髖臼橫行骨折K-L入路不同內(nèi)固定方式的生物力學(xué)穩(wěn)定性比較

徐鳳松，李力更，吳嘯波，王一兵,張文艷

(1華北理工大學(xué)附屬唐山二院，河北唐山 063000；2 華北理工大學(xué)研究生院)

髖臼橫行骨折K-L入路不同內(nèi)固定方式的生物力學(xué)穩(wěn)定性比較

徐鳳松1，2，李力更1，吳嘯波1，王一兵1,張文艷2

(1華北理工大學(xué)附屬唐山二院，河北唐山 063000；2 華北理工大學(xué)研究生院)

目的 比較髖臼橫行骨折K-L入路單重建接骨板、單鎖定重建接骨板、雙重建接骨板三種不同內(nèi)固定方式的生物力學(xué)穩(wěn)定性。方法 選取9具防腐成人尸體，制成18個(gè)髖臼橫行骨折模型，隨機(jī)分為單重建組、單鎖定重建組、雙重建組，每組6個(gè)。單重建組采用單重建接骨板固定，單鎖定重建組采用單鎖定重建接骨板固定，雙重建組采用雙重建接骨板固定。進(jìn)行軸向加載試驗(yàn)，比較三組在不同載荷作用下骨折斷端的縱向位移及軸向剛度。結(jié)果 隨著載荷的不斷增加，三組縱向位移均逐漸升高。在相同載荷下，單重建組縱向位移明顯高于單鎖定重建組、雙重建組，單鎖定重建組縱向位移明顯高于雙重建組(P均<0.05)。在1 400 N載荷下，單重建組軸向剛度為(93.08±4.26)N/mm，單鎖定重建組為(135.75±9.80)N/mm，雙重建組為(266.88±25.72)N/mm，多組間比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)；單重建組軸向剛度明顯低于單鎖定重建組、雙重建組，單鎖定重建組軸向剛度明顯低于雙重建組(P均<0.05)。結(jié)論 髖臼橫形骨折采用K-L入路進(jìn)行內(nèi)固定時(shí)，雙重建接骨板內(nèi)固定的穩(wěn)定性最好，單鎖定重建接骨板居中，單重建接骨板最差。

髖臼；骨折；內(nèi)固定；生物力學(xué)；穩(wěn)定性

髖臼骨折為常見的嚴(yán)重創(chuàng)傷，其中髖臼橫行骨折(按Judet-Letournel分型)占6%～13%[1]。骨盆結(jié)構(gòu)復(fù)雜，髖臼周圍存在重要的神經(jīng)、血管，其骨折時(shí)可能合并嚴(yán)重的并發(fā)癥，治療不當(dāng)則可能發(fā)生創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎[2]。目前對(duì)于有移位的髖臼橫行骨折行切開復(fù)位內(nèi)固定已成為一種共識(shí)。髖臼骨折手術(shù)入路及內(nèi)固定的方式有多種選擇， 內(nèi)固定物仍限于重建接骨板及拉力螺釘，關(guān)于鎖定接骨板的臨床應(yīng)用研究較少。2015年1～5月，本研究通過引入鎖定重建接骨板，對(duì)髖臼橫行骨折采用單一K-L入路，比較單重建接骨板、單鎖定重建接骨板、雙重建接骨板三種內(nèi)固定方式的生物力學(xué)穩(wěn)定性，現(xiàn)將結(jié)果報(bào)告如下。

1 材料與方法

1.1 材料 內(nèi)固定物由常州市康輝醫(yī)療器械有限公司提供，美國BOSE 3500生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)由河北省骨科研究所提供。 選擇華北理工大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院解剖實(shí)驗(yàn)室的防腐成人尸體10具，自第4腰椎水平至雙大腿中上1/3交界處將標(biāo)本橫斷，剝離附著的肌肉及軟組織，仔細(xì)剔除髖關(guān)節(jié)囊及韌帶，保留關(guān)節(jié)盂。其中1具標(biāo)本由于肉眼觀察及X線檢查發(fā)現(xiàn)股骨頭壞死，予以棄用；其余9具標(biāo)本均無骨折、結(jié)核、風(fēng)濕、腫瘤、骨質(zhì)疏松等病變及解剖學(xué)改變，予以保留。自正中矢狀面鋸開骶骨及恥骨聯(lián)合，修整后得到半骨盆標(biāo)本18個(gè)。于坐骨結(jié)節(jié)處，按骨盆站立位的水平面、冠狀面及矢狀面，分別鉆入1枚克氏針，代表三維坐標(biāo)系。標(biāo)本覆蓋甲醛液紗布待用。

