模拟股骨干骨折接骨板固定应变电测量

背景:研究接骨板固定后的应力、应变分布规律,设计符合生物力学原理的接骨板是当前急待解决的课题.目的:测量模拟股骨骨折以接骨板固定后各测点的应变值,以期为设计新型接骨板提供力学参数.设计、时间及地点:单因素设计,实验于2007-07/11在吉林大学力学试验中心完成.材料:新鲜尸体股骨标本由白求恩医科大学解剖教研室提供,均为男性.死亡后2 h之内解剖尸体,取下双侧股骨共4个标本,以生理盐水浸湿的纱布包裹标本,装入塑料袋中,密封后置于-20 ℃冰箱内保存.实验前取出标本在室温下解冻后以线锯在股骨中段据开制成骨折模型,以6孔接骨板进行固定,在接骨板的12个测点贴上电阻应变片.方法:分别将贴片干燥后的标本置于电子万能试验机的工作台上,以2 mm/min的实验速度,施加1 kN载荷,通过YJ-22型静态电阻应变仪测出各测点的应变值.主要观察指标:股骨承受1 kN载荷时各测点应变值.结果:最大应力、应变发生在骨干中部骨折断口和螺钉孔附近,应变值为(1 069.0±22.4) ×10-6,应力值为(17.68±2.21) MPa;最小应力、应变发生在骨干上部骨折远端,应变值为(498.0±19.6) ×10-6,应力值为(8.21±1.36) MPa.结论:以尽可能少的螺钉固定钢板,螺钉的直径要尽量达到最小以避免骨折断口和螺钉孔附近部位的应力集中.     

不同内固定器固定股骨髁上骨折的生物力学比较

背景:治疗股骨髁上骨折的内固定方法很多,其中主要有偏心位固定的钢板类和中心位固定的髓内钉类。由于两者生物力学特性的差异,在治疗股骨髁上骨折的临床疗效也不同。目的:对治疗股骨髁上骨折的两种固定器进行生物力学对比,探讨两种固定器固定股骨髁上骨折时的应力分布差异,从而为临床选择理想的内固定器提供理论依据。方法:选择12套成人尸体股骨,将股骨髁上横行锯断,制作股骨髁上骨折模型。将骨折标本解剖复位后,按照手术操作方法用微创内固定系统和逆行交锁髓内钉固定。在骨折断面及钉道周围共粘贴6个电阻应变片,然后将骨折模型分别置于Zwick Z100电子万能材料实验机及扭转试验机(RNJ-500)上,以线性载荷0-400 N、扭转载荷0-20 N·m加载,分析局部应力,测量两种固定器在相同载荷条件下骨折断面及钉道周围应力的大小和分布特点。结果与结论:在实验载荷条件下,逆行交锁髓内钉组和LISS钢板组骨折断端和钉道周围应力均随着轴向载荷和扭转载荷的增大而增大。在同一轴向载荷下,逆行交锁髓内钉组较LISS钢板组在6个测试应变点应变值大(P<0.01);在同一扭转载荷下,LISS钢板组较逆行交锁髓内钉组在6个测试应变点应变值大(P<0.01)。结果显示,逆行交锁髓内钉固定股骨髁上骨折中可明显降低应力遮挡,从而利于应力传导,并具有良好的抗扭转能力,从生物力学角度可以推广使用。     

骶骨S2椎弓根外进钉固定的生物力学分析

背景:模拟骶骨骨折S2椎弓根钉外进钉固定拔出力与在拔出椎弓钉时的应变电测分析鲜有报道。目的:测量S2椎弓根外进钉固定拔出力与骶骨应变分布,为临床提供生物力学参数。方法:取正常国人新鲜尸体骶骨标本,以椎弓根钉外进钉方法固定于S2椎弓根,以小型力传感器与椎弓根钉固定装置连接测量椎弓根钉的拔出力,同时以动静态电阻应变仪,对预先粘贴在4个椎弓根螺栓固定边缘部位和骶骨不同部位的应变片进行应变电测量。1号进钉点位置为左侧第1骶后孔下缘最低点,2号进钉点位置为右侧第1骶后孔下缘最低点,3号进钉点为左侧第1骶后孔连线与骶外侧嵴的交点,4号进钉点为右侧第1骶后孔连线与骶外侧嵴的交点。测量椎弓根螺钉最大拔出力和骶骨各测点应变值。结果与结论:外进钉1号螺钉拔出力为(399.0±7.2)N,2号螺钉拔出力为(281.0±5.2)N,3号螺钉拔出力为(196.0±4.3)N,4号螺钉拔出力为(220.1±4.6)N。应变电测量最小应变发生在2号螺钉8号测点,应变为(13.5±1.1)με;最大应变发生在1号螺钉1号测点,应变为(96.8±6.5)με。提示S2椎弓根钉外进钉固定方法符合生物力学原理。     

