不同鋼板內(nèi)固定方式治療髖臼橫行骨折的生物力學(xué)分析

黃曉波,唐述森，武德旺，朱順文，張美玲，張漢寬，韓桂全

·論 著·

不同鋼板內(nèi)固定方式治療髖臼橫行骨折的生物力學(xué)分析

黃曉波,唐述森，武德旺，朱順文，張美玲，張漢寬，韓桂全

目的 對不同鋼板內(nèi)固定方式治療髖臼橫行骨折的生物力學(xué)進(jìn)行研究。方法 將60具新鮮成人半骨盆標(biāo)本制成髖臼橫行骨折模型并隨機(jī)分成A、B、C、D、E五組，每組各12具標(biāo)本。采取前柱鎖定重建板對A組標(biāo)本進(jìn)行固定，后柱鎖定重建板對B組標(biāo)本進(jìn)行固定，前柱鎖定重建板聯(lián)合后柱拉力螺釘對C組標(biāo)本進(jìn)行固定，前柱拉力螺釘聯(lián)合后柱鎖定重建板對D組標(biāo)本進(jìn)行固定，雙柱拉力螺釘對E組標(biāo)本進(jìn)行固定。各組標(biāo)本在生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)的作用下分別接受600、1200、1800N載荷，測定各組標(biāo)本骨折端水平位移及縱向位移距離，計(jì)算軸向剛度。結(jié)果 C、D、E組標(biāo)本水平位移、縱向位移距離均顯著小于A、B組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；C、D、E組軸向剛度均顯著大于A、B組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；A組標(biāo)本水平位移、縱向位移距離均顯著小于B組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；軸向剛度顯著大于B組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；C、D、E組間各指標(biāo)相比，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。結(jié)論 髖臼橫行骨折采取雙柱固定所獲得的穩(wěn)定性高于單柱固定方式，而不同雙柱固定方法所獲得的穩(wěn)定性接近。

髖臼橫行骨折； 生物力學(xué)； 內(nèi)固定

髖臼骨折在骨科常見，患者多有暴力損傷史[1]。由于髖關(guān)節(jié)負(fù)荷重、活動(dòng)度大，在對髖臼骨折進(jìn)行治療時(shí)，不僅要求骨折部位達(dá)到解剖復(fù)位，還需要對骨折部位進(jìn)行足夠堅(jiān)強(qiáng)的內(nèi)固定[2]。目前臨床中對髖臼橫行骨折多采用切開復(fù)位內(nèi)固定進(jìn)行治療并且有多種內(nèi)固定方式可供選擇，但關(guān)于不同方式的生物力學(xué)穩(wěn)定性比較卻鮮有報(bào)道。本次試驗(yàn)就五種不同方式治療髖臼橫行骨折的生物力學(xué)穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，為臨床治療提供指導(dǎo)。

材料與方法

1 試驗(yàn)材料及儀器

選取30例甲醛浸泡保存完好的新鮮成人骨盆標(biāo)本。男性18具，女性12具，濰坊醫(yī)學(xué)院解剖教研室提供。經(jīng)X線片及骨密度儀檢查，所有標(biāo)本均無骨質(zhì)疏松、髖臼畸形及其他骨骼疾病。經(jīng)矢狀面切開恥骨聯(lián)合及骶骨，共得到60具半骨盆標(biāo)本。所有標(biāo)本保留L4至股骨干中上1/3，使坐骨結(jié)節(jié)與水平面垂直。平行于矢狀面、冠狀面、水平面打進(jìn)3根克氏針，建立空間坐標(biāo)系。

儀器：拉力螺釘、鈦合金鎖定重建板(上海熙可醫(yī)療器械有限公司)，生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)(美國BOSE公司)，骨密度儀(韓國昊泰公司)，光柵位移傳感器(深圳市斯銘威科技有限公司)。

