分叉钢板置入治疗髋臼后壁骨折的生物力学分析☆

严军1，郑祖根1，董启榕1，王以进2

课题背景：髋臼后壁骨折的常规内固定手段有钢丝、螺钉和重建钢板，生物力学研究表明重建钢板的强度最大，分叉钢板方法是在重建钢板基础上加用一块短钢板，并与重建钢板经螺钉连接成“+”字或“T”形，扩大了内固定对髋臼后壁的固定范围，固定强度应优于单纯使用重建钢板。国外已有分叉钢板用于同心圆型粉碎性骨折的报道。

应用要点：本组生物力学实验证实了分叉钢板可增加髋臼后壁骨折的内固定强度。可促进关节内软骨的愈合，有效减少关节僵硬和深静脉栓塞的发生。本科临床运用分叉钢板材料置入治疗髋臼后壁骨折19例，近期结果满意。

偏倚或不足：由于实验标本数较少，降低了统计结果的准确性。

1苏州大学附属第二医院骨科，江苏省苏州市 215004；2上海大学上海生物力学工程研究所，上海市 201800

严军☆，男，1969年生，江苏省苏州市人，汉族，2001年苏州大学毕业，博士，副主任医师，主要从事脊柱外科和创伤骨科。
cxyanjun@hotmail.com

摘要
目的：国外已有分叉钢板的力学性能研究，但其运用的骨折模型为同心圆型粉碎骨折模型。本组实验运用生物力学方法观察分叉钢板治疗髋臼后壁骨折的力学特征。
方法：实验于2005-11/12在上海大学上海生物力学工程研究所完成。①材料：选取9具经防腐保湿处理成人骨盆，由苏州大学医学院解剖教研室提供，死者生前自愿捐献遗体，家属均知情同意。内固定钢板由常州市康辉医疗器械有限公司提供。②分组：髋臼后壁范围为从髋臼顶点至髋臼后壁与坐骨枝相交处，将其等分为两部分，上部为A区，下部为B区。将骨盆从中锯开分成两个髋关节，共18个髋关节，随机分为A区截骨组，B区截骨组，A，B区截骨组，每组6个。其中3个髋关节采用6孔髋臼重建钢板固定，另外3个髋关节采用重建钢板+分叉钢板固定。截骨厚度为髋臼后缘至坐骨切迹之间厚度的1/2。③测试方法及评估指标：采用WE-5型万能材料试验机，从150 N开始等级加载至600 N，加载速率为1.4 mm/min，髋臼和股骨头按常规布置高精度小标距应变片，骨块移位由高精度精显光栅位移计测定，应变由YJ-14数显应变仪记录。
结果：①600 N载荷下，各组重建钢板+分叉钢板固定后，分离位移和应变均低于重建钢板固定 (P < 0.05)。②600 N载荷下，采用分叉钢板固定的平均强度和平均轴向刚度较重建钢板组分别高出13%和10%，差异有显著性意义 (P < 0.05)。③B区骨折模型的平均强度和平均轴向刚度也较A区和AB区骨折模型大。
结论：通过生物力学实验证实了分叉钢板的使用可增加髋臼后壁骨折的内固定强度，尤其适合后壁粉碎骨折的固定。
关键词：髋臼骨折；骨科植入体；分叉钢板；骨折内固定；生物力学

严军，郑祖根，董启榕，王以进.分叉钢板置入治疗髋臼后壁骨折的生物力学分析[J].中国组织工程研究与临床康复，2008，12(17):3229-3232 [www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-17/17k-3229(ps).pdf]

刘欣伟，苏佳灿，张春才，禹宝庆，纪方，许硕贵，傅青格，牛云飞，管华鹏，陈育岳.生理性成骨力值概念在镍钛聚髌器置入治疗髌骨骨折的应用：106例回顾[J].中国组织工程研究与临床康复，2008，12(17):3225-3228
[www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-17/17k-3225(ps).pdf]

中图分类号: R318
文献标识码: A
文章编号: 1673-8225
(2008)17-03229-04

Spike plate implantation in the treatment of posterior wall fracture of the acetabulum: Biomechanical analysis

