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用於股骨轉子間骨折固定的動力髖螺釘系統髖螺釘改良

2023年10月14日

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引言 Introduction
股骨轉子間骨折是發生於股骨頸基底部至小轉子水平以上的骨折。Liporace等統計結果顯示90%的股骨轉子間骨折發生於65歲以上的老年人,伴有不同程度的骨質疏鬆,儘管目前臨床上有多種骨質疏鬆性股骨轉子間骨折的內固定方法,例如股骨近端帶鎖髓內釘、防旋型股骨近端髓內釘、動力髖螺釘、外固定支架等,動力髖螺釘是目前最常用的股骨轉子間骨折內固定物之一,該系統主要由一枚帶滑動杆的加壓螺紋釘和一塊帶滑動槽套筒的側方鋼板組成,也稱為加壓鵝頭釘、滑動鵝頭釘、Richards釘。
為了適應人類直立行走,股骨上部形成了典型的力學體系,其小梁結構與應力分布極其合理(wolff定律)。活動中作用於股部的兩種力-壓縮力和彎曲力的聯合作用影響著股骨的應力分析,負重下近端股骨內側骨皮質處於壓應力,外側骨皮質處於張應力。根據力學原理作用於股骨頭上的髖關節力可分解為軸向壓力分量和與之相垂直的分量,軸向壓力分量作用,可使斷面靠攏壓緊,對骨折的癒合是極其有利的。動力髖螺釘固定在外側骨皮質,主要分擔張應力傳導,用於穩定的轉子間骨折是牢固的,因為後內側骨皮質完整,股骨矩區能承擔大部分壓應力以防止髖內翻的發生。但用於不穩定的骨折時,尤其是後內側骨皮質缺損,由於通過股骨矩區的壓應力難以傳導,應力集中於鋼板上,會引起釘頭切割股骨頭、頸或釘板交界處發生疲勞眭折斷,導致髖內翻。動力髖螺釘雖有動、靜力加壓作用且結構牢固,但無有效的抗旋轉作用。
臨床上使用動力髖螺釘的適應證包括各種類型的轉子間骨折、股骨頸骨折、轉子下骨折。股骨頸頭下型骨折的骨折線接近關節面而不易固定,且股骨頭易壞死,一般不採用動力髖螺釘固定,其他類型的股骨頸骨折均可以採用該釘固定,使用動力髖螺釘後可能發生股骨頭壞死、畸形癒合、骨性關節炎、疼痛、關節功能受限、感染、髖內翻、骨不連、肢體短縮、骨溶解、釘鬆動或脫出及股骨頭、頸切割等併發症。動力髖螺釘能使骨折斷面獲得持續、動態的軸向加壓,保持軸向滑動,刺激骨折斷面早期癒合。動力髖螺釘內固定有以下優點:①符合股骨上端生物力學應力分布,固定後骨折穩定性好,促進骨折早期癒合。②固定可靠,可使患者早期下床,減少長期臥床所致的各種併發症。③手術操作簡單、準確,用時少,安全性高。儘管費用較高,手術創傷較大,但仍不失為治療股骨轉子間骨折一種較為理想的內固定術式。
但在臨床使用時發現其缺點同樣不可小覷,動力髖螺釘軸向滑動加壓可能導致股骨頸變短,出現肢體短縮畸形及行走障礙;在嚴重粉碎尤其是骨質疏鬆者,過度加壓會使加壓釘穿出股骨頭;無有效抗旋轉作用;對於內側皮質骨缺損患者,內植物承受的內翻應力增大,出現疲勞斷裂、髖內翻的發生率增加;為了既能保留動力髖螺釘的良好功效,同時儘量避免術後的相關併發症,曾有學者嘗試在擰入股骨頸加壓釘前,在其預先準備的隧道內填塞骨水泥,以期增強加壓釘與股骨頭的錨合力,抵抗加壓釘的切割作用,取得了較好的臨床療效,但存在手術時骨水泥有效工作時間較短、無法調整螺釘長度、加壓釘擠壓骨水泥至骨折端的弊端,故作者通過對動力髖螺釘系統髖螺釘部分進行改良,從而更好地方便術者操作。
1 材料和方法 Materials and methods
設計:屍體標本模擬並進行生物力學測試。
時間及地點:實驗於2012年3月至2013年10在上海大學生物力學研究所完成。
材料:傳統動力髖螺釘內固定系統:鈦合金材質,生物相容性好,由常州華森醫療器械有限公司提供。
可灌注骨水泥動力髖螺釘系統:在傳統動力髖螺釘髖螺釘螺紋處縱行均勻交替開3條槽,槽寬為2.6 mm,槽長15 mm,並在槽內開3處直徑2.5 mm側孔,使骨水泥向3個方向滲漏,使螺釘表面骨水泥彌散儘可能均勻。術中使用的骨水泥為聚甲基丙烯酸甲酯。由常州華森醫療器械有限公司提供。
