內(nèi)側(cè)支撐髓內(nèi)釘套筒設(shè)計(jì)和固定復(fù)雜粗隆下骨折的生物力學(xué).pdf

1、背景和目的:股骨粗隆下骨折是常見的髖部骨折類型之一，手術(shù)內(nèi)固定治療是其主要的治療方式。由于股骨粗隆下區(qū)域特有的解剖和生物力學(xué)特點(diǎn)，粗隆下骨折不穩(wěn)定程度高，骨折愈合緩慢，且老年患者常伴有不同程度的骨質(zhì)疏松，應(yīng)用現(xiàn)有內(nèi)固定器械對其固定穩(wěn)定性差，固定失敗和其他內(nèi)植物相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)生率較高。粗隆下骨折的固定失敗主要發(fā)生在不穩(wěn)定骨折類型中，而股骨近端內(nèi)側(cè)骨質(zhì)的支撐完整性是骨折穩(wěn)定性的重要決定因素之一。本課題介紹了一種以加強(qiáng)股骨近端內(nèi)側(cè)支撐穩(wěn)定性為

2、主要特點(diǎn)的新型髓內(nèi)釘，即內(nèi)側(cè)支撐髓內(nèi)釘系統(tǒng)(Medial Sustainable Nail， MSN)，其最主要的設(shè)計(jì)理念是沿著股骨近端內(nèi)側(cè)壓力傳導(dǎo)方向增加一枚支撐釘，使該髓內(nèi)釘在內(nèi)側(cè)骨質(zhì)粉碎或復(fù)位不良的情況下仍能提供良好的內(nèi)側(cè)支撐力，從而增加髓內(nèi)釘?shù)膹?qiáng)度和抗內(nèi)翻穩(wěn)定性。本課題分為兩部分，首先對該髓內(nèi)釘設(shè)計(jì)過程中的4種套筒設(shè)計(jì)方案進(jìn)行力學(xué)測試，從而確定一種穩(wěn)定性最佳的設(shè)計(jì)作為最終定型。然后，通過上述新型髓內(nèi)釘與常用的髓內(nèi)釘PFNA固定復(fù)

3、雜粗隆下骨折的生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)，比較兩種髓內(nèi)釘?shù)牧W(xué)穩(wěn)定性，驗(yàn)證新型髓內(nèi)釘?shù)牧W(xué)優(yōu)勢，并為將來的臨床應(yīng)用提供參考。
　　方法:髓內(nèi)釘生物力學(xué)測試:16支第四代Sawbones人工股骨，通過CT重建、3D打印技術(shù)制作解剖型精確截骨模具，配合帶鋸床進(jìn)行精確截骨，制備復(fù)雜粗隆下骨折模型（SeinsheimerⅤ型骨折）。將骨折模型隨機(jī)均分為MSN組和PFNA組，分別采用MSN和PFNA兩種髓內(nèi)釘固定。每組再平均分成兩個(gè)亞組，分別進(jìn)行循環(huán)壓縮

4、測試和靜態(tài)壓縮測試。由力學(xué)測試機(jī)實(shí)施記錄豎直方向位移和對應(yīng)的載荷值及循環(huán)次數(shù)。通過兩臺(tái)垂直放置的相機(jī)記錄骨塊的旋轉(zhuǎn)移位，測量頭頸骨塊與骨干上標(biāo)記點(diǎn)所在直線的角度變化值，計(jì)算頭頸骨塊在正、側(cè)位上的旋轉(zhuǎn)。循環(huán)測試中比較經(jīng)歷1萬次循環(huán)后的最大軸向位移和頭頸骨塊的旋轉(zhuǎn)。靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)中，比較0-2100N范圍內(nèi)的軸向壓縮剛度、垂直位移達(dá)到15mm時(shí)對應(yīng)的失效載荷，以及實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)的最大載荷和此時(shí)頭頸骨塊正、側(cè)位的旋轉(zhuǎn)角度。第二部分，MSN套筒的力學(xué)

5、測試:4種MSN的套筒分別進(jìn)行抗扭轉(zhuǎn)測試和抗退出測試，比較抗旋失效扭矩和抗退出失效載荷，確定抗旋能力和抗扭轉(zhuǎn)能力最佳的套筒設(shè)計(jì)方案。
　　結(jié)果:第一部分，髓內(nèi)釘固定股骨粗隆下骨折力學(xué)實(shí)驗(yàn):循環(huán)測試中，10000個(gè)循環(huán)結(jié)束時(shí)，股骨頭的最大下沉位移MSN組和PFNA組分別為(7.14±0.89)mm和(6.59±0.87) mm，無顯著差異(P＞0.05)，且均遠(yuǎn)小于15mm失敗標(biāo)準(zhǔn)。頭頸骨塊正位的內(nèi)翻角度MSN組為(3.28±0.6

6、9)度，低于PFNA組(8.03±1.53)度，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.001)。側(cè)位的旋轉(zhuǎn)角度MSN組為(2.28±0.74)度，同樣顯著低于PFNA組(3.90±0.29)度，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.015)。此外，經(jīng)過循環(huán)測試后PFNA的主釘對近端骨塊內(nèi)側(cè)松質(zhì)骨產(chǎn)生了明顯的擠壓，而新髓內(nèi)釘MSN組未見該現(xiàn)象。靜態(tài)壓縮測試中，MSN和PFNA兩組測試的壓縮、剛度失效載荷、及頭頸骨塊的旋轉(zhuǎn)角度均無顯著差異(P＞0.05)。所有

7、靜態(tài)壓縮測試標(biāo)本失效模式均為位移超過15mm，失效載荷均高遠(yuǎn)于3倍體重。而隨著載荷的進(jìn)一步增加，超過3000N時(shí)相同位移下PFNA組承受的載荷高于MSN組。靜態(tài)壓縮測試結(jié)束后MSN組4例中有3例發(fā)生螺旋刀片的彎曲，PFNA組未出現(xiàn)類似現(xiàn)象。第二部分，套筒穩(wěn)定性測試結(jié)果:抗扭轉(zhuǎn)測試中，棱凹陷套筒抗扭轉(zhuǎn)失效扭矩最高，為14.2Nm，約為其他三種設(shè)計(jì)的2倍?？雇顺鰷y試中，抗退出失效載荷由高到低依次為，光面套筒3261.7N、網(wǎng)格套筒2724.

8、1N、原始設(shè)計(jì)的棱凹套筒1982.3N、條紋套筒1643.9N。
　　結(jié)論:第一部分的髓內(nèi)釘固定復(fù)雜粗隆下骨折生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，新型內(nèi)側(cè)支撐髓內(nèi)釘MSN能夠在不穩(wěn)定的復(fù)雜粗隆下骨折治療中提供足夠的穩(wěn)定性，可以進(jìn)一步應(yīng)用于臨床治療。MSN的內(nèi)側(cè)支撐釘對近端骨塊內(nèi)側(cè)骨質(zhì)產(chǎn)生明顯支撐作用，使其抗旋和抗內(nèi)翻畸形能力優(yōu)于PFNA，MSN的螺旋刀片強(qiáng)度較低，在較高壓縮載荷下容易折彎，減弱了整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，導(dǎo)致其在粗隆下骨折固定在靜態(tài)壓縮