不同鋼板內固定方式治療髖臼橫行骨折的生物力學分析

黃曉波,唐述森，武德旺，朱順文，張美玲，張漢寬，韓桂全

·論 著·

不同鋼板內固定方式治療髖臼橫行骨折的生物力學分析

黃曉波,唐述森，武德旺，朱順文，張美玲，張漢寬，韓桂全

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

髖臼橫行骨折； 生物力學； 內固定

髖臼骨折在骨科常見，患者多有暴力損傷史[1]。由于髖關節負荷重、活動度大，在對髖臼骨折進行治療時，不僅要求骨折部位達到解剖復位，還需要對骨折部位進行足夠堅強的內固定[2]。目前臨床中對髖臼橫行骨折多采用切開復位內固定進行治療并且有多種內固定方式可供選擇，但關于不同方式的生物力學穩定性比較卻鮮有報道。本次試驗就五種不同方式治療髖臼橫行骨折的生物力學穩定性進行了研究，為臨床治療提供指導。

材料與方法

1 試驗材料及儀器

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

儀器：拉力螺釘、鈦合金鎖定重建板(上海熙可醫療器械有限公司)，生物力學試驗機(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至髂恥隆起后外側的髂腰肌溝中點切開半骨盆標本，制成所需要的髖臼橫行骨折模型(圖1)。依據分組對各組模型實施不同的鋼板內固定方法。A組(前柱鎖定重建)：沿骨盆髂恥線放置已經塑形的鎖定重建板(10孔)，取6枚鎖定螺釘對前柱進行固定，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塑形的鎖定重建板(10孔)進行固定(圖1b)。C組(前柱鎖定重建板聯合后柱拉力螺釘)：前柱固定方法同A組，在后柱順行擰進1枚拉力螺釘(長95mm，直徑7.3mm)(圖1c)。D組(前柱拉力螺釘聯合后柱鎖定重建板)：在前柱順時針擰進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)：后柱順時針擰進1枚拉力螺釘(長95mm，直徑7.3mm)，前柱順時針擰進1枚拉力螺釘(長85mm，直徑6.5mm)(圖1e)。將各組標本在解剖復位的基礎上進行牢固固定。

a b c d e

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

3 生物力學測試

按照倒置單足站立方式[5]，采用Ⅱ型義齒基托聚合物對標本進行固定。于生物力學實驗機底座固定已被包埋標本，試驗機上端連接股骨干斷端，進行生物力學測試。先以100N載荷預加載3次，然后以20N/s速率連續加載，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、縱向位移進行測量。對標本重復加載6次，取均值。依據公式：軸向剛度=載荷/縱向位移計算軸向剛度。

4 統計學分析

結 果

1 各組水平位移距離比較

在600、1400、1800N載荷下，C、D、E組標本水平位移距離均顯著小于A、B組(P<0.05)。A組標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計學意義(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組標本縱向位移距離均顯著小于A、B組(P<0.05)。A組標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計學意義(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組標本軸向剛度均顯著大于A、B組(P<0.05)。A組標本軸向剛度顯著大于B組(P<0.05)，C、D、E組間相比，軸向剛度差異無統計學意義(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生移位，可采取非手術治療；如果骨折端已經發生移位，則多需進行手術治療。切開復位并進行內固定已經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固定器材。普通鋼板內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，不利于患者的術后恢復，并且由于髖臼部位結構復雜，普通鋼板內固定并不適用于髖臼骨折患者。而采用拉力螺釘對骨折進行內固定，不僅手術切口小，對骨膜損傷輕微，對機體創傷小，還可對骨折端加壓固定，利于患者在術后能夠較早地進行關節功能恢復鍛煉。根據沈華等[7]研究指出，對Bennett骨折采取空心拉力螺釘內固定，患者術后恢復好，術后隨訪過程中骨折端固定牢固，無相關并發癥發生，表明拉力螺釘在骨折患者的治療中療效顯著。

隨著醫療設備的發展以及醫療技術的進步，鎖定重建板內固定方式由于其獨特優勢逐漸受到臨床醫務人員的重視。采取鎖定重建板進行內固定時，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，保證了術后骨折部位的良好愈合，避免了骨化性肌炎等并發癥的發生。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定性。已有研究表明，鎖定重建板對骨折進行內固定，骨質、鋼板鎖釘以及螺絲可形成一體，其穩定性顯著高于普通鋼板，術后內固定物松動、脫落、斷裂等不良事件的發生率較普通鋼板內固定顯著降低[8]。而且，鎖定重建板還可以進行單皮質固定，確保螺釘位于關節腔外，降低了螺釘損傷髖臼的風險，達到較高的術后優良率。而根據尹弘霽等[9]研究發現，對于髖臼橫行骨折，采取鎖定重建板內固定與采取重建板結合拉力螺釘內固定兩組方式所達到的穩定性接近。為進一步探討不同內固定方式對髖臼橫行骨折的固定效果，本試驗對60具髖臼橫行骨折模型進行了生物力學研究。