骶骨S2椎弓根外进钉固定的生物力学分析

背景：模拟骶骨骨折S2椎弓根钉外进钉固定拔出力与在拔出椎弓钉时的应变电测分析鲜有报道。目的：测量S2椎弓根外进钉固定拔出力与骶骨应变分布,为临床提供生物力学参数。方法：取正常国人新鲜尸体骶骨标本,以椎弓根钉外进钉方法固定于S2椎弓根,以小型力传感器与椎弓根钉固定装置连接测量椎弓根钉的拔出力,同时以动静态电阻应变仪,对预先粘贴在4个椎弓根螺栓固定边缘部位和骶骨不同部位的应变片进行应变电测量。1号进钉点位置为左侧第1骶后孔下缘最低点,2号进钉点位置为右侧第1骶后孔下缘最低点,3号进钉点为左侧第1骶后孔连线与骶外侧嵴的交点,4号进钉点为右侧第1骶后孔连线与骶外侧嵴的交点。测量椎弓根螺钉最大拔出力和骶骨各测点应变值。结果与结论：外进钉1号螺钉拔出力为（399.0±7.2）N,2号螺钉拔出力为（281.0±5.2）N,3号螺钉拔出力为（196.0±4.3）N,4号螺钉拔出力为（220.1±4.6）N。应变电测量最小应变发生在2号螺钉8号测点,应变为（13.5±1.1）με;最大应变发生在1号螺钉1号测点,应变为（96.8±6.5）με。提示S2椎弓根钉外进钉固定方法符合生物力学原理。     

两种构型空心加压螺钉固定头颈型股骨颈骨折的生物力学特征

背景:股骨颈骨折后缺血性坏死及骨不愈合的发生率与内固定器械的生物力学性能密切相关,压缩应力可促进骨折愈合,张应力可推迟骨折愈合,剪切应力可阻止骨折愈合。如何消除剪切应力,扩大压缩应力具有重要的理论和临床意义。目的:比较两种构型空心加压螺钉固定头颈型股骨颈骨折的股骨标本的生物力学特征,为临床治疗股骨颈骨折提供生物力学依据。设计:观察对比实验。单位:解放军第二五一医院骨科,河北医科大学第三医院骨科。对象:实验于2002-11/2003-03在河北骨科研究所完成。选取河北医科大学解剖教研室提供的骨密度值相近的标本5具,男性4具,女性1具,经X射线摄片证实无风湿、结核、肿瘤、骨折、畸形变异。方法:将10根股骨随机分成倒等腰三角形组和正等腰三角形组,每组5根。倒、正等腰三角形构型的三枚空心加压螺钉固定头颈型股骨颈骨折的股骨标本,用生物力学机(长春市实验机研究所产CSS-44020生物力学仪,河北骨科研究所提供)测试、比较两种空间构型抗压、抗扭性能及最大垂直载荷。主要观察指标:①抗压实验中在600N和750N时股骨头下沉的位移。②抗扭转实验中扭转2°和4°时的力矩。③最大垂直负荷实验中至内固定失败的负荷。结果:①600N和750N垂直载负下,倒等腰三角形组股骨头下沉位移小于正等腰三角形组[(0.933±0.135),(1.556±0.235)mm;(1.310±0.217),(1.975±0.250)mm,P均<0.05]。②倒等腰三角形组和正等腰三角形组在扭转2°和4°时所需力矩相近,差异无显著性[(3.148±0.765),(2.847±1.130)N·m;(6.658±2.021),(5.392±1.601)N·m,P均>0.05]。③倒等腰三角形组最大垂直载荷大于正等腰三角形组[(2069.97±200.864),(1614.57±80.567)N,P<0.05]。结论:对头颈型股骨颈骨折,应用倒等腰三角形构型的空心加压螺钉比正等腰三角形构型的空心加压螺钉固定股骨标本,可获得更好的抗压和体现其最大垂直载荷性能的生物力学效果。     