Abstract
AIM: Many studies have been conducted to explore the mechanical performance of spike plate, in which the models of fracture are concentric comminution. In this study, we observed the biomechanical characteristics of this technique in treating fracture of posterior wall of the acetabulum.
METHODS: The experiment was performed in Shanghai Institute of Biomechanical Engineering of Shanghai University from November to December 2005. ①Nine pretreated adult cadaveric pelvises (voluntary donors) were supplied by Department of Anatomy of Soochow University. The informed consent was obtained from their families. Plates of internal fixation were supplied by Changzhou Kanghui Medical Instrument Company. ②Acetabular posterior wall was started from top of acetabulum to the junction of acetabular posterior wall and ischium. This area was equally divided into two parts: part A-superior, part B-inferior. The pelvises were saw and 18 hip joints were randomly divided into A zone osteotomy group, B zone osteotomy group, and A+B zone osteotomy group with 6 hip joints in each group. Three joints were fixed by six-hole reconstruction plate, and the other three were fixed by technique of reconstruction plate and spike plate. Depth of osteotomy was defined as half of the distance between acetabulum and sciatic notch. ③Universal testing machine (WE-5) was used to load the specimen from 150 N to 600 N, 1.4 mm/min. Displacement and strain of fracture fragment was recorded by displacement gauge and strain gauge (YJ-14).
RESULTS: ①Average displacement and strain under 600 N load of spike plate and reconstruction group were smaller than those of reconstruction group (P < 0.05). ②Average strength and axial rigidity of spike plate and reconstruction group were 13% and 10% greater than those of reconstruction group (P < 0.05). ③Average strength and axial rigidity of B zone osteotomy group were also greater than those of A and A+B groups.
CONCLUSION: The biomechanical results show that spike plate can improve the internal fixation rigidity of posterior wall fracture of the acetabulum, in particular to the fixation of communited posterior wall fracture.

Yan J, Zheng ZG, Dong QR, Wang YJ.Spike plate implantation in the treatment of posterior wall fracture of the acetabulum: Biomechanical analysis. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu 2008;12(17):3229-3232(China) [www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-17/17k-3229(ps).pdf]

髋臼后壁骨折约占髋臼骨折的1/4~2/3，由于骨折常为粉碎性，故单一的螺钉或钢板常不足以牢固固定骨折。Mast等[1] 1989年报道了一种重建钢板结合分叉钢板的固定方式用于治疗髋臼后壁粉碎骨折，本文旨在运用生物力学手段观察该种固定方式的生物力学特点。

设计：对比观察实验。
单位：苏州大学附属第二医院骨科。
材料：实验于2005-11/12在上海大学上海生物力学工程研究所完成。
选取9具经防腐保湿处理成人骨盆，由苏州大学医学院解剖教研室提供，死者生前自愿捐献遗体，家属均知情同意。包括髋关节和近侧1/3股骨，剔除肌肉组织，保留关节囊。肉眼观察及摄片排除骨性疾病。
内固定钢板由常州市康辉医疗器械有限公司提供。重建钢板的可塑性强，可将其按照骨盆骨折部位的不同弧度及扭曲度进行塑形，从而使骨盆骨折部位的骨碎块复位到正常的解剖位置并得到可靠的内固定，恢复骨盆环及其骨盆的正常或接近正常的解剖形态。分叉钢板方法是在重建钢板基础上加用一块短钢板，并与重建钢板经螺钉连接成“+”字或“T”形，扩大了内固定对髋臼后壁的固定范围。
设计、实施、评估者：实验设计为第一作者、资料收集、实施、评估为第一作者和第四作者，采用双盲法评估。
方法：
髋臼后壁骨折模型的制作：髋臼后壁范围为从髋臼顶点至髋臼后壁与坐骨枝相交处，将其等分为两部分，上部为A区，下部为B区。将骨盆从中锯开分成两个髋关节，共18个髋关节，随机分为A区截骨组，B区截骨组，A，B区截骨组，每组6个。截骨厚度为髋臼后缘至坐骨切迹之间厚度的1/2，先用克氏针按预定截骨线成排钻孔，再用薄骨刀将其截断。
A区截骨组作髋臼后壁A区截骨，其中采用6孔髋臼重建钢板固定3个髋关节，重建钢板+分叉钢板固定3个髋关节。分叉钢板为髋臼重建钢板经螺钉孔剪断并将两个小叉稍弯曲制成，将其放在经塑形的重建钢板下方。在后壁骨折块的中央，用一枚螺钉经重叠钉孔将两块钢板串连并固定后壁骨块，另用一两枚螺钉将分叉钢板固定在髋臼后柱上，分叉钢板前方分叉与髋臼后壁缘平齐，重建钢板按常规用螺钉固定。
B区截骨组作髋臼后壁B区截骨，该处是最易发生粉碎性骨折的部位，可导致髋关节屈曲内旋位不稳定，固定方法同A区截骨组。
A，B区截骨组为A，B两区均作截骨，固定方法同上，在A、B两区各使用一块分叉钢板。
髋臼后壁骨折 A，B，AB区三种损伤模型见图1。分叉钢板治疗髋臼后壁骨折见图2。

