引用本文： 劉弘揚, 李力更, 吳嘯波, 許弘佳, 張瑞杰. 鎖定重建板不同內固定方式治療髖臼橫形骨折的生物力學研究. 中國修復重建外科雜志, 2015, 29(9): 1084-1087. doi: 10.7507/1002-1892.20150235 復制
髖臼橫形骨折是一種高能量損傷所致的關節內骨折，約占全部髖臼骨折的42%[1]。因為髖關節不僅有運動功能，還是人體最主要的負重關節，所以髖臼骨折的治療，不僅需解剖復位，還應堅強內固定。近年來，鎖定重建板因具有良好穩定性，已用于肢體骨折的內固定 [2]，但應用于髖臼骨折鮮有報道[3-4] 。因此，本實驗比較了前柱鎖定重建板、后柱鎖定重建板、前柱鎖定重建板聯合后柱拉力螺釘、前柱拉力螺釘聯合后柱鎖定重建板及雙柱拉力螺釘5種內固定方式的生物力學穩定性，為鎖定重建板應用于髖臼橫形骨折內固定提供生物力學依據。報告如下。
1 材料與方法
1.1 實驗標本及儀器
10具甲醛浸泡的新鮮成人完整骨盆標本，其中男6具、女4具；供體年齡21～50歲，平均31歲；由華北理工大學解剖教研室提供。由矢狀面鋸開骶骨及恥骨聯合，共獲得半骨盆標本20個，保留雙側近端1/3股骨干。通過骨密度儀及X線檢查，排除骨骼疾病、髖臼發育畸形及骨質疏松癥[5]。去除肌肉、韌帶、關節囊等軟組織，使骨盆處于單足站立體位[6]，坐骨結節垂直于水平面，平行于水平面、冠狀面、矢狀面打入3根克氏針，代表站立位時空間三維坐標系。
鈦合金鎖定重建板、拉力螺釘（常州市康輝醫療器械有限公司）。3500生物力學試驗機（Bose公司，美國）；Osteocore 3-DEXA型骨密度儀（MEDILINK公司，法國）； KG-101光柵位移傳感器（帝爾公司，德 國）。
1.2 實驗分組及方法
參考Shazar等[7]方法，用厚度為0.5 mm的鋼鋸自前柱髂恥隆起后外側的髂腰肌溝中點延伸至后柱坐骨大切跡頂點鋸開，制備髖臼橫形骨折模型。根據固定方法不同，將骨折模型隨機分為5組（n=4）。前柱鎖定重建板組（A組）：將已塑形的10孔鎖定重建板沿骨盆界線放置，以6枚鎖定螺釘固定，參照Ji等[8]提出的前柱安全植釘方法，避免于髂恥隆起處固定，以防止螺釘進入關節，其中靠近髖臼處螺釘以單皮質固定（圖 1 a）。后柱鎖定重建板組（B組）：將已塑形的10 孔鎖定重建板放置于后柱及后壁處，以6枚鎖定螺釘固定，參照Wu 等[9]提出的髖臼后壁安全植釘方法植釘（圖 1 b）。前柱鎖定重建板聯合后柱拉力螺釘組（C組）：前柱鎖定重建板固定方式與A組一致，于后柱順行擰入1枚直徑7.3 mm、長95 mm的拉力螺釘[10]（圖 1 c）。前柱拉力螺釘聯合后柱鎖定重建板組（D組）：后柱鎖定重建板固定方式與B組一致，于前柱順行擰入1枚直徑6.5 mm、長85 mm的拉力螺釘[11]（圖 1 d）。雙柱拉力螺釘組（E組）：于前柱逆行擰入1枚直徑6.5 mm、長85 mm的拉力螺釘[12]；后柱順行擰入1枚直徑7.3 mm、長95 mm的拉力螺釘[10] （圖 1 e）。各組標本均達到解剖復位且固定牢固，螺釘均未進入髖臼內。
圖1
各組骨折模型內固定 ? A組 ? B組 ? C組 ? D組 ? E組 ? ?1.3 生物力學測試
采用倒置單足站立方法[6, 13-15]將標本用Ⅱ型義齒基托聚合物固定。首先，將標本倒置，使股骨干垂直于水平面并向內旋轉10°，根據固定于坐骨結節的空間三維坐標調整半骨盆位置，使其相對于股骨干內收13°，模擬倒置的單足站立位 （圖 2）。然后，保持標本穩定于包埋盒內，灌注Ⅱ型義齒基托聚合物，直至其完全凝固，并到達堅硬狀態。
