內側支撐髓內釘套筒設計和固定復雜粗隆下骨折的生物力學.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，手術內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特點，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疏松，應用現(xiàn)有內固定器械對其固定穩(wěn)定性差，固定失敗和其他內植物相關并發(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，而股骨近端內側骨質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股骨近端內側支撐穩(wěn)定性為

2、主要特點的新型髓內釘，即內側支撐髓內釘系統(tǒng)(Medial Sustainable Nail， MSN)，其最主要的設計理念是沿著股骨近端內側壓力傳導方向增加一枚支撐釘，使該髓內釘在內側骨質粉碎或復位不良的情況下仍能提供良好的內側支撐力，從而增加髓內釘?shù)膹姸群涂箖确€(wěn)定性。本課題分為兩部分，首先對該髓內釘設計過程中的4種套筒設計方案進行力學測試，從而確定一種穩(wěn)定性最佳的設計作為最終定型。然后，通過上述新型髓內釘與常用的髓內釘PFNA固定復

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

4、測試和靜態(tài)壓縮測試。由力學測試機實施記錄豎直方向位移和對應的載荷值及循環(huán)次數(shù)。通過兩臺垂直放置的相機記錄骨塊的旋轉移位，測量頭頸骨塊與骨干上標記點所在直線的角度變化值，計算頭頸骨塊在正、側位上的旋轉。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。靜態(tài)壓縮實驗中，比較0-2100N范圍內的軸向壓縮剛度、垂直位移達到15mm時對應的失效載荷，以及實驗結束時的最大載荷和此時頭頸骨塊正、側位的旋轉角度。第二部分，MSN套筒的力學

5、測試:4種MSN的套筒分別進行抗扭轉測試和抗退出測試，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能力最佳的套筒設計方案。
　　結果:第一部分，髓內釘固定股骨粗隆下骨折力學實驗:循環(huán)測試中，10000個循環(huán)結束時，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)，且均遠小于15mm失敗標準。頭頸骨塊正位的內翻角度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)計學意義(P=0.001)。側位的旋轉角度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)計學意義(P=0.015)。此外，經(jīng)過循環(huán)測試后PFNA的主釘對近端骨塊內側松質骨產(chǎn)生了明顯的擠壓，而新髓內釘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、及頭頸骨塊的旋轉角度均無顯著差異(P＞0.05)。所有

7、靜態(tài)壓縮測試標本失效模式均為位移超過15mm，失效載荷均高遠于3倍體重。而隨著載荷的進一步增加，超過3000N時相同位移下PFNA組承受的載荷高于MSN組。靜態(tài)壓縮測試結束后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)定性測試結果:抗扭轉測試中，棱凹陷套筒抗扭轉失效扭矩最高，為14.2Nm，約為其他三種設計的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、原始設計的棱凹套筒1982.3N、條紋套筒1643.9N。
　　結論:第一部分的髓內釘固定復雜粗隆下骨折生物力學實驗結果表明，新型內側支撐髓內釘MSN能夠在不穩(wěn)定的復雜粗隆下骨折治療中提供足夠的穩(wěn)定性，可以進一步應用于臨床治療。MSN的內側支撐釘對近端骨塊內側骨質產(chǎn)生明顯支撐作用，使其抗旋和抗內翻畸形能力優(yōu)于PFNA，MSN的螺旋刀片強度較低，在較高壓縮載荷下容易折彎，減弱了整體結構的穩(wěn)定性，導致其在粗隆下骨折固定在靜態(tài)壓縮