骶2椎弓根钉内进钉固定拧紧力与骶骨的应变分布规律

背景:国内外学者对骶骨骨折术式和骶2椎弓根钉固定方法进行了一定的研究,但对于骶2椎弓根钉固定螺钉拧紧力及在最大螺钉拧紧力作用下骶骨不同部位的应变分布规律研究少见报道.目的:研究骶2椎弓根钉固定拧紧力与骶骨应变分布,为临床骶2椎弓根钉固定术提供生物力学参数.设计、时间及地点:观察性实验,于2008-08在吉林大学力学实验中心完成.材料:取自正常国人新鲜尸体4具,均为男性,年龄25-30岁,由白求恩医科大学解剖教研室提供.方法:取正常国人新鲜尸体骶骨标本,以椎弓根钉内进钉方法固定于骶2椎弓根,以小型力传感器与椎弓根钉固定装置连接测量椎弓根钉的拧紧力,同时以动静态电阻应变仪对预先黏贴在4个椎弓根螺检固定边缘部位和骶骨不同部位的应变片进行应变电测量.1号进钉点位置为左侧第一骶后孔下缘最低点,2号进钉点位置为右侧第一骶后孔下缘最低点,3号进钉点为左侧第一骶后孔连线与骶外侧嵴的交点,4号进钉点为右侧第一骶后孔连线与骶外侧嵴的交点.主要观察指标:椎弓根螺钉最大拧紧力和骶骨各测点应变分布值.结果:内进钉1号螺钉拧紧力为(68.7±7.8)N,2号螺钉拧紧力为(81.1±5.6)N,3号螺钉拧紧力为(56.9±4.6)N,4号螺钉拧紧力为(57.5±6.5)N.应变电测量最小应变发生在1号螺钉8号测点应变为(18.6±2.6)×10<-6>,最大应变发生在2号螺钉2号测点应变为(92.6±6.4)×106.结论:骶2椎弓根钉术式符合生物力学原理.     

两种构型空心加压螺钉固定头颈型股骨颈骨折的生物力学效果评估

目的:比较两种构型空心加压螺钉固定头颈型股骨颈骨折的股骨标本的生物力学特征,为临床治疗股骨颈骨折提供理论依据。方法:实验于2002-11/2004-03在河北骨科研究所完成。将10根股骨随机分成倒等腰三角形组和正等腰三角形组,每组5根。倒、正等腰三角形构型的3枚空心加压螺钉固定头颈型股骨颈骨折的股骨标本,用生物力学机(长春市实验机研究所产CSS-44020生物力学仪,河北骨科研究所提供)测试、比较两种空间构型抗压、抗扭性能及最大垂直载荷,所得实验数据均用SPSS10.0统计软件进行分析。结果:倒等腰三角形组的抗压、最大垂直载荷性能明显优于正等腰三角形组,具有统计学意义(P<0.05);但两者抗扭转性能无显著性差别(P>0.05)[600和750N垂直载负下,倒等腰三角形组股骨头下沉位移(0.933±0.135)和(1.310±0.217)mm,正等腰三角形组股骨头下沉位移(1.556±0.235)和(1.975±0.250)mm;扭转2°和4°所需力矩,倒等腰三角形组(3.148±0.765)和(6.658±2.021)N·m,正等腰三角形组(2.847±1.130)和(5.392±1.601)N·m;最大垂直载荷倒等腰三角形组(2069.97±200.864)N,正等腰三角形组(1614.57±80.567)N]。结论:对头颈型股骨颈骨折,应用倒等腰三角形构型的空心加压螺钉比正等腰三角形构型的空心加压螺钉固定股骨标本,可获得更好的抗压和体现其最大垂直载荷性能的生物力学效果。     

