螺钉数量对骨与钢板螺钉结构稳定性的影响

螺钉数量对骨与钢板螺钉结构稳定性的影响

考虑到内部固定的许多因素，内固定的许多因素都对内部固定产生了影响。它主要包括;钢板的长度、宽度、厚度和工作长度,螺钉的数量、位置和角度,骨和钢板的间距。而骨皮质的厚度和骨松质密度,是采用坚强固定还是采用弹性固定等其他因素都会影响骨和内固定的稳定性。本实验通过检测在扭转实验中螺钉数量不同对骨与钢板螺钉结构稳定性的影响,获得相关的客观的力学数据,为外科医生选择足够刚度的内固定提供参考。1材料和方法1本段钢板的组成栗木树树干,年龄均为13年的栗木树树干剥离树皮,用生理盐水浸泡,室温下密封保存。每段树干(长300mm)平均分成两段,共30个样本。钢板,钢板均为长180mm,宽20mm,厚4mm的医用不锈钢动力加压十二孔钢板30块。螺钉,螺钉直径均为4.5mm,长30cm的皮质骨螺钉180个。2全功能有效稳定性实验机医用电动钻,攻丝,螺丝刀,导钻一套。SX-948型数字测试仪一台,BNJ-1000型全功能有效力矩实验机一台(上海龙华测试仪器厂),TS3861静态电子应变仪一台(扬州泰司电子有限公司),BF120-3AA型电阻应变计180片(上海应变计厂)。3模拟横断骨折板栗木条固定(1)每个样本加工成直径为24cm,长度为300mm,弧度与动力加压钢板弧度相同的同心圆木条。每个样本两端加工成边长为20mm的正方体,供扭转实验时夹具固定。30根栗木条随机分成A、B、C、D、E5组作为实验载体,每组6根,A组固定1-6,B组固定1-2-6,C组固定1-2-3-6,D组固定1-2-3-4-6,E组固定1-2-3-4-5-6。每个样本从中点用C620加工机床加工模拟横断骨折;(2)用台钳固定好模拟横断骨折的栗木条,采用AO操作技术按课题设计将十二孔动力加压不锈钢钢板,螺钉固定栗木条。固定时避免加压破坏栗木条;(3)在每个样本钢板中间,螺钉孔位置3和4中间,5和6表面分别粘贴应变计,用导线连接到电子应变仪上。4扭转实验和应力应变对应力的影响用夹具固定栗木条正方体两端,在全功能有效力矩实验机上进行扭转实验,设定为固定的相同的扭转力臂(230mm)和相同的扭转速度(1Nm/deg)。在每加载扭转0.714°时分别记录应变计感应的数据。加载到7.14°时停止扭转实验。5组间应变变化比较采用SPSS11.5统计软件进行分析,将各组之间的应变数据用单因素方差分析(One-wayAnalysisofVariance),并进行组间(LSD-t)比较各组之间应变改变是否有差异,统计显著性定义取P<0.05。2钢板中央应变与dg当扭转速度为1Nm/deg,各组内样本每增加扭转角度0.714°时,钢板中央应变无显著差异(P>0.05);各组内样本每增加扭转角度超过0.714°时(即增加1.428°,2.142°等),在钢板中央应变有显著差异(P<0.05)。当扭转速度为1Nm/deg,各组之间样本在各扭转角度的钢板中央应变有显著差异(P<0.05)。在7.14°内,A,B,C,D,E各组样本钢板中央应变有显著差异(P<0.05)。在2.142°内,B组钢板应变最低,E组钢板应变最高,钢板中央的应变与扭转角度成正相关。根据抗扭刚度(GJP)=MnL(最大扭矩×试件长度)/∮(扭转角),作者选择2.142°为钢板螺钉内固定结构极限角度。在2.142°内,各组内样本钢板中央刚度无显著差异(P>0.05);在2.142°内,各组之间样本钢板中央刚度除A组和E组之间有显著差异(P<0.05),A组和D组之间有显著差异(P<0.05),其余各组之间无显著差异(P>0.05)。在5组样本中,A组样本的平均刚度最小,为0.329GJP;E组样本的平均刚度最大,为0.452GJP。3讨论3.1减轻骨折周围水肿损伤和暴露骨折块80年代由GeorgeJ等提出的“间接复位”就是采用手法复位,牵引等手段,尽可能少的减轻骨折周围软组织损伤和暴露需复位的骨折块。除了关节内骨折为了恢复最好的关节功能而需要解剖复位外,在许多情况下其它部位的骨折即不需要绝对准确的复位也不需要绝对稳定的固定,这个理论被公认为“生物固定”。3.2试验组和对照组的钢板抗扭力试验JohnR等研究表明钢板上部分螺钉孔不固定螺钉与钢板上全部螺钉孔都固定螺钉的内固定结构的稳定性没有显著性差异。其中TornkvistTH等用DCP钢板和4.5mm皮质骨螺钉固定于聚甲酸乙酯(polyurethanefoam)模型上抗扭转实验中证明抗扭转力与螺钉间距离无关,而与螺钉数量有关。JohnR等报道采用十孔DCP钢板和马的第三掌骨(尸骨),以不同类型的螺钉省略方式进行四点折弯和抗扭转试验,推断对于给定的内固定结构,某种螺钉省略的类型符合生物固定。在一块钢板上省略40%的螺钉数量,对内固定的刚度没有明显的影响。这与本实验结果基本相符。ThomasE等对“三种不同骨折模型中螺钉位置不同对钢板应变的影响”研究发现,在所有样本中钢板最大应变发生在中央螺孔处,并且沿钢板长轴向远端迅速降低。这也与本实验应变集中在钢板中央结果相同。ElmaraghyAW等采用14付成熟狗的桡骨和6,8,10孔钢板分完整骨组(对照组)和横断截骨组(试验组)进行抗弯抗扭试验,最终得出结论:三种类型钢板的试验组抗弯曲强度大于对照组抗弯曲强度。在十孔钢板中,试验组的抗扭转强度仅仅刚好达到对照组抗扭转强度。3.3钢板螺钉内固定结构的组成EimaraghyAW等发现相同长度的钢板,如果固定钢板末端的螺钉能明显增加抗扭转刚度。所以本实验采用固定最末端两个位置的螺钉孔来固定钢板长度,以排除钢板长度对内固定稳定性的影响。所谓工作长度是骨折的内固定中靠近骨折端最近两个固定螺钉之间的距离,工作长度主要影响轴向刚度和抗扭转稳定性。当钢板螺钉内固定系统在负荷作用下,钢板的偏离度与工作长度的四次方成正比例。ChealsEJ等指出最大得应力集中在靠骨折端最近的螺钉上,因此骨折端最近两个螺钉的位置很重要。所以本实验研究都是固定骨折端最近的两个螺钉,通过解剖复位和骨