测试方法：将髂骨用万向旋转夹具固定，并用交叉斯氏钉辅助加强，股骨干固定在加载平台上，屈髋90°，股骨干保持中立位进行加载。采用WE-5型万能材料试验机，从150 N开始等级加载至600 N，加载速率为1.4 mm/min，髋臼和股骨头按常规布置高精度小标距应变片，骨块移位由高精度精显光栅位移计测定，应变由YJ-14数显应变仪记录。
主要观察指标：观察不同内固定后的载荷位移、应变关系和髋臼的强度与刚度。
统计学方法：由第四作者先对所有物理量进行粗差处理，得到一个较满意的估值和置位区间，运算采用SPSS 10.0软件，各组比较采用配对t检验。设定P < 0.05为显著性水平。

2.1 载荷-位移和载荷-应变关系髋臼后壁骨折不同内固定后载荷-位移关系，见表1。

髋臼后壁骨折不同内固定后载荷-应变关系，见表2。

结果表明，600 N载荷下各截骨组中,重建钢板+分叉钢板固定与重建钢板固定比较差异具有显著性意义 (P < 0.05)。3组骨折模型间比较，显示B区截骨组内固定后分离位移和应变较另两组小，但差异无显著性意义(P > 0.05)，提示对最易发生骨折和屈伸髋关节活动承受应力较大的B区有较强的固定效果。
2.2 内固定的髋臼强度和轴向刚度 600 N载荷下，采用分叉钢板固定的平均强度为2.16 MPa，平均轴向刚度为250.03 N/mm，较重建钢板组分别高出13%和10%，差异有显著性意义 (P < 0.05)。B区骨折模型的这二个指标也较另二组模型大。见表3。

髋臼后壁骨折是髋臼骨折中最为常见的类型，通常发生在患肢处于屈髋，屈膝或（和）内收时，膝前方的暴力通过股骨头作用在髋臼后壁上，引发骨折，常伴股骨头脱位。骨折块超过髋臼后壁40%被认为是髋臼后壁骨折的手术指征。
髋臼后壁骨折的常规内固定手段有钢丝、螺钉和重建钢板，生物力学研究表明重建钢板的强度最大，分叉钢板方法是在重建钢板基础上加用一块短钢板，并与重建钢板经螺钉连接成“+”字或“T”形，扩大了内固定对髋臼后壁的固定范围，固定强度应优于单纯使用重建钢板，本文的生物力学实验也证实了这一结论。使用分叉钢板后，髋臼后壁骨折载荷-位移和载荷-应变均小于单用重建钢板组，600 N载荷下，髋臼的平均强度和轴向刚度均高于重建钢板组，差异有显著性意义。Goulet等[2]也应用生物力学手段对分叉钢板的力学性能作了研究，实验结论与本文一致，但其运用的骨折模型为同心圆型粉碎骨折模型，本实验的髋臼后壁骨折模型与临床实际的后壁粉碎骨折更接近，更具代表性。
Olson等[3-4]使用磷酸钙骨水泥加强髋臼后壁骨折的固定，生物力学实验结果表明优于单纯使用重建钢板固定，亦说明单纯使用重建钢板固定的局限性，分叉钢板结合磷酸钙骨水泥是否能成为有效的治疗手段有待进一步研究。
髋臼后壁骨折作为关节内骨折，其治疗原则[5-12]同样为解剖复位，坚强固定，由于该处解剖形态相对简单，故解剖复位并不困难，术前的三维或二维CT成像[13-14]，有助于术者理解骨折形成过程，帮助解剖复位，术中的三维CT成像有助于判断复位的准确性，避免内固定误入关节，但骨折常为粉碎性，故充分坚强的固定时有困难，分叉钢板方法能在增加髋臼后壁固定面积的同时增加内固定强度，有利于早期关节功能锻炼，有效减少关节僵硬和深静脉栓塞的发生，促进关节内软骨的愈合，促进关节功能恢复，提高疗效[15-20]。
总之，本文通过生物力学实验证实了分叉钢板的使用可增加髋臼后壁骨折的内固定强度，为该技术的临床使用奠定了理论基础。

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