2 方法

依照陳捷[3]方法，用0.5mm厚度的鋼鋸沿后柱坐骨大切跡頂點(diǎn)至髂恥隆起后外側(cè)的髂腰肌溝中點(diǎn)切開半骨盆標(biāo)本，制成所需要的髖臼橫行骨折模型(圖1)。依據(jù)分組對各組模型實(shí)施不同的鋼板內(nèi)固定方法。A組(前柱鎖定重建)：沿骨盆髂恥線放置已經(jīng)塑形的鎖定重建板(10孔)，取6枚鎖定螺釘對前柱進(jìn)行固定，注意在固定過程中避免將螺釘固定于髂恥隆起部，在髖臼附近的螺釘單皮質(zhì)固定(圖1a)。B組(后柱鎖定重建)：參考Wu等[4]的髖臼后柱螺釘固定操作方法，取6枚鎖定螺釘對后柱放置的已經(jīng)塑形的鎖定重建板(10孔)進(jìn)行固定(圖1b)。C組(前柱鎖定重建板聯(lián)合后柱拉力螺釘)：前柱固定方法同A組，在后柱順行擰進(jìn)1枚拉力螺釘(長95mm，直徑7.3mm)(圖1c)。D組(前柱拉力螺釘聯(lián)合后柱鎖定重建板)：在前柱順時(shí)針擰進(jìn)1枚拉力螺釘(長85mm，直徑6.5mm)，后柱固定方法同B組(圖1d)。E組(雙柱拉力螺釘)：后柱順時(shí)針擰進(jìn)1枚拉力螺釘(長95mm，直徑7.3mm)，前柱順時(shí)針擰進(jìn)1枚拉力螺釘(長85mm，直徑6.5mm)(圖1e)。將各組標(biāo)本在解剖復(fù)位的基礎(chǔ)上進(jìn)行牢固固定。

a b c d e

圖1 髖臼橫行骨折內(nèi)固定模型。a～e.分別為A、B、C、D、E組骨折模型內(nèi)固定

3 生物力學(xué)測試

按照倒置單足站立方式[5]，采用Ⅱ型義齒基托聚合物對標(biāo)本進(jìn)行固定。于生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)底座固定已被包埋標(biāo)本，試驗(yàn)機(jī)上端連接股骨干斷端，進(jìn)行生物力學(xué)測試。先以100N載荷預(yù)加載3次，然后以20N/s速率連續(xù)加載，分別加載至600、1200、1800N，利用光柵位移傳感器對骨折端水平位移、縱向位移進(jìn)行測量。對標(biāo)本重復(fù)加載6次，取均值。依據(jù)公式：軸向剛度=載荷/縱向位移計(jì)算軸向剛度。

4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

結(jié) 果

1 各組水平位移距離比較

在600、1400、1800N載荷下，C、D、E組標(biāo)本水平位移距離均顯著小于A、B組(P<0.05)。A組標(biāo)本水平位移距離顯著小于B組(P<0.05)，C、D、E組間相比，水平位移距離差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),見表1。

2 各組縱向位移距離比較

在600、1400、1800N載荷下，C、D、E組標(biāo)本縱向位移距離均顯著小于A、B組(P<0.05)。A組標(biāo)本縱向位移距離顯著小于B組(P<0.05)，C、D、E組間相比，縱向位移距離差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，見表2。

3 各組軸向剛度比較

在600、1400、1800N載荷下，C、D、E組標(biāo)本軸向剛度均顯著大于A、B組(P<0.05)。A組標(biāo)本軸向剛度顯著大于B組(P<0.05)，C、D、E組間相比，軸向剛度差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，見表3。

表1 各組水平位移距離比較

與A、B組相比：aP<0.05；與B組相比：bP<0.05

表2 各組縱向位移距離比較

與A、B組相比：aP<0.05；與B組相比：bP<0.05

表3 各組軸向剛度比較

與A、B組相比：aP<0.05；與B組相比：bP<0.05

討 論

對于髖臼骨折，如患者為不完全骨折或骨折端未發(fā)生移位，可采取非手術(shù)治療；如果骨折端已經(jīng)發(fā)生移位，則多需進(jìn)行手術(shù)治療。切開復(fù)位并進(jìn)行內(nèi)固定已經(jīng)成為髖臼移位性骨折患者的主要治療方法[6]。

