撐開式髓內釘固定股骨干骨折的生物力學研究.pdf

1、目的:交鎖髓內釘是目前國內外應用于長管狀骨骨折內固定的主流，但交鎖髓內釘螺釘孔及其周圍的應力集中，將有可能導致材料的力學失敗，造成植入物斷裂、再骨折等相關并發(fā)癥。交鎖髓內釘的植入，尤其是遠端螺釘植入，由于借助C型臂X線機閉合穿釘，手術操作復雜，難度較大。自行設計研制了一種新型撐開式髓內釘(intramedullary propping nailing，IPN)。本文即從實驗角度研究該新型髓內釘的生物力學特性，并與傳統(tǒng)交鎖髓內釘比較，檢驗

2、其對一個股骨干橫行骨折模型IPN能否達到動力性控制骨折分離、克服交鎖髓內釘以上缺點的目的，是否可獲得與傳統(tǒng)交鎖髓內釘類似的壓縮、彎曲和扭轉剛度等力學性能。 材料與方法: IPN主要由主釘、撐開內芯、拉力螺母、鎖釘和封口釘等結構組成。 采用隨機配對設計比較Grosse & Kempf(G&K)釘和IPN的生物力學特性，取10對男性冷凍尸體新鮮股骨標本，標本長度平均為(438±10)mm，平均外徑(26.4+1.5)mm，實

3、驗前24h自然解凍。測試確定生前均無骨骼疾病史，無骨質疏松，各標本骨密度間無明顯差異。將標本置于正常生理狀態(tài)站立位，上下兩端用聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，PMMA)包埋。按標本左右分為兩組(每組樣本n=10)，IPN隨機固定左或右標本，同對相對應的另一標本用G&K釘固定作為對照。骨折模型采用一力學良好的狀態(tài)：橫行骨折，小轉子下8cm截骨，形成股骨中份1mm的骨缺損。常規(guī)植入IPN和IG&K釘，將骨一

4、植入物復合體安裝在MTS上，安裝不同的組合夾具和引伸儀，連接各種記錄測量儀器(如線性可變差動變送器，linear variable differential transformer，LVDT)，實驗分為軸向壓縮、四點彎曲和扭轉。所有試件均紀錄加載與否的長度或彎曲、扭轉角度的變化。采用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件包進行分析。數據以均數±標準差表示，根據不同資料選擇配對t檢驗、配對符號秩和檢驗分析或兩獨立樣本的t檢驗，P值<0.05為有統(tǒng)計學

5、意義。 結果：1.承受軸向壓縮負荷時，在任何一個面，完整骨的應變、抗壓縮剛度與釘骨系統(tǒng)有明顯的差異，完整的股骨表現(xiàn)出較大的應變和較小的抗壓縮剛度。IPN—BIC前面的應變量平均值是完整骨的24％(1.00×10-4mm/mm)，后、內、外側依次是完整骨的15％(1.04×10-4 mm/mm)、6.8％(0.68×10-4 mm/mm)和14％(0.84×10-4 mm/mm)；前、后、內和外側的平均抗壓縮剛度分別是完整骨的3.

6、8(1.50×106 N/mm)、4.8(1.69×106 N/mm)、8.8(1.67×106 N/mm)和4.6(1.50×106N/mm)倍。與完整骨相比，G&K-BIC的應變量平均值變化范圍是16％和40％；剛度平均值變化范圍為1.8～4.0倍。除了外側面和后面，IPN-BIC的抗壓縮剛度較G&K-BIC明顯大；：IPN-BIC的應變量平均值大于G&K-BIC，但是兩者之間的差異沒有統(tǒng)計學意義。與G&K-BIC(F=3.578，

7、P=0.023)相比，IFN-BIC的應變分布更為合理均勻(F=1.007，P=0.401)； 2.多數釘骨系統(tǒng)的抗彎曲剛度較完整骨小，但是在任何一個彎曲方向，兩種釘骨系統(tǒng)之間的差異卻無意義；而且，不論是IPN或G&K-BIC，抗彎曲剛度在四個彎曲方向之間的差異也沒有統(tǒng)計學意義。代表內外和外內彎曲剛度的冠狀面抗彎剛度，盡管IPN-BIC的抗彎剛度的平均值(699.74 N/mm；68.3％完整骨)略大于G&K-BIC的(644.

8、85 N/mm；62.9％完整骨)，兩者之間的差異卻沒有統(tǒng)計學意義(P=0.113)；代表前后和后前彎曲的失狀面抗彎剛度，與G&K-BIC的剛彎剛度平均值(606.32 N/mm；60.4％完整骨)相比，雖然IPN-BIC稍大(670.84 N/mm；66.9％正常骨)，兩者之間同樣沒有統(tǒng)計學差異(P=0.731)； 3.當扭矩是5 Nm時，完整骨的抗扭轉剛度最大(4.38 Nm/°)，分別是IPN-BIC和G&K-BIC的9倍

9、(0.50 Nm/°)和12倍(0.35Nm/°)，然而，兩釘骨系統(tǒng)之間的差異仍然沒有統(tǒng)計學意義；當扭矩是8 Nm時，可以得到類似的結果。 結論: IPN-BIC抗壓縮剛度大于G&K-BIC，抗彎剛度和抗扭轉剛度兩者相當，IPN-BIC獨具骨折斷端加壓作用，因此IPN具有良好的生物力學性能，應能滿足臨床需要。更為重要的是：其良好的生物力學性能是因為IPN不僅具有與交鎖髓內釘(G&K釘)完全不同的結構，而且具有和交鎖髓內釘插銷式固