm的條狀傘臂，組合成傘狀支架毛坯（圖 1 d）。使用乙炔槍對毛坯按生產工藝要求進行加熱，待毛坯發紅時進行成型操作。使用股骨頭傘狀支架模具頭部頂住毛坯中心，依次使每一個傘臂與模具形狀服貼，形成傘形頭部，直徑5～32 mm、高15～18 mm，尾部為8 個傘臂收縮成直徑8 mm的圓柱型，尾端1 mm處向外翹起（圖 1 e、f）。尾部外翹旨在使8個外翹勾住套筒底部的管壁，防止傘狀支架滑出套筒。
1.2 三維有限元分析
1.2.1 方法
采用pro/mechanica軟件（PTC 公司，美國）以Ni-Ti記憶合金為實驗材料進行三維有限元分析。Ni-Ti記憶合金密度為6.45 g/cm3，泊松比0.33，楊氏模量83 000 MPa，熱膨脹系數1.1 × 10-4m/ ℃。材料極限：拉伸屈服應力500 MPa，拉伸極限應力1 500 MPa。限制支架下部的所有自由度（圖 2 a），支架頭部側方施加40 kg均勻向心載荷（根據股骨頭作用于人體的實際載荷而定[19-21]），進行靜態應力分析和變形位移分析。
1.2.2 結果
靜態應力分析結果見圖 2 b，傘狀支撐器偏上部位為應力最大值區域，越向下應力越小，最大應力為1 500 MPa。變形位移分析結果見圖 2 c，傘狀支撐器偏上部位為位移最大值區域，越向下位移越小，最大位移為1.75 mm。
2 臨床應用
2.1 一般資料
本組男7例（12髖），女3例（6髖）；年齡21～ 53 歲，平均40.6歲。左髖1例，右髖1例；雙髖8例。股骨頭缺血性壞死類型：激素性7例（14髖），酒精性1 例（2髖），外傷性2例（2髖）。病程1～5 年，平均3.3年。患者均存在間歇性或持續性髖部疼痛，行走活動后加重。Ficat分期：Ⅱ期10髖，Ⅲ期6髖，Ⅳ期2髖。
2.2 傘狀支撐器術前處理
根據術前X線片所示股骨頭缺血性壞死部位、范圍，選擇相應規格的傘狀支撐器，以撐開直徑大于壞死區直徑4 mm以上（或刮除空腔2 mm以上）為準。首先將支撐器套筒及傘狀支架置于0℃生理鹽水中，將傘狀支架由傘狀塑形成直徑8 mm的圓柱型，并將套筒由開口處掰開，包裹圓柱下方，使8個外翹外露于套筒下方。然后在支撐器內注入50℃生理鹽水，使其恢復至原始記憶狀態。
2.3 手術方法
持續硬膜外麻醉下，患者取仰臥位，患側臀部略墊高。C臂X線機透視下，用1枚克氏針由股骨大轉子下1～3 cm處鉆入至股骨頭壞死區中心進行體表標記。根據體表標記在股骨大轉子下使用克氏針鉆孔，經股骨頸中央到達股骨頭壞死區，克氏針盡量垂直于股骨頭壞死區與正常區域分界線。以克氏針為中心，選擇股骨外側直切口，切口長約3 cm。應用直徑9 mm的空心鉆頭，沿克氏針經股骨頸到達股骨頭壞死區，形成直徑9 mm的減壓通道。在X線透視下通過減壓通道徹底刮除股骨頭壞死組織，在關節面方向刮至軟骨下骨1.0～1.5 mm處，其余部位刮至正常松質骨內1～2 mm。
