固定髖臼后壁骨折力學研究論文

導語：固定髖臼后壁骨折力學研究論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

【摘要】目的研究不同比例髖臼后壁骨折不同內(nèi)固定方法的固定強度，以確定最理想的內(nèi)固定方法。方法將18具骨盆標本制成左右配對的髖關節(jié)，隨機分成三組，然后人為造成髖臼后壁關節(jié)面1/3骨折、2/3骨折、3/3骨折。用兩枚皮質(zhì)骨螺釘、重建鋼板以及重建鋼板加兩枚皮質(zhì)骨螺釘三種內(nèi)固定方式固定每一組骨折，屈髖90°對模型分別進行生物力學測試，測量各組骨折塊的分離位移及分離3mm時的載荷，以比較不同比例后壁骨折不同內(nèi)固定方法的固定強度。結(jié)果統(tǒng)計顯示1/3比例骨折螺釘組與鋼板、鋼板加螺釘組間差別無意義(P＞0.05)，2/3、3/3比例骨折螺釘組與鋼板、鋼板加螺釘組間差別有顯著意義(P＜0.01)，而鋼板組與鋼板加螺釘組之間差別無意義(P＞0.05)。結(jié)論髖臼后壁1/3比例骨折，單用兩枚皮質(zhì)骨螺釘固定已經(jīng)足夠；2/3和3/3比例骨折以重建鋼板內(nèi)固定較為理想，在鋼板之外再加兩枚螺釘并不能增加內(nèi)固定強度，反而增加了手術(shù)創(chuàng)傷及難度。【關鍵詞】髖臼后壁；骨折；內(nèi)固定；生物力學BiomechanicalEvaluationontheThreeFixationsoftheSimulatedDifferentScaleFracturesontheposteriorWallofAcetabulumLIKelun，XUGang，CHENZhihao，etal(DepartmentofOrthopaedics，YueqingFirstHospital，Zhejiang325600，China)Abstract：ObjectiveTodefinetheoptimalinternalfixationmethodbymeansofstudyingthestrengthofvariousinternalfixationsofsimulateddifferentscalefracturesOnposterioracetabularwall.MethodsEighteencadavericpelvisweremadeintohipjioints，dividedintothreegroupsrandomly.Thencausethefractureof1/3，2/3and3/3articularsurfaceoftheposteriorwallofacetabulum.Themodelswerefixedwithoneofthethreedifferentmethods：twocorticalscrews(CS)，reconstructionplate(RP)，andreconstructionplateplustwocorticalscrews(CS＋RP).Thentestswereperformedoneachmodelwith90flexionofthehip.Measurethedisplacementsofthefragmentsandtheloadingswhenthedisplacementswere3mm.ResultsThereisnosignificantdifferencebetweentheCSandRPorRP＋CS(P＞0.05)inthegroupof1/3fracture，butwithsignificance(P＜0.01)inthegroupsof2/3and3/3fractures，andnosignificancebetweentheRPandRP＋CS(P＞0.05).ConclusionItisenoughstabilitywhenfixthe1/3fracturewithCSonly；theidealmethodofintemalfixationof2/3and3/3fractureoftheposteriorwallofacetabulumisRP，whileRP＋CSisnotstrongerthanRPonlyanditmayaddmoreoperativetraumaanddifficultytooperate.Keywords：posterioracetabularwall；fracture；internalfixation；biomechanics髖臼骨折常由高能量創(chuàng)傷引起，隨著交通與工傷事故的增加，其發(fā)病率日趨增多。