骨水泥强化正常骨质DHS固定的生物力学研究

背景:DHS是治疗股骨转子间骨折的标准内固定,对于伴有骨质疏松的骨折,容易发生拉力螺钉切割.国内外文献建议骨水泥强化DHS以达到坚强内固定,但是对于正常骨质,骨水泥强化是否有效还缺少报道.目的:选取正常骨密度的股骨转子间骨折标本,观察骨水泥强化对DHS固定的生物力学影响.设计、时间及地点:同一标本两侧对比观察实验,于2005-03/05在河北省骨科研究所生物力学实验室完成.材料:选取河北医科大学解剖教研室提供的成年男性防腐尸体双侧股骨上段标本.X射线证实无结核、畸形、肿瘤.方法:取成年男性防腐尸体双侧股骨上段标本24对48侧,制备A2型股骨转子间骨折模型.右侧标本行骨水泥强化DHS固定(在股骨头近端钉道用刮匙扩大.股骨头朝下,注入2mL低黏稠度骨水泥,拧入拉力螺钉,保持位置不变直至骨水泥凝固.置入套筒,拧紧尾钉适当加压,皮质骨螺钉固定钢板),为强化组;左侧行DHS常规固定,为对照组.两组标本进行弯曲强度试验及扭转强度试验.主要观察指标:两组标本的最大负荷及最大扭矩.结果:强化组最大负荷及最大扭矩与对照组比较,差异均无统计学意义[最大负荷分别为:(3852.1602±143.6031)N和(3702.9667±133.8601)N;最大扭矩分别为(15.5±2.6)N·m,(14.7±3.4)N·m, P>0.0⑤.结论:对于正常骨密度的股骨转子间骨折,骨水泥强化对DHS固定强度及骨折整体稳定性无显著的影响.     

新型儿童股骨颈螺钉设计中的生物力学因素

背景：由于骺板在股骨的生长发育过程中有重要的作用,内固定的设计要求尽量避免对骺板的损伤,因此对儿童股骨骺板的定位显得尤其重要。 目的：探讨新型儿童股骨颈螺钉固定儿童股骨颈骨折的生物力学性能。 方法：由南华大学解剖室提供的6具儿童尸体上取下股骨12根,X射线排除骨病后,分别采用3枚新型儿童股骨颈螺钉固定;3枚2.0 mm克氏针固定。分别进行生物力学实验,测试其轴向压缩、扭转刚度。 结果与结论：轴向压缩刚度及最大3 N·m 的扭转力矩下扭转刚度,儿童股骨颈螺钉分别为（190.74±20.88） N/mm、（0.18±0.045） N·m/（°）,克氏针为（138.95±15.19） N/mm、（0.120±0.036） N·m/（°）,两者比较差异均有显著性意义（P〈0.05）;显示儿童股骨颈螺钉的抗压能力和抗扭能力上明显强于克氏针。实验说明儿童股骨颈螺钉是一种符合儿童股骨近端解剖学特点,能够满足儿童股骨颈骨折需要的新型内固定器械,具有良好的生物力学性能。     

局部血管生成因子的表达与骨折愈合过程中不同压应力的变化

目的:探讨在骨折愈合过程中向骨折端施加不同压应力与其促进局部血管再生的关系。方法:实验于1999-06/2000-03在全军交通医学研究所完成。采用新西兰大耳白兔30只,复制右后肢胫骨骨折模型,用自制的外固定器加压固定,按施加应力的不同分为不施加应力组、(11.05±1.68)N/cm2应力组、(28.32±3.83)N/cm2应力组、(39.90±2.34)N/cm2应力组、(46.16±1.71)N/cm2应力组、(59.03±2.77)N/cm2应力组,每组5只。各组动物于骨折后3周取骨折端骨组织标本,提取组织蛋白,用Westernblot方法检测各组动物骨折端骨组织的血管内皮生长因子、血小板Ⅷ因子相关抗原的表达。结果:实验纳入的30只动物均进入结果分析。①在一定范围内骨折断端的血管内皮生长因子相关抗原的表达量随所加应力的增加而增加,(28.32±3.83)N/cm2应力组血管内皮生长因子表达明显高于其他各组(P<0.01),其吸光度值为4758.93,当超过这一最高限后它们的表达又随所加应力的增加而减少。②在一定范围内骨折断端的血小板Ⅷ因子相关抗原的表达量随所加应力的增加而增加,(39.90±2.34)N/cm2应力组血小板Ⅷ因子相关抗原表达高于其他各组(P<0.01),其吸光度值为2849.94,超过这一最高限后它们的表达也随所加应力的增加而减少。结论:在一定范围内向骨折端施加的轴向应力能促进骨折端新生血管的生成,但当所加应力超过一定的限度后这种促进作用就逐渐减弱,甚至可能起反作用。