標本製備及分組:24具新鮮完整濕潤人骨質疏鬆髖部標本,由蘇州大學醫學院解剖教研室提供,年齡68-75歲,平均67歲,在小轉子下15 cm處截斷,攝X射線片排除先天性畸形、結核、腫瘤等,左右對稱,採用雙能X射線骨密度測量法測量標本的骨密度,分別將標本測量3次,平均骨密度為(0.404±0.047) g/cm2,均為骨質疏鬆標本。
實驗方法:內固定方法:標本用等滲鹽水浸泡,密封包裹,防止乾燥脫水,-20 ℃冷凍保存,實驗前12 h室溫下消融,牙托粉包埋標本遠端及股骨頭,按標準製造AO分型31-A1型股骨轉子間骨折,直視下解剖復位骨折,隨機取每對股骨標本一側行傳統動力髖螺釘固定(對照組),另一側行可灌注動力髖螺釘固定(實驗組),兩種器械均為4孔135°。對照組按常規方法固定,取仰臥位,置於牽引床上,患肢外展內旋位牽引復位,C臂機透視患髖正側位,調整患肢高度及內旋角度,爭取滿意的骨折復位,取患髖外側縱形切口,切開皮膚皮下組織、闊筋膜,止血徹底,自股外側肌止點切開適當骨膜下剝離,用135°導向器自大轉子下3 cm鑽入1枚導針,並術中透視確保導針位於股骨頭頸中央,釘尖於股骨頭軟骨面下5 mm,擴孔後,鑽入髖螺釘,連接側方鋼板,適當鬆開患肢牽引,擰緊髖螺釘尾帽,加壓骨折端。實驗組亦按照標準手術操作方法,鑽入定位導針,擴孔後,擰入合適長度的新型髖螺釘,安裝並調整側方鋼板的位置,連接骨水泥灌注裝置,調製低黏度骨水泥至拉絲前期,透視下將骨水泥加壓灌注至髖螺釘,使其充分滲漏至髖螺釘周圍,當骨水泥滲漏至骨折段附近時停止注射,然後加壓擰緊髖螺釘尾帽,側方鋼板鑽孔固定。
生物力學測試:包括軸向壓縮實驗、扭轉強度實驗和失效載荷實驗,實驗之前,將所有標本股骨內外側布置6枚高精度小標距電阻應變片(R-120 ?±0.1%,R=2.16,1.50×1.50 mm),模擬單足站立,考慮外展肌參與工作,製造夾具,實驗時預載100 N 3次,消除股骨鬆弛、蠕變等時間效應影響,標本置於WDW微機控制電子萬能實驗機上,加載從0-1 200 N分級加載,機器速率0.5 mm/s,同時用高精度顯光柵位移測微儀KG-101(上海大學機電工廠生產)測量股骨頭的水平位移及垂直位移。
主要觀察指標:兩組間強度、剛度和扭矩、失效載荷等力學參數的比較。
統計學分析:採用SPSS 13.0統計軟體進行統計學分析,兩組間強度、剛度和扭矩、失效載荷等力學參數比較採用兩獨立樣本資料的t 檢驗,各組的力學參數以x_±s表示,P < 0.05認為差異有顯著性意義。
2 結果 Results
2.1 影像學檢查 可灌注動力髖螺釘系統固定股骨轉子間骨折,見骨水泥彌散於髖螺釘周圍,使該可灌注動力髖螺釘系統提高其固定強度提供可能(圖1)。【圖略】
2.2 兩組強度的比較 載荷1 200 N時,兩組股骨轉子間骨折內外側的應力強度,實驗組分別為(6.44±0.55),(6.72±0.57) MPa,對照組分別為(3.03±0.27),(2.89±0.26) MPa,實驗組比對照組分別高56%和57%,統計顯示差異有顯著性意義(t=3.378,P < 0.05)。
2.3 兩組剛度的比較 分為股骨的軸向剛度和水平剪切剛度,實驗組分別為(701.75±63.13) N/mm和(1 935.48±164.45) N/mm,而對照組分別為(487.81±41.46) N/mm和(1 463.42±131.72) N/mm,兩組比較,軸向剛度相差30%,水平剪切剛度相差24%,統計顯示差異均有顯著性意義(t=3.124,P < 0.05)。
2.4 兩組扭轉力學性能的比較 將標本近端股骨頭包埋固定使股骨頸與扭轉機的轉軸在一直線,遠端以可調夾具置於扭轉力學實驗機上,以0.032 (°)/s速度順時針勻速增加扭轉力,記錄扭角大小。採用可灌注骨水泥動力髖螺釘系統固定股骨轉子間骨折的扭矩,在扭角為3°時為(6.69±0.62) N·m,而常規動力髖螺釘系統的扭矩為(5.14±0.48) N·m,兩者相差23%,差異有顯著性意義(t=2.786,P < 0.05),見表1。【表1】