后壁骨折是最常見的一種髖臼骨折(屈膝位損傷)，大約占所有髖臼骨折的1/4～1/3，Letournel［1］將其歸為基本的髖臼骨折之一。對于移位的髖臼后壁骨折，近年來眾多學者均主張手術(shù)治療，目的是通過恢復關節(jié)面的正常解剖位置來保持關節(jié)的穩(wěn)定以及恢復關節(jié)面的正常壓力分布，從而減少創(chuàng)傷性關節(jié)炎的發(fā)生。但對不同面積的髖臼后壁骨折，究竟選擇何種內(nèi)固定方法，目前仍無定論［2］。為此，本實驗用截骨法建立不同比例面積的后壁骨折模型，分別用三種常用的內(nèi)固定方式加以固定，然后進行生物力學穩(wěn)定性測試，并予比較研究，以確定理想的內(nèi)固定方法，為臨床選擇及早期功能鍛煉提供參考。1材料與方法1.1髖臼后壁骨折模型的建立選18具經(jīng)防腐保濕處理的成人骨盆，包括髖關節(jié)和近側(cè)1/3股骨干，排除骨骼疾病或髖臼發(fā)育不良，去除附驪的肌肉、關節(jié)囊、韌帶等組織。從骶髂關節(jié)和恥骨聯(lián)合處將骨盆分成左右兩個髖關節(jié)，隨機分成三組，每組12髖。上緣從髖臼頂點30°開始，沿髖臼緣向后基金項目：浙江省溫州市醫(yī)藥衛(wèi)生科學研究計劃資助項目(2007013)到90°為骨折下緣，將這60°范圍的后壁關節(jié)面縱向分為三等份。第一組髖關節(jié)用擺動鋸做外側(cè)1/3截骨，建立后壁1/3骨折模型；第二組髖關節(jié)截去外側(cè)2/3，制成后壁2/3骨折；第三組去除外側(cè)3/3，形成后壁3/3骨折。見圖1。圖1髖臼后壁不同面積骨折示意圖1.2內(nèi)固定方法每一組12具髖臼骨折模型中隨機取出4具，將后壁骨折塊單純用兩枚皮質(zhì)骨螺釘(corticalscrew，CS)固定，或直接用直徑3.5mm的8孔髖臼重建鋼板(reconstructionplate，RP)固定，或除了髖臼重建鋼板之外另加兩枚皮質(zhì)骨螺釘(RP＋CS)固定。這樣在各組中，每4具髖臼骨折模型均由同一種內(nèi)固定方法固定，并且都采用兩枚直徑3.5mm和長度40mm皮質(zhì)骨螺釘固定后壁骨折塊。在直接用重建鋼板固定中，板孔內(nèi)共需擰入6枚皮質(zhì)骨螺釘，其中遠端兩枚位于坐骨結(jié)節(jié)處，兩枚固定骨折塊，兩枚位于骨折上方；而在鋼板加螺釘?shù)姆绞街幸残枰镀べ|(zhì)骨螺釘，首先單獨用兩枚皮質(zhì)骨螺釘固定骨折塊，再將8孔重建鋼板置于螺釘?shù)膬?nèi)側(cè)，遠近端板孔內(nèi)同樣各擰入兩枚螺釘。內(nèi)固定由同一人操作，髖臼重建鋼板在使用前應塑形，以獲得與骨表面的良好匹配；固定骨折塊的兩枚皮質(zhì)骨螺釘需背離髖臼盂唇平面30°～40°，從而避免進入關節(jié)腔內(nèi)(見圖2～3)。圖2髖臼后壁2/3比例骨折螺釘固定示意圖圖3髖臼后壁3/3比例骨折螺釘固定示意圖1.3力學測試將髂骨嵌夾于可作不同方向調(diào)節(jié)的萬能旋轉(zhuǎn)夾具中，再將股骨干用夾具固定于加載平臺上。力學測試采用WE100萬能材料試驗機。將髖關節(jié)模型屈曲90°、內(nèi)收外展及旋轉(zhuǎn)中立位加載，使載荷直接作用于髖臼后壁上。載荷按200N分級加載至800N，加載速率控制在1.5mm/min，采用高精度數(shù)字顯示光柵位移傳感器和千分表同時測量骨折塊的分離移位(精度達0.01％)，根據(jù)骨塊分離位移的程度確定各種內(nèi)固定的強度。分級加載測試結(jié)束后改為連續(xù)加載，記錄使骨塊分離3mm時所用的載荷(見圖4)。圖4WE100萬能材料試驗機加載實驗1.4統(tǒng)計學處理用配伍組設計方差分析進行數(shù)據(jù)分析，Bartlett法進行方差齊性檢驗。NewmanKeuls法(q檢驗)進行均數(shù)間兩兩比較。P＜0.05為差別有顯著性意義。2結(jié)果2.1不同比例的骨折與內(nèi)固定的穩(wěn)定性對不同比例面積的后壁骨折模型采用三種方式內(nèi)固定后進行分級載荷實驗(見表1)。在不同的載荷作用下，相同比例相同內(nèi)固定方式的髖臼骨折位移隨載荷的增加而增大。同一載荷條件下，相同比例不同內(nèi)固定方式的骨折位移程度為CS＞RP＞RP＋CS經(jīng)q檢驗，1/3比例骨折的CS、RP以及RP＋CS組間差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)，而2/3比例和3/3比例骨折的CS組分別與RP、RP＋CS組比較，骨塊分離程度有高度統(tǒng)計學意義(P＜0.01)，但RP與RP＋CS間差別卻無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)。