引用本文： 馬愛國, 裴寶瑞, 龐智寅, 付久洋, 陳國福, 劉斌, 許博文, 吳嘯波. 鎖定重建鋼板應用于髖臼橫行后壁骨折的生物力學研究. 中國修復重建外科雜志, 2016, 30(11): 1354-1357. doi: 10.7507/1002-1892.20160277 復制
髖臼橫行后壁骨折是臨床常見髖臼骨折類型之一，Letournel和Judet將髖臼骨折分成簡單和復雜兩種類型，髖臼橫行后壁骨折屬于復雜類型[1]。該類型髖臼骨折常存在髖臼關節面臺階征及頭臼匹配不良，保守治療往往預后不佳，需手術治療。關節面臺階征 > 3 mm者，需要手術切開復位內固定治療[2-3]。
目前，髖臼橫行后壁骨折以后柱重建鋼板聯合前柱拉力螺釘及后壁拉力螺釘內固定治療為主。該內固定方法能夠提供足夠的生物力學穩定性[4]，但前柱拉力螺釘及后壁拉力螺釘植入時存在植入關節風險。雖然大量學者基于CT和尸體標本研究提出了安全植釘角度和范圍，但臨床操作仍存在難度[5-6]。近年來，鎖定重建鋼板已廣泛應用于四肢骨折的治療，該類型鋼板存在角穩定性和單皮質固定等優點，但用于髖臼骨折的相關報道較少[7]。本研究以成人尸體標本為研究對象，通過與后柱重建鋼板聯合前柱拉力螺釘及后壁拉力螺釘比較，分析后柱鎖定重建鋼板固定的生物力學穩定性，以期為該類型鋼板在髖臼橫行后壁骨折的應用提供生物力學依據。
1 材料與方法
1.1 實驗標本及儀器
8具甲醛浸泡的新鮮成人尸體標本（華北理工大學解剖教研室提供），年齡25~45歲，平均37歲。8具16個髖臼標本近端自L5處橫斷，遠端保留至雙股骨干近端1/3處。剔除髖關節周圍及股骨近端處的肌肉、韌帶等軟組織，保留雙側骶髂關節處韌帶。經X線片及骨密度測試儀檢查，排除骨質疏松、骨骼發育畸形。標本冷藏處理，生物力學試驗前生理鹽水浸泡至室溫。
鎖定重建鋼板、重建鋼板、6.5 mm前柱拉力螺釘（江蘇省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 實驗方法
1.2.1 骨折模型制備及分組
16個髖臼標本均制備骨折模型。首先，參照Olson等[8]提出的方法制備髖臼后壁骨折模型。自髖臼中心至髖臼后壁邊緣將髖臼壁等分成3份，其中髖臼外側2/3標記為截骨線；截骨范圍為與經髖臼中心縱向垂線成40~90°角的髖臼后壁。克氏針沿截骨標志線鉆孔，利用手鋸及骨刀制備髖臼后壁骨折模型。然后，根據Shazar等[9]髖臼橫行骨折模型制備方法，前柱起自髂腰肌中點后至坐骨大切跡頂點為橫行骨折截骨標志線，利用手鋸制備髖臼橫行骨折模型。見圖 1。
圖1
骨折模型制備???髖臼后壁骨折模型???髖臼橫行后壁骨折模型??圖 2?兩組骨折內固定模型???對照組???實驗組??圖 3?兩組生物力學加載???對照組???實驗組
Figure1.