參照張繼宗[16]及李思漢[17]的研究，通過測量尸體下肢長度，再根據性別及年齡，按照相應的回歸方程測算其生前體質量。本組標本體質量為49.5～75.8 kg，平均64.6 kg。人體單足站立時，承重側髖關節受到的壓力約為體質量的3倍[18-19]，因此實驗取每個標本的3倍體質量作為實驗載荷。將包埋的標本固定于生物力學試驗機底座上，股骨干斷端與試驗機上端相連，進行縱向加載試驗。預加載100 N 3次，消除標本蠕變等影響。連續加載至3倍體質量，加載速率20 N/s，通過光柵位移傳感器測量骨折端縱向位移（ΔL），即骨折線兩側骨折塊水平方向的位移差，以評估內固定穩定性；縱向位移越大，穩定性越差。每個標本加載6次，取均值。
然后通過縱向位移計算剪切剛度（EF），剪切剛度表示髖臼受到水平方向分力（F）時，產生縱向位移的難易程度；其與縱向位移成反比，剪切剛度越大，表示內固定穩定性越高。剪切剛度計算公式：EF=F/ΔL。作用于髖關節上的應力總和（P）為3倍體質量，水平方向分力（F）在冠狀面向內上的角度一般為20°[20-21]，所以F=Psin20°。
1.4 統計學方法
采用SPSS17.0統計軟件進行分析。數據以均數±標準差表示，組間比較采用方差分析，兩兩比較采用q檢驗；檢驗水準α=0.05。
2 結果
A、B組縱向位移均大于C、D、E組，B組大于A組，比較差異有統計學意義（P＜0.05）；C、D、E組間比較，差異均無統計學意義（P＞0.05）。A、B組剪切剛度小于C、D、E組，比較差異有統計學意義（P＜0.05）；A、B組間比較及C、D、E組間比較，差異均無統計學意義（P＞0.05）。見表 1。
表1
各組縱向位移及剪切剛度比較（n=4，3 討論
目前，手術切開復位是治療髖臼移位骨折的金標準[22]，鋼板及拉力螺釘是常用內固定物。St?ckle等[23]研究指出拉力螺釘內固定具有微創優點，對骨折塊之間有加壓固定作用。Dienstknecht等[24]認為對于輕度移位骨折，單純拉力螺釘固定即可達足夠穩定性，允許患者術后早期行關節功能鍛煉；但有嚴格手術指征 [25]。隨著技術發展，鎖定重建板為骨折內固定提供了新選擇。與普通鋼板依靠鋼板和骨骼面摩擦力獲得穩定性不同，鎖定重建板是通過螺釘與鋼板的鎖定達到成角穩定，不僅穩定性高，且具有單皮質固定的特點，可以防止螺釘進入關節腔，術后優良率高達95.8%[26]。Mehin 等[13]報道，采用鎖定重建板固定髖臼橫形骨折可以獲得與傳統后柱重建板加拉力螺釘固定相似的力學穩性。因此我們選擇比較了前柱鎖定重建板、后柱鎖定重建板、前柱鎖定重建板聯合后柱拉力螺釘、前柱拉力螺釘聯合后柱鎖定重建板及雙柱拉力螺釘共5種內固定方式的生物力學穩定性，為鎖定重建板用于固定髖臼橫形骨折提供生物力學依據。
研究表明，前柱在維持骨盆環穩定性方面起到主要作用[27]。而本研究結果也顯示A組前柱鎖定重建板固定后，其縱向位移小于B組后柱鎖定重建板固定，提示前柱鎖定重建板固定穩定性優于后柱鎖定重建板固定。Shazar等[7]及王慶賢等[28]的生物力學試驗結果表明，采用雙柱固定治療髖臼橫形骨折的穩定性顯著高于單柱固定。本研究結果亦顯示，C、D、E組雙柱固定后的縱向位移顯著小于A、B組單柱固定，剪切剛度均顯著大于單柱固定。表明雙柱固定穩定性優于單柱固定，而不同方法雙柱固定間的縱向位移與剪切剛度差異均無統計學意義。因為雙柱固定穩定性優于單柱固定，且拉力螺釘具有微創及對骨折塊加壓作用[23]，因此我們認為雙柱拉力螺釘固定是治療單純髖臼橫形骨折的最佳治療方式。但拉力螺釘固定技術也存在誤入關節、損傷重要神經血管等風險，術中應注意避免。