表1髖臼后壁不同比例骨折不同內(nèi)固定后載荷與位移關系2.2軸向剛度與內(nèi)固定的穩(wěn)定性內(nèi)固定的軸向剛度是指載荷下內(nèi)固定抵抗形變保持關節(jié)穩(wěn)定的能力，軸向剛度越大，則抗形變能力越強，髖關節(jié)也越穩(wěn)定。其力學公式是：軸向剛度EF＝P/△L，其中P為載荷，△L為形變位移。對后壁骨折模型進行不同的內(nèi)固定，其軸向剛度必然不同，穩(wěn)定性也隨之發(fā)生改變。AO學組把骨折移位超過3mm作為內(nèi)固定失敗的標準，因此本文把骨折移位3mm所能承受的載荷作為最大載荷(見表2)，由此可得出相同比例面積后壁骨折三種內(nèi)固定方式的軸向剛度。在1/3比例骨折時，CS的軸向剛度為(266.59±3.93)N/mm，RP為(269.62±2.38)N/mm，RP＋CS為(269.68±2.27)N/mm，經(jīng)檢驗發(fā)現(xiàn)CS、RP和RP＋CS三種內(nèi)固定之間差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)。而在2/3比例骨折與3/3比例骨折模型中，CS的軸向剛度和RP、RP＋CS組間差別有顯著統(tǒng)計學意義(P＜[1][2][3]0.01)；而RP與RP＋CS之間差別無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)。從表示內(nèi)固定穩(wěn)定性的軸向剛度來看，上述結(jié)論和分級加載所獲得結(jié)論是一致的。表2不同比例骨折不同內(nèi)固定后分離3mm承受的最大載荷(±s)3討論在所有的髖臼骨折中，后壁骨折所占比例最高。Letournel［1］報導在940例髖臼骨折中，孤立的后壁骨折占24％，另有26％合并有其他類型的后壁骨折。Chiu［3］報道在其研究的111例髖臼骨折中36例(32.4％)為孤立性后壁骨折。后壁骨折作為一種常見髖臼骨折，主要是在外力的作用下，股骨頭與髖臼后壁撞擊引起，如處理不當，易導致創(chuàng)傷性關節(jié)炎和關節(jié)功能障礙，從而降低了臨床療效。髖關節(jié)是人體的負重關節(jié)，其穩(wěn)定性的維持主要依賴于髖臼的骨性阻擋作用，尤其是后壁阻擋作用更為重要。正常髖臼為一半圓形深窩，前傾20°，外傾53°，在后上方最強最深，股骨頭被容納其中并處于穩(wěn)定的位置。髖臼后壁骨折后，分離移位造成后壁對股骨頭的阻擋作用下降，必定會發(fā)生髖關節(jié)不穩(wěn)；如果僅僅通過牽引等保守治療既不能使關節(jié)內(nèi)骨折解剖復位，也不能恢復后壁的阻擋作用和關節(jié)的穩(wěn)定性，更無法進行早期功能鍛煉［4］。而髖關節(jié)不穩(wěn)使頭臼關節(jié)接觸面積減小，出現(xiàn)應力分布不均，從而加速關節(jié)磨損和退變，最終將引起創(chuàng)傷性關節(jié)炎和關節(jié)功能障礙。Moed［5］發(fā)現(xiàn)，髖關節(jié)不穩(wěn)患者創(chuàng)傷性關節(jié)炎的發(fā)生率明顯升高；Letournel［6］的臨床研究也證實，髖關節(jié)不穩(wěn)是導致關節(jié)軟骨發(fā)生退變的重要原因。只有通過手術(shù)切開復位內(nèi)固定治療，可使移位的髖臼后壁骨塊獲得解剖復位，促使關節(jié)早期活動和磨造，進而有利于關節(jié)內(nèi)軟骨的愈合并提高療效。Epstein［7］對150例髖臼后壁骨折進行長期隨訪發(fā)現(xiàn)，保守治療者88％療效不滿意，而手術(shù)治療者僅為37％。在Pantazopoulos等［8］治療觀察的病例中，經(jīng)手術(shù)解剖復位后90％的患者有較好的臨床療效(術(shù)后2～15年，平均7年)，而留有1～3mm錯位者僅有50％的患者有較好的療效。所以，Letournel［6］認為后壁骨折中如果骨折塊足夠大，即使股骨頭復位，但由于缺少后部骨塊的阻擋，仍有向后滑脫不穩(wěn)的傾向；只有手術(shù)復位內(nèi)固定，才能維持其完整性和穩(wěn)定性，否則創(chuàng)傷性關節(jié)炎將不可避免。然而后壁骨折塊究竟多大才能達到足夠大，以往的文獻中無統(tǒng)一標準。