Acetabular fracture models ??? Fracture model of posterior wall of acetabulum ??? Fracture model of transverse and posterior wall acetabular fracture ??Fig. 2? Fixation of acetabular fracture in 2 groups ??? Control group ??? Experimental group ??Fig. 3? Biomechanical loading in 2 groups ??? Control group ??? Experimental group
模型制備后，將16個髖臼標本按隨機數字表法分成實驗組和對照組，每組8個標本。實驗組：采用10孔后柱鎖定重建鋼板自坐骨結節橫跨后壁骨折線及橫行骨折線固定。對照組：采用10孔后柱重建鋼板自坐骨結節橫跨后壁骨折線及橫行骨折線固定，參照Wu等[10]提出的后壁安全植釘參考范圍植入2枚后壁螺釘固定后壁，參照Sen等[6]提出的拉力螺釘植入方法植入6.5 mm前柱拉力螺釘固定前柱。見圖 2。
1.2.2 生物力學測試
于兩組標本L5上方澆筑一柱狀義齒牙托粉載重平臺，保持骨盆單足站立位時該平臺與地面平行；股骨近端包埋于一長方體金屬盒內，內用義齒牙托粉填充固定。坐骨結節內植入3枚相互垂直的克氏針模擬三維空間，調整固定于金屬盒內的股骨近端，使其相對骨盆處于內收15°、內旋10°，連接生物力學試驗機進行加載試驗。首先進行載荷為150 N預實驗3次，消除標本間的微動對實驗準確性的影響[11]。根據標本供體基本信息利用回歸方程計算供體體質量[12]，人體單足站立位時作用于一側髖臼的載荷（供體體質量的5/6）作為加載載荷，加載速度為15 N/s，按照計算的加載時間（加載載荷/加載速度），連續縱向垂直加壓。讀取光柵位移傳感器，記錄四邊體內側橫向、骨折端縱向及后壁骨折塊位移。共測量5次，取均值。見圖 3。
1.3 統計學方法
采用SPSS19.0統計軟件進行分析。數據以均數±標準差表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗；檢驗水準α=0.05。
2 結果
實驗組四邊體內側橫向位移為（1.99±0.32）mm，大于對照組的（1.75±0.22）mm，但比較差異無統計學意義（t=-1.735，P=0.105）。實驗組骨折端縱向位移及后壁骨折塊位移分別為（1.56±049）、（0.86±0.33）mm，均小于對照組的（1.64±0.51）、（1.01±0.35）mm，但組間比較差異亦無統計學意義（t=0.293，P=0.772；t=1.516，P=0.154）。
3 討論
目前，髖臼橫行后壁骨折治療的金標準為手術切開復位，旨在恢復關節面完整性及髖臼和股骨頭的匹配[1, 3-4]。髖臼橫行后壁骨折的受傷機制為：暴力作用于屈曲外展的髖關節時能量釋放于髖臼后側，造成骨折端向后內側移位及旋轉。髖臼骨折生物力學試驗中，標本的固定及加載方式會影響力學試驗準確性。Sawaguchi等[13]通過模擬雙足站立位進行生物力學試驗，克服了標本的不穩定性，但在髖臼橫行骨折、T型骨折試驗時結果不準確。Shazar等[9]采用半骨盆模型倒立位加載方式進行載荷試驗，該方法對半骨盆及股骨夾具要求較高，導致實驗難以成功。Olson等[8]提出了單足站立位全骨盆垂直加載方式，通過索具模擬外展肌群克服加載時標本的傾斜。因此，本研究采用單足站立位全骨盆垂直加載方式進行生物力學試驗。