此外，本研究采用半骨盆倒置單足站立位，彌補了傳統萬能旋轉夾具固定后實驗載荷不足的缺陷，但該方法標本固定及包埋操作較復雜，還需進一步改進。同時，本研究采用離體骨盆進行觀測，且標本數量有限，為使實驗更符合人體正常受力環境，下一步將結合三維有限元技術進行深入分析。
髖臼橫形骨折是一種高能量損傷所致的關節內骨折，約占全部髖臼骨折的42%[1]。因為髖關節不僅有運動功能，還是人體最主要的負重關節，所以髖臼骨折的治療，不僅需解剖復位，還應堅強內固定。近年來，鎖定重建板因具有良好穩定性，已用于肢體骨折的內固定 [2]，但應用于髖臼骨折鮮有報道[3-4] 。因此，本實驗比較了前柱鎖定重建板、后柱鎖定重建板、前柱鎖定重建板聯合后柱拉力螺釘、前柱拉力螺釘聯合后柱鎖定重建板及雙柱拉力螺釘5種內固定方式的生物力學穩定性，為鎖定重建板應用于髖臼橫形骨折內固定提供生物力學依據。報告如下。
1 材料與方法
1.1 實驗標本及儀器
10具甲醛浸泡的新鮮成人完整骨盆標本，其中男6具、女4具；供體年齡21～50歲，平均31歲；由華北理工大學解剖教研室提供。由矢狀面鋸開骶骨及恥骨聯合，共獲得半骨盆標本20個，保留雙側近端1/3股骨干。通過骨密度儀及X線檢查，排除骨骼疾病、髖臼發育畸形及骨質疏松癥[5]。去除肌肉、韌帶、關節囊等軟組織，使骨盆處于單足站立體位[6]，坐骨結節垂直于水平面，平行于水平面、冠狀面、矢狀面打入3根克氏針，代表站立位時空間三維坐標系。
鈦合金鎖定重建板、拉力螺釘（常州市康輝醫療器械有限公司）。3500生物力學試驗機（Bose公司，美國）；Osteocore 3-DEXA型骨密度儀（MEDILINK公司，法國）； KG-101光柵位移傳感器（帝爾公司，德 國）。
1.2 實驗分組及方法
參考Shazar等[7]方法，用厚度為0.5 mm的鋼鋸自前柱髂恥隆起后外側的髂腰肌溝中點延伸至后柱坐骨大切跡頂點鋸開，制備髖臼橫形骨折模型。根據固定方法不同，將骨折模型隨機分為5組（n=4）。前柱鎖定重建板組（A組）：將已塑形的10孔鎖定重建板沿骨盆界線放置，以6枚鎖定螺釘固定，參照Ji等[8]提出的前柱安全植釘方法，避免于髂恥隆起處固定，以防止螺釘進入關節，其中靠近髖臼處螺釘以單皮質固定（圖 1 a）。后柱鎖定重建板組（B組）：將已塑形的10 孔鎖定重建板放置于后柱及后壁處，以6枚鎖定螺釘固定，參照Wu 等[9]提出的髖臼后壁安全植釘方法植釘（圖 1 b）。前柱鎖定重建板聯合后柱拉力螺釘組（C組）：前柱鎖定重建板固定方式與A組一致，于后柱順行擰入1枚直徑7.3 mm、長95 mm的拉力螺釘[10]（圖 1 c）。前柱拉力螺釘聯合后柱鎖定重建板組（D組）：后柱鎖定重建板固定方式與B組一致，于前柱順行擰入1枚直徑6.5 mm、長85 mm的拉力螺釘[11]（圖 1 d）。雙柱拉力螺釘組（E組）：于前柱逆行擰入1枚直徑6.5 mm、長85 mm的拉力螺釘[12]；后柱順行擰入1枚直徑7.3 mm、長95 mm的拉力螺釘[10] （圖 1 e）。各組標本均達到解剖復位且固定牢固，螺釘均未進入髖臼內。
圖1
各組骨折模型內固定 ? A組 ? B組 ? C組 ? D組 ? E組 ? ?1.3 生物力學測試
采用倒置單足站立方法[6, 13-15]將標本用Ⅱ型義齒基托聚合物固定。首先，將標本倒置，使股骨干垂直于水平面并向內旋轉10°，根據固定于坐骨結節的空間三維坐標調整半骨盆位置，使其相對于股骨干內收13°，模擬倒置的單足站立位 （圖 2）。然后，保持標本穩定于包埋盒內，灌注Ⅱ型義齒基托聚合物，直至其完全凝固，并到達堅硬狀態。
