セメント固定は、大腿骨遠位端置換術における骨応力と安定性を改善する

Cemented fixation improves bone stress and stability in distal femoral replacement.

抄録

目的:

大腿骨遠位端置換術（DFR）は、転移性骨腫瘍だけでなく、複雑な再置換術や人工関節周囲骨折の治療にも一般的に用いられており、四肢救済術や膝関節機能回復のための解決策として、切断術に代わる有効な選択肢となっている。DFRの成功と寿命は、生理的な荷重伝達を確実にするため の、骨とインプラントの界面における適切なインプラントの位 置決めと固定にかかっている。臨床的には、セメント固定と圧入固定の両方が使用されているが、最適な固定戦略を決定するための生体力学的ガイドラインのコンセンサスは得られていない。本研究では、外科的意思決定の参考とするため、異なる固定方法の生体力学的比較を行う。

PURPOSE: Distal femoral replacement (DFR) is commonly used not only for metastatic bone tumours but also for complex revision surgery and treatment of periprosthetic fractures, serving as a limb-salvage procedure or a solution to restore knee function, as a valid alternative to amputation. The success and longevity of DFR depend on proper implant positioning and fixation at the bone-implant interface to ensure physiological load transfer. Clinically, both cemented and press-fit fixations are used; however, there is no consensus biomechanical guideline to determine the optimal fixation strategy. This study provides a biomechanical comparison of different fixation methods to inform surgical decision-making.

方法:

DFRシステムを埋め込んだ標準的な大腿骨（大腿骨コンポーネント、ステム、カラー、シャフトを含む）の有限要素モデルを用いて、生理学的に適切な荷重条件（歩行と椅子による立ち上がりをシミュレートした屈曲0°と90°）における骨応力分布とインプラントの微小運動を評価した。完全セメント固定、フルコンタクト圧入、近位側のみ圧入、遠位側のみ圧入の4つの固定形態を分析し、後者2つはインプラントの位置決め誤差をシミュレートした。

METHODS: Finite element models of a standard femur implanted with a DFR system-including femoral component, stem, collar and shaft-were used to evaluate bone stress distribution and implant micromotion under physiologically relevant loading conditions (0° and 90° of flexion, simulating walking and chair-rise). Four fixation configurations were analysed: fully cemented, press-fit with full contact, press-fit with proximal contact only, and press-fit with distal contact only, the latter two simulating implant positioning errors.

結果:

各固定法と荷重条件は、応力分布と安定性に異なる影響を及ぼした。セメント固定は一般的に骨応力を軽減し、骨折リスクも低減したが、長期安定性にとっては安全な範囲内ではあるものの、微小動揺が大きくなった。圧入固定では、骨応力は同程度で、適切な位置 に固定されていれば、インプラントの安定性はより高 かった。しかし、ステムやカラーの接触が不十 分だと、骨応力と微小動揺が増大し、安定性が損なわれ る可能性がある。これらの知見は、腫瘍手術、複雑な再置換術、 人工関節周囲骨折治療における正確な手術手技の重 要性を強調するものである。

RESULTS: Each fixation technique and load condition influences stress distribution and stability differently. Cemented fixation generally reduced bone stress and therefore fracture risk, but exhibiting higher micromotion though within safe limits for long-term stability. Press-fit fixation offered comparable bone stress and, when properly positioned, higher implant stability. However, inadequate stem or collar contact increased bone stress and micromotion, potentially compromising stability. These findings highlight the importance of precise surgical technique across tumour surgery, complex revision procedures and periprosthetic fracture treatment.

結論:

どちらの固定法にもトレードオフがある。セメントで固 定したインプラントは骨ストレスを最小化するが、プレスフィット 形状は適切な位置に固定すれば安定性を高める。これらの知見は、転帰を最適化するために、インプラントの誤差を最小化する正確な手術手技の重要性を強調するものである。

CONCLUSION: Both fixation methods have trade-offs: cemented implants minimise bone stress, while press-fit configurations enhance stability if properly positioned. These findings underline the importance of precise surgical technique to minimise implant errors to optimise outcomes.

エビデンスレベル:

NA、前臨床生体力学計算研究。

LEVEL OF EVIDENCE: NA, preclinical biomechanical computational study.