1.2 髖臼橫行骨折模型制備 骨盆標(biāo)本取中立位，在髖臼頂點(diǎn)與月狀面頂點(diǎn)的連線中點(diǎn)畫一條通過臼頂?shù)臋M行骨折線，使得該線向臼外延伸，后柱到達(dá)坐骨大切跡頂點(diǎn)下方，前柱通過髂恥隆起后側(cè)的髂腰肌溝中央。用手鋸(鋸片厚度約0.5 mm)沿骨盆標(biāo)本上標(biāo)記的骨折線平滑鋸斷，制備髖臼橫行骨折模型。

1.3 骨折標(biāo)本分組及內(nèi)固定模型制備 將18個(gè)髖臼橫行骨折模型標(biāo)本分別標(biāo)號(hào)為1～18，采用隨機(jī)數(shù)字表法將其分為單重建組、單鎖定重建組、雙重建組，每組6個(gè)。三組均于直視下解剖復(fù)位骨折端，單重建組采用8孔單重建接骨板固定，近端用3枚、遠(yuǎn)端用2枚螺釘固定；單鎖定重建組采用8孔鎖定重建接骨板固定，兩端各用3枚單皮質(zhì)螺釘固定；雙重建組采用8孔+6孔雙重建接骨板固定，遠(yuǎn)端用2枚螺釘固定，近端8孔板用3枚、6孔板用2枚螺釘固定。所用重建接骨板充分塑形，使之與骨皮質(zhì)密切貼合，螺釘不可穿入髖關(guān)節(jié)，最遠(yuǎn)端螺釘打入坐骨結(jié)節(jié)。鎖定重建接骨板適當(dāng)塑形，注意塑形時(shí)不能破壞鎖定孔。

1.4 標(biāo)本固定 標(biāo)本取單足倒立體位，以模擬人體承受的實(shí)際生理負(fù)荷[3,4]。先用克氏針在坐骨結(jié)節(jié)處標(biāo)示出骨盆站立位時(shí)的三維坐標(biāo)，將標(biāo)本倒置，保持股骨干垂直于水平面，并內(nèi)旋10°。參照固定于坐骨結(jié)節(jié)處克氏針?biāo)砣S坐標(biāo)系的方向，調(diào)整半骨盆標(biāo)本的體位，使之相對(duì)股骨干內(nèi)收13°。模擬半骨盆標(biāo)本呈倒置的單足站立體位，然后將其置于包埋盒內(nèi)，灌注調(diào)合適宜的Ⅱ型義齒基托聚合物，直至完全固化。

1.5 縱向位移及軸向剛度檢測 采用軸向加載試驗(yàn)。使用美國BOSE 3500生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)，將股骨干固定于試驗(yàn)機(jī)上端，標(biāo)本固定于試驗(yàn)機(jī)底座，使股骨干相對(duì)骨盆內(nèi)收13°?？v向預(yù)載100 N 3次，以消除標(biāo)本蠕變等時(shí)間效應(yīng)影響。從400 N開始，以200 N負(fù)荷連續(xù)遞增的方式加載至1 400 N，速度為2 mm/min，用光柵位移傳感器(型號(hào):KG-101)測量方形區(qū)骨折斷端的縱向位移。每個(gè)標(biāo)本加載6次，取均值以提高測量精度。骨折斷端的縱向位移越大，表明穩(wěn)定性越差、內(nèi)固定越不堅(jiān)固。每次測試間隔30 min，期間用生理鹽水浸潤的棉墊覆蓋標(biāo)本，以減少外界環(huán)境對(duì)標(biāo)本的影響。縱向位移檢測完成后持續(xù)加載，記錄三組內(nèi)固定失效時(shí)的載荷，按照公認(rèn)的骨折位移>3 mm定義為內(nèi)固定失效[5]。由公式EF=P/ΔL(EF為軸向剛度， P為載荷，ΔL為縱向位移)，計(jì)算出三組載荷1 400 N時(shí)的軸向剛度。剛度越大說明內(nèi)固定穩(wěn)定骨折斷端的能力越強(qiáng)，即內(nèi)固定越堅(jiān)固。