拉力螺釘及鋼板是目前骨折患者治療所采用的主要內(nèi)固定器材。普通鋼板內(nèi)固定方式較多用于長管骨骨折，在固定過程中軟組織分離多，骨膜與骨分離面較大，不利于患者的術(shù)后恢復(fù)，并且由于髖臼部位結(jié)構(gòu)復(fù)雜，普通鋼板內(nèi)固定并不適用于髖臼骨折患者。而采用拉力螺釘對骨折進(jìn)行內(nèi)固定，不僅手術(shù)切口小，對骨膜損傷輕微，對機(jī)體創(chuàng)傷小，還可對骨折端加壓固定，利于患者在術(shù)后能夠較早地進(jìn)行關(guān)節(jié)功能恢復(fù)鍛煉。根據(jù)沈華等[7]研究指出，對Bennett骨折采取空心拉力螺釘內(nèi)固定，患者術(shù)后恢復(fù)好，術(shù)后隨訪過程中骨折端固定牢固，無相關(guān)并發(fā)癥發(fā)生，表明拉力螺釘在骨折患者的治療中療效顯著。

隨著醫(yī)療設(shè)備的發(fā)展以及醫(yī)療技術(shù)的進(jìn)步，鎖定重建板內(nèi)固定方式由于其獨(dú)特優(yōu)勢逐漸受到臨床醫(yī)務(wù)人員的重視。采取鎖定重建板進(jìn)行內(nèi)固定時(shí)，于骨膜與肌肉中間切開并暴露骨折端，對骨膜與軟組織損傷小，保證了術(shù)后骨折部位的良好愈合，避免了骨化性肌炎等并發(fā)癥的發(fā)生。此外，與普通鋼板不同，鎖定重建板依靠鋼板鎖定和螺釘之間的成角獲得高穩(wěn)定性。已有研究表明，鎖定重建板對骨折進(jìn)行內(nèi)固定，骨質(zhì)、鋼板鎖釘以及螺絲可形成一體，其穩(wěn)定性顯著高于普通鋼板，術(shù)后內(nèi)固定物松動(dòng)、脫落、斷裂等不良事件的發(fā)生率較普通鋼板內(nèi)固定顯著降低[8]。而且，鎖定重建板還可以進(jìn)行單皮質(zhì)固定，確保螺釘位于關(guān)節(jié)腔外，降低了螺釘損傷髖臼的風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到較高的術(shù)后優(yōu)良率。而根據(jù)尹弘霽等[9]研究發(fā)現(xiàn)，對于髖臼橫行骨折，采取鎖定重建板內(nèi)固定與采取重建板結(jié)合拉力螺釘內(nèi)固定兩組方式所達(dá)到的穩(wěn)定性接近。為進(jìn)一步探討不同內(nèi)固定方式對髖臼橫行骨折的固定效果，本試驗(yàn)對60具髖臼橫行骨折模型進(jìn)行了生物力學(xué)研究。

