個體化接骨板螺釘系統的研制

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·研究快報·

個體化接骨板螺釘系統的研制

秦士吉，邢欣，李升，陳偉，呂紅芝，張英澤*(河北醫科大學第三醫院創傷急救中心，河北省骨科研究所，河北省骨科生物力學重點實驗室；河北 石家莊 050051)

[關鍵詞]骨折；內固定器；接骨板；螺釘

doi:10.3969/j.issn.1007-3205.2016.03.027

應用接骨板螺釘固定是治療骨折的常用手術之一。術后接骨板螺釘松動、斷裂導致內固定失敗是骨折延遲愈合、不愈合的常見原因[1]。接骨板螺釘松動、斷裂部位通常發生在骨折鄰近部位。各種金屬接骨板的彈性模量與人體骨骼彈性模量相差較大，內固定術后會發生應力遮擋，導致骨折局部接骨板應力集中，這是骨折術后內固定失敗的一個重要原因。臨床上針對不同年齡段人群某一部位骨折設計的金屬接骨板，其厚度、寬度和長度等尺寸均相同，然而不同年齡段人體各個部位骨骼的厚度、硬度和彈性模量卻均不相同[2-4]，故使用相同的接骨板螺釘固定必然會導致部分患者骨折內固定失敗。為解決這一難題，本課題組針對不同年齡段、不同部位彈性模量各異的骨骼設計了個體化接骨板螺釘系統，現簡要介紹如下。

1人體骨骼的硬度和彈性模量與年齡的關系

骨骼的硬度和彈性模量隨著年齡增長而發生變化[2-4]。年齡在0～18歲期間，人體骨骼不斷發育，皮質骨和松質骨逐漸增厚，骨骼的彈性模量、強度和硬度逐漸增加；年齡在>18～45歲期間，人體各處骨骼彈性模量最大，硬度最大；年齡在>45～65歲之間，尤其是女性受絕經影響，人體骨骼逐漸出現骨質疏松，彈性模量有所降低，骨骼強度和硬度也逐漸下降；年齡在65歲之后，人體骨骼骨質疏松程度逐漸加重，彈性模量、強度和硬度顯著降低。

2針對不同年齡人群個體化接骨板螺釘系統的設計

設計原則：接骨板的寬度、厚度不同，其整體彈性模量不同；減小接骨板的厚度可以降低其整體的彈性模量。螺釘的直徑和螺距不同，固定后把持力不同；對于骨質疏松的骨骼選擇直徑較粗、螺距較大的螺釘可以增強把持力。因此，對于正常成年人彈性模量和硬度較大的骨骼發生骨折，可以選擇使用標準寬度和厚度的接骨板、正常直徑和螺距的螺釘固定；對于未成年或老年人，其骨骼彈性模量和硬度減小，可以選擇厚度較小的接骨板和直徑較粗、螺距較寬的螺釘固定。

以用于固定股骨骨折的個體化接骨板和螺釘系統為例，說明如下：①對于年齡>18～45歲的股骨骨折患者，由于股骨皮質骨厚度最大，骨骼硬度最大，應使用標準寬度和厚度的Ⅰ型接骨板固定骨折，選擇標準直徑和螺距的螺釘；②對于年齡>45～65歲的股骨骨折患者，由于骨質量變差，脆性增加，尤其是股骨近端和遠端存在一定程度的骨質疏松，接骨板和螺釘固定牢固程度差，易發生松動，骨折后骨愈合過程遲緩，所以應選擇厚度較小的Ⅱ型接骨板(厚度為Ⅰ型接骨板的75%～95%，寬度為Ⅰ型接骨板的85%～95%)，螺釘直徑為標準直徑的110%～120%，螺距為標準螺距的110%～120%，從而降低彈性模量，減輕應力遮擋，減少骨量丟失；③對于年齡65歲以上的股骨骨折患者，往往存在比較嚴重的骨質疏松，骨質量進一步變差，脆性進一步增加，應選擇厚度較小的Ⅲ型接骨板(厚度為Ⅰ型接骨板的60%～85%，寬度為Ⅰ型接骨板的80%～90%)，螺釘直徑為標準直徑的120%～150%，螺距為標準螺距的120%～130%；④對于年齡18歲以下的股骨骨折患者，骨骼柔韌，硬度和彈性模量均小于成年人骨骼，建議選擇Ⅳ型接骨板(厚度為Ⅰ型接骨板的60%～85%，寬度為Ⅰ型接骨板的80%～95%)，螺釘直徑為標準直徑的110%～120%；⑤對于年齡45歲以上的股骨骨折患者，植入螺釘固定時，螺釘應朝向不同的方向，根據骨折部位和粉碎程度，相鄰2個螺釘方向可以為斜向平行、斜向分離或斜向相對，以提高把持力。

3生物力學測試

選擇5對年齡>65歲的福爾馬林浸泡的股骨標本，制作股骨遠端骨折模型，將其隨機分為實驗組和對照組。對照組股骨遠端骨折應用Ⅰ型接骨板螺釘固定；實驗組標本使用Ⅳ型接骨板固定(厚度為Ⅰ型接骨板厚度的75%)，螺釘直徑為對照組的125%。將2組標本分別固定于BOSE 7500型生物力學試驗機，給予0～500 N的垂直負荷和0～5 NM的扭轉負荷進行循環實驗。實驗結果顯示，對照組接骨板螺釘松動均早于實驗組。說明應用彈性模量更好的個體化接骨板螺釘系統可以提高骨折固定的穩定性。

綜上所述，根據患者不同年齡、不同部位骨骼強度和彈性模量選擇寬度和厚度合適的接骨板螺釘系統固定骨折，既可有效固定骨折，亦可通過使用與骨骼彈性模量更加接近的接骨板來分散骨折固定后局部應力集中的現象，降低遠期發生內固定物松動、斷裂的風險。

[參考文獻]

[1]吳率帥,陳偉,王娟,等. 鎖定鋼板和傳統鋼板治療股骨骨折內固定斷裂率比較分析[J].中華創傷雜志,2013,29(3):254-257.

[2]Jiang R,Liu GM,Bai HT,et al. Age-related differences in the biological parameters of vertebral cancellous bone from Chinese women[J]. Chin Med J (Engl)，2013,126(20):3828-3832.

[3]Matsuki H,Shibano J,Kobayashi M,et al. Elastic modulus of the femoral trochanteric region measured by scanning acoustic microscopy in elderly women[J]. J Med Ultrason (2001),2015,42(3):303-313.

[4]胡祖圣，李升，劉國斌，等. 人體骨骼顯微硬度及其相關因素初步研究[J].河北醫科大學學報，2016,37(1):102-104.

(本文編輯：趙麗潔)

[中圖分類號]R684.76

[文獻標志碼]B

[文章編號]1007-3205(2016)03-0342-02

[作者簡介]秦士吉(1980-)，男，天津人，河北醫科大學第三醫院主治醫師，醫學碩士，從事骨科基礎及臨床研究。*通訊作者。E-mail:dryzzhang@126.com

[基金項目]國家自然科學基金青年科學基金項目(81401789)

[收稿日期]2016-03-07；[修回日期]2016-03-09