不同钢板内固定方式治疗髋臼横行骨折的生物力学分析

黄晓波,唐述森，武德旺，朱顺文，张美玲，张汉宽，韩桂全

·论 著·

不同钢板内固定方式治疗髋臼横行骨折的生物力学分析

黄晓波,唐述森，武德旺，朱顺文，张美玲，张汉宽，韩桂全

目的 对不同钢板内固定方式治疗髋臼横行骨折的生物力学进行研究。方法 将60具新鲜成人半骨盆标本制成髋臼横行骨折模型并随机分成A、B、C、D、E五组，每组各12具标本。采取前柱锁定重建板对A组标本进行固定，后柱锁定重建板对B组标本进行固定，前柱锁定重建板联合后柱拉力螺钉对C组标本进行固定，前柱拉力螺钉联合后柱锁定重建板对D组标本进行固定，双柱拉力螺钉对E组标本进行固定。各组标本在生物力学试验机的作用下分别接受600、1200、1800N载荷，测定各组标本骨折端水平位移及纵向位移距离，计算轴向刚度。结果 C、D、E组标本水平位移、纵向位移距离均显著小于A、B组，差异具有统计学意义(P<0.05)；C、D、E组轴向刚度均显著大于A、B组，差异具有统计学意义(P<0.05)；A组标本水平位移、纵向位移距离均显著小于B组，差异具有统计学意义(P<0.05)；轴向刚度显著大于B组，差异具有统计学意义(P<0.05)；C、D、E组间各指标相比，差异无统计学意义(P>0.05)。结论 髋臼横行骨折采取双柱固定所获得的稳定性高于单柱固定方式，而不同双柱固定方法所获得的稳定性接近。

髋臼横行骨折； 生物力学； 内固定

髋臼骨折在骨科常见，患者多有暴力损伤史[1]。由于髋关节负荷重、活动度大，在对髋臼骨折进行治疗时，不仅要求骨折部位达到解剖复位，还需要对骨折部位进行足够坚强的内固定[2]。目前临床中对髋臼横行骨折多采用切开复位内固定进行治疗并且有多种内固定方式可供选择，但关于不同方式的生物力学稳定性比较却鲜有报道。本次试验就五种不同方式治疗髋臼横行骨折的生物力学稳定性进行了研究，为临床治疗提供指导。

材料与方法

1 试验材料及仪器

选取30例甲醛浸泡保存完好的新鲜成人骨盆标本。男性18具，女性12具，潍坊医学院解剖教研室提供。经X线片及骨密度仪检查，所有标本均无骨质疏松、髋臼畸形及其他骨骼疾病。经矢状面切开耻骨联合及骶骨，共得到60具半骨盆标本。所有标本保留L4至股骨干中上1/3，使坐骨结节与水平面垂直。平行于矢状面、冠状面、水平面打进3根克氏针，建立空间坐标系。

仪器：拉力螺钉、钛合金锁定重建板(上海熙可医疗器械有限公司)，生物力学试验机(美国BOSE公司)，骨密度仪(韩国昊泰公司)，光栅位移传感器(深圳市斯铭威科技有限公司)。

2 方法

依照陈捷[3]方法，用0.5mm厚度的钢锯沿后柱坐骨大切迹顶点至髂耻隆起后外侧的髂腰肌沟中点切开半骨盆标本，制成所需要的髋臼横行骨折模型(图1)。依据分组对各组模型实施不同的钢板内固定方法。A组(前柱锁定重建)：沿骨盆髂耻线放置已经塑形的锁定重建板(10孔)，取6枚锁定螺钉对前柱进行固定，注意在固定过程中避免将螺钉固定于髂耻隆起部，在髋臼附近的螺钉单皮质固定(图1a)。B组(后柱锁定重建)：参考Wu等[4]的髋臼后柱螺钉固定操作方法，取6枚锁定螺钉对后柱放置的已经塑形的锁定重建板(10孔)进行固定(图1b)。C组(前柱锁定重建板联合后柱拉力螺钉)：前柱固定方法同A组，在后柱顺行拧进1枚拉力螺钉(长95mm，直径7.3mm)(图1c)。D组(前柱拉力螺钉联合后柱锁定重建板)：在前柱顺时针拧进1枚拉力螺钉(长85mm，直径6.5mm)，后柱固定方法同B组(图1d)。E组(双柱拉力螺钉)：后柱顺时针拧进1枚拉力螺钉(长95mm，直径7.3mm)，前柱顺时针拧进1枚拉力螺钉(长85mm，直径6.5mm)(图1e)。将各组标本在解剖复位的基础上进行牢固固定。