1988年Keith［9］首次用CT對尸體髖臼后壁骨折與關節(jié)的穩(wěn)定性作相關研究，提出后壁骨折塊在20％以下時關節(jié)穩(wěn)定，超過40％則穩(wěn)定性受累，應手術(shù)治療；Vailas［10］模擬髖臼后壁骨折進行生物力學測試，結(jié)果骨折小于25％關節(jié)穩(wěn)定，大于50％則關節(jié)不穩(wěn)，并發(fā)現(xiàn)在穩(wěn)定與不穩(wěn)定骨折之間有一過渡區(qū)。他認為當骨折處于此區(qū)時，髖關節(jié)的穩(wěn)定性將取決于后側(cè)關節(jié)囊的完整性，若關節(jié)囊撕裂，則關節(jié)失去穩(wěn)定性；而Olson［11］發(fā)現(xiàn)，髖臼后壁骨折達1/3比例時已明顯地改變了髖關節(jié)的載荷和接觸特征，關節(jié)接觸面積下降，髖臼頂部的接觸壓明顯上升，表明髖臼后壁骨折使應力集中到了臼頂部，臨床上這種情況如不加糾正，將不可避免地發(fā)生創(chuàng)傷性關節(jié)炎；宋朝暉等［12］通過研究人體在單足站立骨盆中立位時髖關節(jié)的受力情況，認為后壁骨折對髖關節(jié)生物力學影響從1/3骨折就已經(jīng)開始，1/3骨折時骨折片的大小約為2.1cm×0.7cm，占后壁實際面積的16.45％。由于1/3骨折主要涉及后壁內(nèi)外表面的皮質(zhì)部分，骨折后破壞了皮質(zhì)的完整性，導致負荷應力不能正常分散，局部應力集中，造成對髖關節(jié)生物力學行為影響率最大，因此主張將后壁骨折塊占整個后壁的1/3以上作為手術(shù)標準。上述研究結(jié)果之間存在明顯的差異，對其進一步分析可以看出：在Keith［9］的實驗中，關節(jié)不穩(wěn)的評定是靠實驗者徒手進行，比較粗糙，帶有相當大的主觀性；Vailas［10］在實驗中將髖關節(jié)在Keith的基礎上增加內(nèi)旋20°，在此位置髖關節(jié)更具不穩(wěn)傾向，故而其實驗中不穩(wěn)定關節(jié)比例偏大；而Olson和宋朝暉的實驗設計主觀成分較少，其結(jié)果較為客觀可信。因此，我們也贊同將髖臼后壁1/3比例骨折作為手術(shù)與非手術(shù)的界限。然而，對于1/3比例面積以上的髖臼后壁骨折，究竟選擇何種內(nèi)固定方式才能最大程度地恢復髖關節(jié)的穩(wěn)定性，臨床上判斷較為困難。倪善軍［4］建立髖臼后壁大塊骨折模型，分別用CS、RP和RP＋CS固定，屈髖90°進行生物力學測試，以確定其固定強度。實驗表明：RP和RP＋CS明顯強于CS，與臨床觀察相吻合；RP和RP＋CS間的差別則無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)。而孫玉強［13］用RP＋CS固定髖臼后壁骨折50例后，認為鋼板至少覆蓋50％的骨折塊，結(jié)合拉力螺釘?shù)淖饔茫軐馆S向的壓力，具有更強的生物力學強度。Olson［14］也提出，髖臼后壁骨折除用重建鋼板外，需另外再加用兩枚螺釘固定，才能真正達到堅強而有效的內(nèi)固定，但尚無相關臨床報道。本實驗吸取了以往教訓，用截骨法建立了三種不同比例面積的后壁骨折模型，同樣采用了臨床上常見的三種內(nèi)固定方法(CS、RP、RP＋CS)固定，屈髖90°在萬能材料試驗機上進行生物力學測試，測定不同內(nèi)固定方法的固定強度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在1/3比例髖臼后壁骨折中，CS、RP以及RP＋CS之間差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)；但在2/3比例以上的后壁骨折內(nèi)，RP和RP＋CS的固定強度明顯大于CS，RP和RP＋CS之間差異無統(tǒng)計意義(P＞0.05)。1988年Davy［15］測得直腿抬高及扶單拐行走時髖臼后壁承受的載荷為體重的1.5倍，也就是說，一個50kg體重的人其髖臼后壁受到的載荷大約是735N。在本實驗中，固定2/3比例和3/3比例后壁骨折的皮質(zhì)骨螺釘僅能承受600N以下的最大載荷，顯然不能滿足內(nèi)固定的需要。因此我們認為，后壁骨折塊在1/3比例面積時，單純用兩枚皮質(zhì)骨螺釘固定已經(jīng)足夠；而在2/3比例以上的骨折中，單用螺釘固定骨折塊不夠堅強，無法維持髖關節(jié)的穩(wěn)定性，也無法早期進行功能鍛煉。