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本固定并進行生物力學測試及生物力學分析。根據本次研究結果，在不同載荷下采取前柱重建板內固定的A組標本水平位移及縱向位移顯著小于采取后柱重建板內固定的B組標本(P<0.05)，軸向剛度顯著大于B組標本(P<0.05)，表明與后柱相比，采取前柱鎖定重建板內固定穩定性更高，與劉松等[10]研究結果一致。采取雙柱固定的C、D、E組標本在不同載荷下，水平位移及縱向位移顯著小于A、B組標本(P<0.05)，軸向剛度顯著大于A、B組標本(P<0.05)，C、D、E組間相比，各指標差異無統計學意義(P>0.05)。結合孫玉強等[11]的研究，表明對髖臼橫行骨折采取雙柱固定所獲得的穩定性高于單柱固定方式，而不同雙柱固定方法所獲得的穩定性接近。此外根據胡建華等[12]研究發現，由于拉力螺釘固定具有加壓、創口小、術后可更早地進行功能恢復鍛煉等優點，筆者認為雙柱拉力螺釘固定治療髖臼橫行骨折效果最好。但是，本次研究中發現在對骨折標本進行拉力螺釘內固定時存在損傷血管神經等風險，因此進行操作時應予以注意。

另外，本次研究標本采取倒置單足站立位，與傳統旋轉夾固定相比，雖然可滿足實驗所需載荷，但是在制作標本時包埋過程較為復雜，需進一步改進。本次研究所采用的標本為離體半骨盆，標本數量較少，實驗載荷上限僅到1800N，應當進一步擴大標本量并且結合三維有限元技術進行更為深入的研究。

[1] Malhotra R,Singh DP,Jain V,et al.Acute total hip arthroplasty in acetabular fractures in the elderly using the octopus system. Mid term to long term follow-up.[J].J Arthroplasty,2013,28(6):1005-1009.

[2] 王滿宜.骨盆與髖臼骨折國內治療現狀與將來發展趨勢[J].中華創傷骨科雜志,2016,18(2):93-94.

[3] 陳捷.解剖型鎖定鋼板治療尺骨鷹嘴粉碎性骨折的臨床分析[J].創傷外科雜志,2014,16(2):134-136.

[4] Wu X,Chen W,Zhang Q,et al.The study of plate-screw fixation in the posterior wall of acetabulum using computed tomography images[J].J Trauma,2010,69(2):423-431.

[5] 陳偉,王滿宜,張奇，等.三種內固定物固定骨盆后環損傷穩定性的生物力學比較[J].中華骨科雜志,2011,31(11):1232-1238.

[6] 劉松,張奇,張英澤，等.髖臼前柱內固定臨床解剖學研究進展[J].中華創傷雜志,2012,28(4):382-384.

[7] 沈華,沈尊理,馬杰，等.空心拉力螺釘治療Bennett骨折的臨床研究[J].中華手外科雜志,2014,30(5):365-367.

[8] 齊新文,王兆杰,陳軍平，等.鎖定重建鈦板加鈦纜內固定治療外傷性恥骨聯合分離[J].中華創傷骨科雜志,2012,14(11):959-963

[9] 尹弘霽,李宏偉,梁鉑堅，等.肩胛骨骨折13例的診斷與手術治療[J].中國老年學雜志,2013,33(6):1382-1384.

[10] 劉松,張奇,張英澤，等.髖臼前柱內固定臨床解剖學研究進展[J].中華創傷雜志,2012,28(4):382-384.

[11] 孫玉強,唐明杰,金東旭，等.陳舊性髖臼骨折的手術重建[J].中華骨科雜志,2011,31(5):496-501.

[12] 胡建華,張曉星,茍景躍，等.前后聯合入路治療復雜髖臼骨折[J].創傷外科雜志,2011,13(4):297-299.

(本文編輯： 郭 衛)

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，濰坊醫學院(黃曉波,武德旺，朱順文，張美玲，張漢寬)； 261001 山東 濰坊，濰坊醫學院附屬醫院(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)