a b c d e

图1 髋臼横行骨折内固定模型。a～e.分别为A、B、C、D、E组骨折模型内固定

3 生物力学测试

按照倒置单足站立方式[5]，采用Ⅱ型义齿基托聚合物对标本进行固定。于生物力学实验机底座固定已被包埋标本，试验机上端连接股骨干断端，进行生物力学测试。先以100N载荷预加载3次，然后以20N/s速率连续加载，分别加载至600、1200、1800N，利用光栅位移传感器对骨折端水平位移、纵向位移进行测量。对标本重复加载6次，取均值。依据公式：轴向刚度=载荷/纵向位移计算轴向刚度。

4 统计学分析

结 果

1 各组水平位移距离比较

在600、1400、1800N载荷下，C、D、E组标本水平位移距离均显著小于A、B组(P<0.05)。A组标本水平位移距离显著小于B组(P<0.05)，C、D、E组间相比，水平位移距离差异无统计学意义(P>0.05),见表1。

2 各组纵向位移距离比较

在600、1400、1800N载荷下，C、D、E组标本纵向位移距离均显著小于A、B组(P<0.05)。A组标本纵向位移距离显著小于B组(P<0.05)，C、D、E组间相比，纵向位移距离差异无统计学意义(P>0.05)，见表2。

3 各组轴向刚度比较

在600、1400、1800N载荷下，C、D、E组标本轴向刚度均显著大于A、B组(P<0.05)。A组标本轴向刚度显著大于B组(P<0.05)，C、D、E组间相比，轴向刚度差异无统计学意义(P>0.05)，见表3。

表1 各组水平位移距离比较

与A、B组相比：aP<0.05；与B组相比：bP<0.05

表2 各组纵向位移距离比较

与A、B组相比：aP<0.05；与B组相比：bP<0.05

表3 各组轴向刚度比较

与A、B组相比：aP<0.05；与B组相比：bP<0.05

讨 论

对于髋臼骨折，如患者为不完全骨折或骨折端未发生移位，可采取非手术治疗；如果骨折端已经发生移位，则多需进行手术治疗。切开复位并进行内固定已经成为髋臼移位性骨折患者的主要治疗方法[6]。

拉力螺钉及钢板是目前骨折患者治疗所采用的主要内固定器材。普通钢板内固定方式较多用于长管骨骨折，在固定过程中软组织分离多，骨膜与骨分离面较大，不利于患者的术后恢复，并且由于髋臼部位结构复杂，普通钢板内固定并不适用于髋臼骨折患者。而采用拉力螺钉对骨折进行内固定，不仅手术切口小，对骨膜损伤轻微，对机体创伤小，还可对骨折端加压固定，利于患者在术后能够较早地进行关节功能恢复锻炼。根据沈华等[7]研究指出，对Bennett骨折采取空心拉力螺钉内固定，患者术后恢复好，术后随访过程中骨折端固定牢固，无相关并发症发生，表明拉力螺钉在骨折患者的治疗中疗效显著。

随着医疗设备的发展以及医疗技术的进步，锁定重建板内固定方式由于其独特优势逐渐受到临床医务人员的重视。采取锁定重建板进行内固定时，于骨膜与肌肉中间切开并暴露骨折端，对骨膜与软组织损伤小，保证了术后骨折部位的良好愈合，避免了骨化性肌炎等并发症的发生。此外，与普通钢板不同，锁定重建板依靠钢板锁定和螺钉之间的成角获得高稳定性。已有研究表明，锁定重建板对骨折进行内固定，骨质、钢板锁钉以及螺丝可形成一体，其稳定性显著高于普通钢板，术后内固定物松动、脱落、断裂等不良事件的发生率较普通钢板内固定显著降低[8]。而且，锁定重建板还可以进行单皮质固定，确保螺钉位于关节腔外，降低了螺钉损伤髋臼的风险，达到较高的术后优良率。而根据尹弘霁等[9]研究发现，对于髋臼横行骨折，采取锁定重建板内固定与采取重建板结合拉力螺钉内固定两组方式所达到的稳定性接近。为进一步探讨不同内固定方式对髋臼横行骨折的固定效果，本试验对60具髋臼横行骨折模型进行了生物力学研究。