Giordano等[14]通過對比髖臼橫行骨折不同固定方式穩定性，認為應用單柱固定聯合柱拉力螺釘與雙柱固定的穩定性相當；但與后者相比，前者手術創傷更小。Marintschev等[15]認為，應用單柱鎖定鋼板可以達到單柱重建鋼板聯合柱拉力螺釘同樣的生物力學穩定性。研究表明，鎖定重建鋼板通過螺釘與鋼板的鎖定作用，使骨折端達到角穩定性，較傳統重建鋼板穩定性更強[16]。本研究結果顯示，實驗組骨折端縱向位移小于對照組，四邊體內側位移大于對照組，但差異均無統計學意義。表明在髖臼橫行后壁骨折治療時，鎖定鋼板固定穩定性與經典的后柱重建鋼板聯合前柱拉力螺釘及后壁螺釘相當。張秋林等[17]臨床應用鎖定鋼板治療髖臼骨折時，螺釘采用單皮質固定，術后療效與傳統雙皮質螺釘固定相當。本研究實驗組采用半皮質鎖定螺釘固定，后壁骨折塊位移較對照組小，表明采用鎖定螺釘單皮質固定的后壁骨折塊穩定性優于對照組雙皮質普通螺釘固定。另外，由于采用單皮質固定，螺釘植入難度顯著降低。
綜上述，鎖定重建鋼板治療髖臼橫行后壁骨折生物力學穩定性與經典的內固定方式相似，而且避免了后柱拉力螺釘及后壁螺釘進入關節的風險。但本研究采用離體骨骼進行測量、標本數量有限，可能存在誤差；實驗采用普通鎖定重建鋼板，鎖定螺釘均垂直于鋼板，未選用萬向鎖定鋼板支持多方向螺釘植入。另外，隨著三維有限元技術的發展，該技術可以模擬關節周圍的肌肉等軟組織[18]，能夠更完善地進行髖關節生物力學研究，后續有待進一步結合三維有限元分析進行研究。
髖臼橫行后壁骨折是臨床常見髖臼骨折類型之一，Letournel和Judet將髖臼骨折分成簡單和復雜兩種類型，髖臼橫行后壁骨折屬于復雜類型[1]。該類型髖臼骨折常存在髖臼關節面臺階征及頭臼匹配不良，保守治療往往預后不佳，需手術治療。關節面臺階征 > 3 mm者，需要手術切開復位內固定治療[2-3]。
目前，髖臼橫行后壁骨折以后柱重建鋼板聯合前柱拉力螺釘及后壁拉力螺釘內固定治療為主。該內固定方法能夠提供足夠的生物力學穩定性[4]，但前柱拉力螺釘及后壁拉力螺釘植入時存在植入關節風險。雖然大量學者基于CT和尸體標本研究提出了安全植釘角度和范圍，但臨床操作仍存在難度[5-6]。近年來，鎖定重建鋼板已廣泛應用于四肢骨折的治療，該類型鋼板存在角穩定性和單皮質固定等優點，但用于髖臼骨折的相關報道較少[7]。本研究以成人尸體標本為研究對象，通過與后柱重建鋼板聯合前柱拉力螺釘及后壁拉力螺釘比較，分析后柱鎖定重建鋼板固定的生物力學穩定性，以期為該類型鋼板在髖臼橫行后壁骨折的應用提供生物力學依據。
1 材料與方法
1.1 實驗標本及儀器
8具甲醛浸泡的新鮮成人尸體標本（華北理工大學解剖教研室提供），年齡25~45歲，平均37歲。8具16個髖臼標本近端自L5處橫斷，遠端保留至雙股骨干近端1/3處。剔除髖關節周圍及股骨近端處的肌肉、韌帶等軟組織，保留雙側骶髂關節處韌帶。經X線片及骨密度測試儀檢查，排除骨質疏松、骨骼發育畸形。標本冷藏處理，生物力學試驗前生理鹽水浸泡至室溫。
鎖定重建鋼板、重建鋼板、6.5 mm前柱拉力螺釘（江蘇省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 實驗方法
1.2.1 骨折模型制備及分組
16個髖臼標本均制備骨折模型。首先，參照Olson等[8]提出的方法制備髖臼后壁骨折模型。自髖臼中心至髖臼后壁邊緣將髖臼壁等分成3份，其中髖臼外側2/3標記為截骨線；截骨范圍為與經髖臼中心縱向垂線成40~90°角的髖臼后壁。克氏針沿截骨標志線鉆孔，利用手鋸及骨刀制備髖臼后壁骨折模型。然后，根據Shazar等[9]髖臼橫行骨折模型制備方法，前柱起自髂腰肌中點后至坐骨大切跡頂點為橫行骨折截骨標志線，利用手鋸制備髖臼橫行骨折模型。見圖 1。
圖1
骨折模型制備???髖臼后壁骨折模型???髖臼橫行后壁骨折模型??圖 2?兩組骨折內固定模型???對照組???實驗組??圖 3?兩組生物力學加載???對照組???實驗組
Figure1.