2 結(jié)果

2.1 三組不同載荷下的縱向位移比較 隨著載荷的不斷增加，三組縱向位移均逐漸升高。在不同載荷下，三組縱向位移比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P均<0.05)。在相同載荷下，單重建組縱向位移明顯大于單鎖定重建組、雙重建組，單鎖定重建組縱向位移明顯大于雙重建組(P均<0.05)。見表1。單重建組、單鎖定重建組、雙重建組內(nèi)固定分別在1 000、1 400、2 000 N載荷下失效。

表1 三組不同載荷下的縱向位移比較

注：與單重建組比較，*P<0.05；與單鎖定重建組比較，#P<0.05。

2.2 三組軸向剛度比較 在1 400 N載荷下，單重建組軸向剛度為(93.08±4.26)N/mm，單鎖定重建組為(135.75±9.80)N/mm，雙重建組為(266.88±25.72)N/mm；單重建組軸向剛度明顯低于單鎖定重建組、雙重建組，單鎖定重建組軸向剛度明顯低于雙重建組(P均<0.05)。

3 討論

髖臼骨折為高能量損傷，隨著現(xiàn)代交通運(yùn)輸及工業(yè)的發(fā)展，其發(fā)生率日益升高。當(dāng)暴力直接作用于股骨大轉(zhuǎn)子處，沿股骨頸傳至髖臼中心，則會(huì)造成髖臼橫行骨折。橫行骨折合并癥多，治療困難。目前多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，髖臼負(fù)重區(qū)移位超過3 mm應(yīng)行手術(shù)內(nèi)固定治療，治療的關(guān)鍵在于滿意復(fù)位、堅(jiān)強(qiáng)有效的內(nèi)固定和早期功能練習(xí)。

臨床上關(guān)于髖臼橫行骨折的治療方法及固定材料有很多選擇，可單一固定前柱或是后柱，也可雙柱聯(lián)合固定，亦可使用重建鋼板或拉力螺釘固定[6]。髖臼后柱因其獨(dú)特的解剖結(jié)構(gòu)及位置，是放置內(nèi)固定物最多的地方，但是危險(xiǎn)區(qū)的存在又限制了螺釘?shù)氖褂?。以往的研究僅限于重建板及拉力螺釘，而隨著鎖定接骨板在四肢骨折中的廣泛應(yīng)用，學(xué)者也開始將其引入到髖臼骨折中，并獲得了滿意效果[7～9]。在髖臼骨折的治療中，后壁骨折、后柱骨折都可以通過單一的K-L入路完成骨折的復(fù)位及內(nèi)固定，手術(shù)中能達(dá)到解剖復(fù)位或接近解剖復(fù)位，術(shù)后功能良好[10，11]。單一手術(shù)入路具有手術(shù)創(chuàng)傷小，出血少，早期可行髖關(guān)節(jié)功能鍛煉，術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率低等優(yōu)點(diǎn)[12]。

近年來三維有限元技術(shù)作為工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的力學(xué)分析手段,逐漸應(yīng)用到醫(yī)學(xué)生物力學(xué)研究領(lǐng)域中[13，14]。有限元分析可對(duì)結(jié)構(gòu)、形狀、載荷和材料力學(xué)性能較復(fù)雜的物體進(jìn)行應(yīng)力、應(yīng)變分析,對(duì)髖臼力學(xué)性能的測量有很大幫助，而且具有經(jīng)濟(jì)、重復(fù)性好、受試驗(yàn)條件限制小等優(yōu)點(diǎn)。本研究結(jié)果顯示，隨著載荷的不斷增加，三組縱向位移均有升高趨勢；在相同載荷下，單重建組、單鎖定重建組、雙重建組縱向位移依次降低，而軸向剛度則依次升高；髖臼橫行骨折采用K-L入路內(nèi)固定時(shí)，雙重建接骨板固定的穩(wěn)定性最好，單鎖定重建接骨板穩(wěn)定性居中，單重建接骨板的穩(wěn)定性最差。

但是，本研究僅從骨折位移程度進(jìn)行生物力學(xué)穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)，對(duì)于不同內(nèi)固定物的選擇還要從關(guān)節(jié)腔內(nèi)應(yīng)力分布、負(fù)重面積的變化等方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并且受到樣本量的限制，未來需要結(jié)合有限元分析方法來彌補(bǔ)本研究的不足。

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李力更(E-mail： liligenghao@163.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.16.018

R683.3

B

1002-266X(2016)16-0052-03

2015-09-14)