在本次研究中，筆者采取五種不同固定方式對髖臼橫行骨折標(biāo)本固定并進(jìn)行生物力學(xué)測試及生物力學(xué)分析。根據(jù)本次研究結(jié)果，在不同載荷下采取前柱重建板內(nèi)固定的A組標(biāo)本水平位移及縱向位移顯著小于采取后柱重建板內(nèi)固定的B組標(biāo)本(P<0.05)，軸向剛度顯著大于B組標(biāo)本(P<0.05)，表明與后柱相比，采取前柱鎖定重建板內(nèi)固定穩(wěn)定性更高，與劉松等[10]研究結(jié)果一致。采取雙柱固定的C、D、E組標(biāo)本在不同載荷下，水平位移及縱向位移顯著小于A、B組標(biāo)本(P<0.05)，軸向剛度顯著大于A、B組標(biāo)本(P<0.05)，C、D、E組間相比，各指標(biāo)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。結(jié)合孫玉強(qiáng)等[11]的研究，表明對髖臼橫行骨折采取雙柱固定所獲得的穩(wěn)定性高于單柱固定方式，而不同雙柱固定方法所獲得的穩(wěn)定性接近。此外根據(jù)胡建華等[12]研究發(fā)現(xiàn)，由于拉力螺釘固定具有加壓、創(chuàng)口小、術(shù)后可更早地進(jìn)行功能恢復(fù)鍛煉等優(yōu)點(diǎn)，筆者認(rèn)為雙柱拉力螺釘固定治療髖臼橫行骨折效果最好。但是，本次研究中發(fā)現(xiàn)在對骨折標(biāo)本進(jìn)行拉力螺釘內(nèi)固定時(shí)存在損傷血管神經(jīng)等風(fēng)險(xiǎn)，因此進(jìn)行操作時(shí)應(yīng)予以注意。

另外，本次研究標(biāo)本采取倒置單足站立位，與傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)夾固定相比，雖然可滿足實(shí)驗(yàn)所需載荷，但是在制作標(biāo)本時(shí)包埋過程較為復(fù)雜，需進(jìn)一步改進(jìn)。本次研究所采用的標(biāo)本為離體半骨盆，標(biāo)本數(shù)量較少，實(shí)驗(yàn)載荷上限僅到1800N，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步擴(kuò)大標(biāo)本量并且結(jié)合三維有限元技術(shù)進(jìn)行更為深入的研究。

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(本文編輯： 郭 衛(wèi))

Biomechanical analysis of different plate internal fixations for acetabular fracture

HUANG Xiao-bo1,TANG Shu-sen2,WU De-wang1,ZHU Shun-wen1,Zhang Mei-Ling1,Zhang Han-kuan1，HAN Gui-quan2

(1.Weifang Medical University,Weifang,Shandong 261001,China; 2.Affiliated Hospital of Weifang Medical University,Weifang,Shandong 261001,China)

Objective To compare the biomechanicals of different plate internal fixations in acetabular fracture. Methods Totally 60 adult fresh semi-pelvis specimens were divided into group A,B,C,D and E randomly. Group A was fixed by locking reconstruction plates,group B was fixed by locking reconstruction plates,group C was fixed by locking reconstruction plates and the posterior columns with lag screws,group D was fixed by lag screws and the posterior columns with locking reconstruction plates and group E was fixed by lag screws. 600N,1200N and 1800N loads were imposed on specimens with biomechanical testing machine,and the horizontal displacement,vertical displacement and axial stiffness were observed in the 5 groups. Results The horizontal displacement and vertical displacement in group C,D and E were lower than those in group A and group B,and the differences had statistical significance(P<0.05). The axial stiffness in group C,D and E was significantly higher than that in group A and group B,and the differences had statistical significance(P<0.05). The horizontal displacement and vertical displacement in group A were significantly lower than those in group B,and the differences had statistical significance(P<0.05).The axial stiffness in group A was significantly higher than that in group B,and the difference had statistical significance(P<0.05). There was no significant difference in indexes among group C,D and E(P>0.05). Conclusion The stability of the acetabular transverse fracture is higher than that of the single column fixation method, and the stabilities among different double column fixation methods are close.

acetabular fractures; biomechanical; internal fixation

1009-4237(2017)03-0173-04

261001 山東 濰坊，濰坊醫(yī)學(xué)院(黃曉波,武德旺，朱順文，張美玲，張漢寬)； 261001 山東 濰坊，濰坊醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院(唐述森，韓桂全)

韓桂全，E-mail:timlbin@126.com

R 682.4

A 【DOI】 10.3969/j.issn.1009-4237.2017.03.004

2016-06-12；

2016-07-05)