Acetabular fracture models ??? Fracture model of posterior wall of acetabulum ??? Fracture model of transverse and posterior wall acetabular fracture ??Fig. 2? Fixation of acetabular fracture in 2 groups ??? Control group ??? Experimental group ??Fig. 3? Biomechanical loading in 2 groups ??? Control group ??? Experimental group
模型制備后，將16個髖臼標本按隨機數字表法分成實驗組和對照組，每組8個標本。實驗組：采用10孔后柱鎖定重建鋼板自坐骨結節橫跨后壁骨折線及橫行骨折線固定。對照組：采用10孔后柱重建鋼板自坐骨結節橫跨后壁骨折線及橫行骨折線固定，參照Wu等[10]提出的后壁安全植釘參考范圍植入2枚后壁螺釘固定后壁，參照Sen等[6]提出的拉力螺釘植入方法植入6.5 mm前柱拉力螺釘固定前柱。見圖 2。
1.2.2 生物力學測試
于兩組標本L5上方澆筑一柱狀義齒牙托粉載重平臺，保持骨盆單足站立位時該平臺與地面平行；股骨近端包埋于一長方體金屬盒內，內用義齒牙托粉填充固定。坐骨結節內植入3枚相互垂直的克氏針模擬三維空間，調整固定于金屬盒內的股骨近端，使其相對骨盆處于內收15°、內旋10°，連接生物力學試驗機進行加載試驗。首先進行載荷為150 N預實驗3次，消除標本間的微動對實驗準確性的影響[11]。根據標本供體基本信息利用回歸方程計算供體體質量[12]，人體單足站立位時作用于一側髖臼的載荷（供體體質量的5/6）作為加載載荷，加載速度為15 N/s，按照計算的加載時間（加載載荷/加載速度），連續縱向垂直加壓。讀取光柵位移傳感器，記錄四邊體內側橫向、骨折端縱向及后壁骨折塊位移。共測量5次，取均值。見圖 3。
1.3 統計學方法
采用SPSS19.0統計軟件進行分析。數據以均數±標準差表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗；檢驗水準α=0.05。
2 結果
實驗組四邊體內側橫向位移為（1.99±0.32）mm，大于對照組的（1.75±0.22）mm，但比較差異無統計學意義（t=-1.735，P=0.105）。實驗組骨折端縱向位移及后壁骨折塊位移分別為（1.56±049）、（0.86±0.33）mm，均小于對照組的（1.64±0.51）、（1.01±0.35）mm，但組間比較差異亦無統計學意義（t=0.293，P=0.772；t=1.516，P=0.154）。
3 討論
目前，髖臼橫行后壁骨折治療的金標準為手術切開復位，旨在恢復關節面完整性及髖臼和股骨頭的匹配[1, 3-4]。髖臼橫行后壁骨折的受傷機制為：暴力作用于屈曲外展的髖關節時能量釋放于髖臼后側，造成骨折端向后內側移位及旋轉。髖臼骨折生物力學試驗中，標本的固定及加載方式會影響力學試驗準確性。Sawaguchi等[13]通過模擬雙足站立位進行生物力學試驗，克服了標本的不穩定性，但在髖臼橫行骨折、T型骨折試驗時結果不準確。Shazar等[9]采用半骨盆模型倒立位加載方式進行載荷試驗，該方法對半骨盆及股骨夾具要求較高，導致實驗難以成功。Olson等[8]提出了單足站立位全骨盆垂直加載方式，通過索具模擬外展肌群克服加載時標本的傾斜。因此，本研究采用單足站立位全骨盆垂直加載方式進行生物力學試驗。
Giordano等[14]通過對比髖臼橫行骨折不同固定方式穩定性，認為應用單柱固定聯合柱拉力螺釘與雙柱固定的穩定性相當；但與后者相比，前者手術創傷更小。Marintschev等[15]認為，應用單柱鎖定鋼板可以達到單柱重建鋼板聯合柱拉力螺釘同樣的生物力學穩定性。研究表明，鎖定重建鋼板通過螺釘與鋼板的鎖定作用，使骨折端達到角穩定性，較傳統重建鋼板穩定性更強[16]。本研究結果顯示，實驗組骨折端縱向位移小于對照組，四邊體內側位移大于對照組，但差異均無統計學意義。表明在髖臼橫行后壁骨折治療時，鎖定鋼板固定穩定性與經典的后柱重建鋼板聯合前柱拉力螺釘及后壁螺釘相當。張秋林等[17]臨床應用鎖定鋼板治療髖臼骨折時，螺釘采用單皮質固定，術后療效與傳統雙皮質螺釘固定相當。本研究實驗組采用半皮質鎖定螺釘固定，后壁骨折塊位移較對照組小，表明采用鎖定螺釘單皮質固定的后壁骨折塊穩定性優于對照組雙皮質普通螺釘固定。另外，由于采用單皮質固定，螺釘植入難度顯著降低。
綜上述，鎖定重建鋼板治療髖臼橫行后壁骨折生物力學穩定性與經典的內固定方式相似，而且避免了后柱拉力螺釘及后壁螺釘進入關節的風險。但本研究采用離體骨骼進行測量、標本數量有限，可能存在誤差；實驗采用普通鎖定重建鋼板，鎖定螺釘均垂直于鋼板，未選用萬向鎖定鋼板支持多方向螺釘植入。另外，隨著三維有限元技術的發展，該技術可以模擬關節周圍的肌肉等軟組織[18]，能夠更完善地進行髖關節生物力學研究，后續有待進一步結合三維有限元分析進行研究。