將選擇的傘狀支撐器完全浸泡在0℃生理鹽水中，使用中空引導棒將其順減壓通道推入至刮除死骨的空腔內。如股骨頭有塌陷，用支撐器頂端頂住塌陷部位，捶擊引導棒尾部，頂起塌陷股骨頭。然后在引導棒尾部的中空孔內注入50℃生理鹽水，透視下觀察明確支撐器圓柱型傘狀支架恢復至原始記憶狀態，撐起軟骨面及占據整個空腔；其套筒向周圍擴張，防滑倒刺刺入減壓通道中。取2 cm × 2 cm × 2 cm大小的自體髂骨和2～3 g同種異體骨（山西奧瑞生物材料有限公司）制成直徑5 mm顆粒，連同鉆孔時獲得的正常骨碎末混勻后，通過引導棒中空孔植入支撐器的傘狀支架及套筒內，填滿并夯實后，拔出引導棒。選用一直徑10 mm大小的圓柱樣同種異體骨塊（山西奧瑞生物材料有限公司）填塞減壓通道，并打壓嵌入支撐器的下端，進一步防止支撐器下滑。關閉切口。
2.4 術后處理
術后患肢皮牽引3周，3周后開始下肢CPM 功能鍛煉；術后每個月復查X線片或CT，觀察股骨頭塌陷情況及骨質愈合情況，并制定康復計劃；患者術后1個月逐漸扶拐下地行走，3個月后可完全負重行走。按照百分評價法[10]評定療效，＞ 90 分為優，75～89分為良，60～74 分為可，＜ 60 分為差。
2.5 結果
本組1例（1髖）因減壓通道位置偏向外側接近軟骨，支撐器放置于股骨頭外，手術失敗，術后6個月行人工全髖關節置換術（圖 3）。余10例（17髖）手術均順利完成，一側髖關節手術時間為50～80 min，平均67.4 min；出血量35～70 mL，平均46 mL；無排斥反應、創傷性關節炎等并發癥發生；該10例（17髖）均獲隨訪，隨訪時間15～26個月，平均19.7個月。末次隨訪時，按照百分評價法[10]評定療效，獲優5 髖，良9髖，可2髖，差1髖；優良率為82.35%。Ficat分期：Ⅱ期10髖，Ⅲ期5髖，Ⅳ期2髖；較術前分期均無改變，股骨頭缺血性壞死無進展。見圖 4。
3 討論
Ueo等[22]通過有限元分析股骨頭缺血性壞死的力學變化，認為壞死骨周圍應力集中是病情進展的主要原因。Kim等[23]和王金熙等[24] 分別對壞死股骨頭的軟骨下骨和中部松質骨進行了力學測定，結果表明負重區軟骨下骨力學性能的降低與股骨頭塌陷有直接關系；隨著軟骨下骨板力學性能的下降，軟骨下骨承受的應力更大，并隨軟骨下骨板的斷裂而塌陷。股骨頭壞死后的修復具有兩重性，一方面有利于重建壞死區，但另一方面在修復過程中會出現骨結構的變化及力學性能降低，而力學性能的改變則是股骨頭塌陷最直接因素。Brown等[10]指出通過微創治療中髓芯減壓及骨移植可改變載荷分布，并強調理想的移植骨應和減壓隧道一樣為圓柱型，以保證與周圍骨最大限度接觸，近端能很好地與軟骨下骨相吻合，從而減少股骨頭塌陷可能。
基于以上原因，我們利用Ni-Ti記憶合金的超彈性和形態記憶效應設計生產了一款股骨頭傘狀支撐器。我們選擇Ni-Ti記憶合金的相變點為與人體體溫一致的37℃，將合金板材切割并組成帶8個支撐傘骨的形狀，彎成傘狀，形成傘狀支撐器，在尾部套接支撐套筒，形成特定的記憶形狀，并將該傘狀支撐器制成不同規格，以適用于不同大小的壞死清除區。在0℃生理鹽水中可通過特制工具將傘狀支撐器塑形成直徑9 mm圓柱體，通過預制的骨性通道，放置于股骨頭內，達到微創治療目的。當注入熱水時，其迅速恢復至原始狀態，形成傘狀支撐。