在本次研究中，笔者采取五种不同固定方式对髋臼横行骨折标本固定并进行生物力学测试及生物力学分析。根据本次研究结果，在不同载荷下采取前柱重建板内固定的A组标本水平位移及纵向位移显著小于采取后柱重建板内固定的B组标本(P<0.05)，轴向刚度显著大于B组标本(P<0.05)，表明与后柱相比，采取前柱锁定重建板内固定稳定性更高，与刘松等[10]研究结果一致。采取双柱固定的C、D、E组标本在不同载荷下，水平位移及纵向位移显著小于A、B组标本(P<0.05)，轴向刚度显著大于A、B组标本(P<0.05)，C、D、E组间相比，各指标差异无统计学意义(P>0.05)。结合孙玉强等[11]的研究，表明对髋臼横行骨折采取双柱固定所获得的稳定性高于单柱固定方式，而不同双柱固定方法所获得的稳定性接近。此外根据胡建华等[12]研究发现，由于拉力螺钉固定具有加压、创口小、术后可更早地进行功能恢复锻炼等优点，笔者认为双柱拉力螺钉固定治疗髋臼横行骨折效果最好。但是，本次研究中发现在对骨折标本进行拉力螺钉内固定时存在损伤血管神经等风险，因此进行操作时应予以注意。

另外，本次研究标本采取倒置单足站立位，与传统旋转夹固定相比，虽然可满足实验所需载荷，但是在制作标本时包埋过程较为复杂，需进一步改进。本次研究所采用的标本为离体半骨盆，标本数量较少，实验载荷上限仅到1800N，应当进一步扩大标本量并且结合三维有限元技术进行更为深入的研究。

[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] 王满宜.骨盆与髋臼骨折国内治疗现状与将来发展趋势[J].中华创伤骨科杂志,2016,18(2):93-94.

[3] 陈捷.解剖型锁定钢板治疗尺骨鹰嘴粉碎性骨折的临床分析[J].创伤外科杂志,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] 陈伟,王满宜,张奇，等.三种内固定物固定骨盆后环损伤稳定性的生物力学比较[J].中华骨科杂志,2011,31(11):1232-1238.

[6] 刘松,张奇,张英泽，等.髋臼前柱内固定临床解剖学研究进展[J].中华创伤杂志,2012,28(4):382-384.

[7] 沈华,沈尊理,马杰，等.空心拉力螺钉治疗Bennett骨折的临床研究[J].中华手外科杂志,2014,30(5):365-367.

[8] 齐新文,王兆杰,陈军平，等.锁定重建钛板加钛缆内固定治疗外伤性耻骨联合分离[J].中华创伤骨科杂志,2012,14(11):959-963

[9] 尹弘霁,李宏伟,梁铂坚，等.肩胛骨骨折13例的诊断与手术治疗[J].中国老年学杂志,2013,33(6):1382-1384.

[10] 刘松,张奇,张英泽，等.髋臼前柱内固定临床解剖学研究进展[J].中华创伤杂志,2012,28(4):382-384.

[11] 孙玉强,唐明杰,金东旭，等.陈旧性髋臼骨折的手术重建[J].中华骨科杂志,2011,31(5):496-501.

[12] 胡建华,张晓星,苟景跃，等.前后联合入路治疗复杂髋臼骨折[J].创伤外科杂志,2011,13(4):297-299.

(本文编辑： 郭 卫)

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 山东 潍坊，潍坊医学院(黄晓波,武德旺，朱顺文，张美玲，张汉宽)； 261001 山东 潍坊，潍坊医学院附属医院(唐述森，韩桂全)

韩桂全，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)