參照張繼宗[16]及李思漢[17]的研究，通過測量尸體下肢長度，再根據性別及年齡，按照相應的回歸方程測算其生前體質量。本組標本體質量為49.5～75.8 kg，平均64.6 kg。人體單足站立時，承重側髖關節受到的壓力約為體質量的3倍[18-19]，因此實驗取每個標本的3倍體質量作為實驗載荷。將包埋的標本固定于生物力學試驗機底座上，股骨干斷端與試驗機上端相連，進行縱向加載試驗。預加載100 N 3次，消除標本蠕變等影響。連續加載至3倍體質量，加載速率20 N/s，通過光柵位移傳感器測量骨折端縱向位移（ΔL），即骨折線兩側骨折塊水平方向的位移差，以評估內固定穩定性；縱向位移越大，穩定性越差。每個標本加載6次，取均值。
然后通過縱向位移計算剪切剛度（EF），剪切剛度表示髖臼受到水平方向分力（F）時，產生縱向位移的難易程度；其與縱向位移成反比，剪切剛度越大，表示內固定穩定性越高。剪切剛度計算公式：EF=F/ΔL。作用于髖關節上的應力總和（P）為3倍體質量，水平方向分力（F）在冠狀面向內上的角度一般為20°[20-21]，所以F=Psin20°。
1.4 統計學方法
采用SPSS17.0統計軟件進行分析。數據以均數±標準差表示，組間比較采用方差分析，兩兩比較采用q檢驗；檢驗水準α=0.05。
2 結果
A、B組縱向位移均大于C、D、E組，B組大于A組，比較差異有統計學意義（P＜0.05）；C、D、E組間比較，差異均無統計學意義（P＞0.05）。A、B組剪切剛度小于C、D、E組，比較差異有統計學意義（P＜0.05）；A、B組間比較及C、D、E組間比較，差異均無統計學意義（P＞0.05）。見表 1。
表1
各組縱向位移及剪切剛度比較（n=4，3 討論
目前，手術切開復位是治療髖臼移位骨折的金標準[22]，鋼板及拉力螺釘是常用內固定物。St?ckle等[23]研究指出拉力螺釘內固定具有微創優點，對骨折塊之間有加壓固定作用。Dienstknecht等[24]認為對于輕度移位骨折，單純拉力螺釘固定即可達足夠穩定性，允許患者術后早期行關節功能鍛煉；但有嚴格手術指征 [25]。隨著技術發展，鎖定重建板為骨折內固定提供了新選擇。與普通鋼板依靠鋼板和骨骼面摩擦力獲得穩定性不同，鎖定重建板是通過螺釘與鋼板的鎖定達到成角穩定，不僅穩定性高，且具有單皮質固定的特點，可以防止螺釘進入關節腔，術后優良率高達95.8%[26]。Mehin 等[13]報道，采用鎖定重建板固定髖臼橫形骨折可以獲得與傳統后柱重建板加拉力螺釘固定相似的力學穩性。因此我們選擇比較了前柱鎖定重建板、后柱鎖定重建板、前柱鎖定重建板聯合后柱拉力螺釘、前柱拉力螺釘聯合后柱鎖定重建板及雙柱拉力螺釘共5種內固定方式的生物力學穩定性，為鎖定重建板用于固定髖臼橫形骨折提供生物力學依據。
研究表明，前柱在維持骨盆環穩定性方面起到主要作用[27]。而本研究結果也顯示A組前柱鎖定重建板固定后，其縱向位移小于B組后柱鎖定重建板固定，提示前柱鎖定重建板固定穩定性優于后柱鎖定重建板固定。Shazar等[7]及王慶賢等[28]的生物力學試驗結果表明，采用雙柱固定治療髖臼橫形骨折的穩定性顯著高于單柱固定。本研究結果亦顯示，C、D、E組雙柱固定后的縱向位移顯著小于A、B組單柱固定，剪切剛度均顯著大于單柱固定。表明雙柱固定穩定性優于單柱固定，而不同方法雙柱固定間的縱向位移與剪切剛度差異均無統計學意義。因為雙柱固定穩定性優于單柱固定，且拉力螺釘具有微創及對骨折塊加壓作用[23]，因此我們認為雙柱拉力螺釘固定是治療單純髖臼橫形骨折的最佳治療方式。但拉力螺釘固定技術也存在誤入關節、損傷重要神經血管等風險，術中應注意避免。
此外，本研究采用半骨盆倒置單足站立位，彌補了傳統萬能旋轉夾具固定后實驗載荷不足的缺陷，但該方法標本固定及包埋操作較復雜，還需進一步改進。同時，本研究采用離體骨盆進行觀測，且標本數量有限，為使實驗更符合人體正常受力環境，下一步將結合三維有限元技術進行深入分析。