理想的內(nèi)固定是用重建鋼板，在鋼板之外再加兩枚螺釘并不能顯著增加內(nèi)固定的強度，反而將會增加手術(shù)創(chuàng)傷和手術(shù)時間，影響療效并對患者無益。此外，臨床上還有一類后壁骨折為粉碎性或壓縮性骨折，內(nèi)固定除用重建鋼板外，還需加用彈性鋼板［2］。總之，為了減少醫(yī)源性損傷，縮短手術(shù)時間，增加髖關節(jié)的穩(wěn)定性，以及早期進行功能鍛煉，對于不同比例面積的髖臼后壁骨折應當選用不同的內(nèi)固定方法固定。本實驗為臨床上內(nèi)固定方式的選擇提供了生物力學依據(jù)。【參考文獻】［1］LetournelE.Acetabulumfractures：classificationandmanagement［J］.ClinOrthopRelatRes，1980，(151)：81106.［2］GouletJA，RouleauJP，MasonDJ，minutedfractureoftheposteriorwalloftheacetabulum［J］.JBoneJointSurg(Am)，1994，76(10)：14571463.［3］ChiuFY，LoWH，ChenTH，etal.Fracturesofposteriorwallofacetabulum［J］.ArchOrthopTraumaSurg，1996，115(5)：273275.［4］倪善軍，孫俊英，王以進.髖臼后壁骨折內(nèi)固定穩(wěn)定性的生物力學研究［J］.醫(yī)用生物力學，2004，19(1)：3134.［5］MoedBR，CarrSE，WatsonJT.Openreductionandinternalfixationofposteriorwallfracturesoftheacetabulum［J］.ClinOrthopRelatRes，2000，(377)：5767.［6］LetournelE，JudetR.Francturesofacetabulum［M］.2ed.NewYork：SpringerVerlag，1993：138140.［7］EpsteinHC.Posteriorfracturedislocationsofthehip：Longtermfollowup［J］.JBoneJointSurg(Am)，1974，56(6)：11031127.［8］PantazopoulosT，NicolopoulosCS，BabisGC，etal.Surgicaltreatmentofacetabularposteriorwallfractures［J］.Injury，1993，24(5)：319323.［9］KeithJE，BrashearHR，GuilfordWB.Stabilityofposterior[1][2][3]fracturedislocationsofthehip：Quantitativeassessmentusingcomputedtomography［J］.JBoneJointSurg(Am)，1988，70(5)：711714.［10］VailasJC，HurwitzS，WieselSW.Posterioracetabularfracturedislocations：fragmentsize，jointcapsule，andstability［J］JTrauma，1989，29(11)：14941496.［11］OlsonSA，BayBK，PollakAN，etal.Theeffectofvariablesizeposteriorwallacetabularfracturesoncontactcharacteristicsofthehipjoint［J］.JOrthopTrauma，1996，10(6)：395402.［12］宋朝暉，張英澤，潘進社，等.髖臼后壁骨折對髖臼與股骨頭之間應力的影響［J］.中華創(chuàng)傷雜志，2002，18(2)：9193.［13］孫玉強，鮑琨，金東旭，等.髖臼后壁骨折的手術(shù)治療［J］.中華創(chuàng)傷骨科雜志，2007，9(3)：205209.［14］OlsonSA，F(xiàn)inkemeierCG.PosteriorWallacetabularfractures［J］.OperativeTechniquesinOrthopeadics，1999，9(2)：148160.［15］DavyDT，KotzarGM，BrownRH，etal.Telemetricforcemeasurementsacrossthehipaftertotalarthroplasty［J］.JBoneJointSurg(Am)，1988，70(1)：4550.