我們認為該支撐器具有以下特點：① 目前常用于加強股骨頭生物力學的植骨方法有帶血管蒂或游離腓骨移植以及各種皮質骨植入[25-26]，這種植骨盡管靠擠壓固定，但與植骨區的接觸仍是離散的，防止塌陷的作用有限。此外，一般股骨頭壞死主要集中在負重區，呈傘形分布，涉及面積較大，臨床常用的鉭棒及腓骨支撐面積有限，最大直徑不超過10 mm，而成人股骨頭直徑一般在40 mm以上，負重區在35 mm左右。我們設計的傘狀支撐器其傘狀外形與股骨頭壞死區域相同，傘面與股骨頭負重區弧形一致，最大直徑達32 mm，可完全充滿股骨頭壞死區，與股骨頭軟骨完全服貼，符合力學特點。三維有限元分析顯示，傘狀支撐器偏上部位為應力及位移最大值區域，越向下越小，最大應力達1 500 MPa，最大位移僅為1.75 mm。
② 因支撐器傘狀外形能與股骨頭良好貼附，經捶擊和膨脹可頂起塌陷股骨頭，恢復股骨頭同心圓形狀，使其受力面積增大，股骨頭所受壓力可均勻分散，消除負重區應力集中現象。作用于股骨頭負重區的力首先由軟骨及軟骨下骨承載，軟骨及軟骨下骨承載后變形，將載荷傳遞給位于軟骨下骨下方的支撐器，一方面支撐器將載荷沿傘狀面發散，另一方面沿支撐器表面傳遞的力被傘狀支撐器的金屬骨架間隙所吸收，從而起到強有力的機械支撐作用。
③ 術前通過將傘狀支撐器塑形成為與股骨頸減壓通道相吻合的圓柱型，植入后經膨脹牢固卡在壞死區空洞中，用套管固定尾端的傘骨后使支撐器能承受較大壓力；選用大于壞死空洞的支撐器，使其在體內溫度 ≥37℃時能保持超彈性膨脹狀態；支撐器下方設計防脫落倒刺，減壓通道采用同種異體骨塊植骨封閉；在支撐器中植入自體骨和人工骨，并通過套筒上的血運孔，植骨與減壓通道松質骨愈合連為一體，進一步提高支撐器的力量和穩定性，減少了變形。以上操作均使支撐器產生較大張力，足以保障股骨頭支撐力，為股骨頭修復創造條件。本組1例手術失敗患者，在二次手術取出傘狀支撐器時發現其與骨質已融合。
本研究臨床應用傘狀支撐器治療10例（18髖）股骨頭缺血性壞死患者，其中1髖因減壓通道位置偏向外側接近軟骨，支撐器放置于股骨頭外，手術失敗；提示術中應在透視下確保減壓通道及支撐器放置的部位，以避免手術失敗。余17髖均成功完成手術并獲隨訪，結果提示采用傘狀支撐器治療具有手術時間短、創傷小等優點，可延緩壞死進一步進展。同時我們發現，本組2例年齡＜ 30歲的FicatⅡ～Ⅲ期患者，不適合行關節置換，因此選擇該手術方法進行治療，末次隨訪時1例評估為可，另1例為差，但該2例患者均能進行日常活動，在隨訪期內無需進行關節置換術治療。我們認為對于年輕患者，即使其股骨頭壞死分期達FicatⅠ～Ⅲ期，仍可使用該方法進行治療。
綜上述，采用我們自行設計的傘狀支撐器可有效治療股骨頭缺血性壞死；但本研究也存在一定不足，如觀察例數較少，隨訪時間尚短，遠期療效有待進一步觀察。另外，術中我們發現傘狀支撐器放入股骨頭內套筒有脫落現象，影響了手術操作，下一步我們計劃設計一種連體支撐器，以進一步簡化手術操作。