2.5 兩組失效載荷的比較 按照Joseph等的骨折固定失效判定標準:①大轉子頂骨折斷端皮質固定兩點位移≥5 mm。②變形逐漸增加而負荷不增加甚至下降。③拉力螺釘後退超過10 mm。④主釘尖穿出股骨頭。出現其中任何一種情況認為此時為固定的失效載荷。實驗組動力髖螺釘固定能承受最大載荷為(3 680±274) N,相對位移(9.10±0.88) mm;而對照組動力髖螺釘承受最大載荷為(3 244±262) N,相對位移(8.23±0.74) mm,實驗組強度高出對照組12%(t=2.654,P < 0.05),見表2。【表2】
從破壞形式來看,60%破壞發生在骨折處產生切割破壞,位移≥ 5 mm,轉子間彎曲破壞占30%,只有10%主釘穿出股骨頭。
3 討論 Discussion
動力髖螺釘因能很好地復位骨折,恢復良好的頸干角,有效防止髖內翻,並能產生靜力及動力滑動加壓作用,利於促進骨折癒合,故被認為是治療股骨轉子間骨折最經典的方法,但在臨床使用時發現其缺點同樣不可小覷,使用動力髖螺釘治療骨質疏鬆性股骨轉子間骨折常常出現不同的併發症,比如復位的丟失、骨不連、骨折畸形癒合、患肢短縮、髖螺釘切割等,其中髖螺釘位置的研究,Baumgaertner等提出頂尖距的概念,認為頂尖距是最重要的預測髖螺釘切割的因素,Hsueh等認為頂尖距應當小於15 mm,才能有效避免髖螺釘的切割。但他同時認為頂尖距並不是引起螺釘切割的惟一因素,那麼,對於伴有嚴重的骨質疏鬆股骨轉子間骨折患者,如何能更好地使用動力髖螺釘對其進行固定呢?
Lee等藉助骨水泥的作用,配合使用螺釘,製備成“強力螺釘”內固定系統,取得的喜人的臨床療效,但存在一定的不足,據此,作者對其手術方案進行改進,設計使用可灌注動力髖螺釘,其優勢在於以下幾點:①灌注骨水泥可以增強髖螺釘的抗切割能力,傳統動力髖螺釘的抗切割依賴於髖螺釘頭部螺紋部分與股骨頭的鉚合力,髖螺釘的非螺紋部分與股骨頭頸存在間隙,只有髖螺釘發生切割後,才與股骨頸接觸時才參與螺釘的抗切割,但此時髖內翻畸形已經發生,但可灌注動力髖螺釘系統髖螺釘的非螺紋部分與股骨頭頸之間的間隙被骨水泥填充,這一點以上數據可充分證明。②強力螺釘置入時,由於骨水泥最佳工作時間很短,僅僅數分鐘,故手術操作時一定要各方面配合協調好,包括骨隧道的準備,操作空間的暴露、骨水泥的充填及螺釘的擰入,要一氣呵成,無返工的餘地。然而可灌注動力髖螺釘系統,髖螺釘骨水泥的灌注是在釘板置入之後、骨折加壓之前,骨水泥灌注之前可以調整釘板的位置及方向,直到術者滿意,待骨水泥彌散滿意後,再擰緊髖螺釘尾帽,完成骨折端的加壓,這樣對骨水泥固化時,發現髖螺釘失效載荷具體是何種載荷度仍有顯著提高。
③骨水泥滲漏:強力螺釘是在隧道內填塞骨水泥後擰入的,所以骨水泥的使用量常常較難控制,骨水泥使用過少,強力螺釘的強化作用得不到顯示,相反,骨水泥使用過多則會出現螺釘擰入時,骨水泥被擠壓至骨折端,且在骨水泥填入後,多餘的骨水泥取出較為困難,儘管Lee在置入強力螺釘是時將患側肢體抬高30°,避免骨水泥滲漏至骨折端,但仍有可能在置入主釘時將骨水泥擠至骨折端的風險,影響骨折癒合,但可灌注動力髖螺釘系統在釘板位置滿意後,通過連接裝置向螺釘內注射,透過C臂機透視可以控制骨水泥的注入量,當骨水泥滲漏至鋼板套口附近或接近骨折端時,停止注射骨水泥。④骨水泥的使用量,本實驗骨水泥使用量5-9 mL,平均為7.3 mL,而強力動力髖螺釘為10-17 mL,平均13.7 mL,如果骨水泥量較大,容易出現單體的毒性、產熱引起的股骨頭骨細胞的破壞。
可灌注動力髖螺釘系統也存在局限性:屬於偏心固定,對嚴重粉碎骨折使用時需較長的制動時間。為了使骨水泥獲得理想的彌散效果,骨水泥的連接裝置及灌注裝置需要加以改良,以期更好的治療骨質疏鬆性股骨轉子間骨折。
參考文獻 References
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