动力加压凹槽交锁髓内钉的设计及其生物力学特征

目的:研制具备动力加压功能的新型凹槽股骨、胫骨交锁髓内钉,评价其作为骨折内固定器械的可行性。方法:实验于2005-03/06在西安交通大学材料力学实验室完成。实验组为新型凹槽Ti-6Al-7Nb材料股骨及胫骨交锁髓内钉各10套,对照组为Orthofix进口股骨、胫骨交锁髓内钉各10套,两组规格相同。在MTS880材料试验机上分别进行加载速度为每10分钟1mm、最大载荷为2400N的垂直压缩试验,加载速度为1mm/min、最大弯矩为64N·m的三点弯曲试验及载荷的峰谷值为600～1200N,股骨、胫骨加载频率分别为15和13Hz的动态疲劳试验。结果:①垂直压缩试验表明,随着载荷的增加,发生在远端锁孔局部的应变及位移也不断增加[当载荷为2400N时:股骨钉实验组与对照组的应变分别为(5.50±0.09)和(1.74±0.13)με,位移分别为(326.42±2.24)和(139.32±1.74)μm;胫骨钉实验组与对照组的应变分别为(10.89±0.14)和(5.37±0.04)με,位移分别为(94.90±2.65)和(72.69±2.84)μm;组间差异明显,P<0.05]。②实验组髓内钉较对照组髓内钉弹性好,对抗弯曲载荷的自稳效应强[弯矩为64N·m时:股骨钉实验组与对照组桡度分别为(2616.64±4.82)和(1184.93±5.51)μm;胫骨钉实验组与对照组桡度分别为(3648.22±3.37)和(1994.95±3.81)μm,P<0.05]。③分别以最大压力Fmax=1200N,最小压力Fmin=600N,频率为15Hz(股骨髓内钉)及13Hz(胫骨髓内钉)的正弦交变应力为载荷,股骨髓内钉及胫骨髓内钉均分别顺利循环了60万次和68万次,在循环疲劳应力作用下新型髓内钉材料性能下降不明显(P>0.05)。结论:新型股骨、胫骨交锁髓内钉的静态力学强度和动态疲劳强度优良,完全能满足临床使用的强度要求。     

动力性交锁髓内钉的生物力学研究

背景：骨延迟愈合、交锁钉断钉是静力型带锁髓内钉的常见并发症，而抗旋转、防短缩功能差仍是动力髓内钉目前尚未完全解决的问题。目的：对静力性交锁髓内钉的结构进行改良，探讨其动力交锁的性能与力学原理。设计：随机对照实验研究。地点和对象：实验在成都军区总医院临床实验室完成。研究对象为志愿捐献的股骨干标本。干预：将标本制成为横断骨折和粉碎骨折交锁钉固定模型，将外带锁髓内钉远端的圆形锁孔改为长形锁孔，近端改为翼状，对骨折模型进行固定并做轴向压缩载荷实验和扭力实验。并根据尾翼的形状和宽度进行对比性研究。主要观察指标：横断骨折和粉碎骨折模型折端的压力、锁钉承受的剪力和尾翼的最大扭矩。结果：动力性固定组骨折断端加压力为(3593．4&;#177;142．0)～(5712．3&;#177;149．3)N，静力性固定组为(2671．9&;#177;23．9)～(2995．2&;#177;28．1)N(P&;lt;0．01)；动力性固定消除了髓钉与锁钉问的剪力，有效防止了断钉．并消除了骨折端的应力遮挡；齿状尾翼的防旋转能力可达11．3N&;#183;m。结论：改良髓内钉起到了动力固定的加压效果和静力固定的轴向稳定性作用。     

胫骨交锁髓内钉远端锁钉最佳效果的生物力学特性

目的：对胫骨交髓内钉远端不同锁钉方式进行生物力学测试，分析锁钉固定最佳效果的力学因素。方法：实验于2001—04／06在第一军医大学生物力学实验室完成，选择成人新鲜尸体胫骨标本6具（第一军医大学生物力学实验室提供），每具标本先后模拟骨折愈合、稳定骨折及不稳定骨折3种状态。4枚锁钉按胫骨自上向下位置分别编为1，2，3，4号。①骨折愈合组：安装交锁髓内钉模拟骨折愈合。②稳定骨折组：中段横行锯断模拟稳定性骨折，分为远端两枚锁钉；远端3号锁钉固定；远端4号锁钉固定。③不稳定骨折组：胫骨中段制成1．5mm骨缺损模拟不稳定性骨折，分为远端两枚锁钉：远端3号锁钉固定；远端4号锁钉固定。采用MTS试验机，轴向加载0-1000N，加载速度为50N／s，按制备顺序先后分别测量不同状态远端两枚锁钉处应力应变情况。结果：6具胫骨标本均进入结果分析。各组胫骨交锁髓内钉远端锁钉的应力应变：分别在4号钉2枚，3号钉2枚，4号钉1枚，3号钉1枚不同状态固定下，不稳定骨折组应力应变显著大于稳定骨折组[（6．47&;#177;0．49）&;#215;10^-4比（4．57&;#177;0．46）&;#215;10^-4mm／N，（8．10&;#177;0．64）&;#215;10^-4比（4．97&;#177;0．05）&;#215;10^-4mm／N，（9．18&;#177;0．65）&;#215;10^-4比（5．82&;#177;0．76）&;#215;10^-4mm／N，（11．10&;#177;1．04）&;#215;10^-4比（6．67&;#177;0．40）&;#215;10^-4mm／N，P〈0．05]；稳定骨折组应力应变大于骨折愈合组。②不同状态锁钉固定应力应变比较：4号钉2枚〈3号钉2枚〈4号钉1枚〈3号钉1枚。结论：在远端两枚锁钉中，靠近侧的锁钉应力应变更大。远端改用一枚锁钉固定后，远端锁钉承受的应力应变进一步显著增加，且以离骨折线较近的一枚锁钉固定应力应变更大，易发生断裂及退钉，故应以两枚锁钉固定远端并远离骨折线。     

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&;#177;0．135）和（1.310&;#177;0．217）mm，正等腰三角形组股骨头下沉位移（1556&;#177;0．235）和（1．975&;#177;0．250）mm；扭转2&;#176;和4&;#176;所需力矩，倒等腰三角形组（3．148&;#177;0．765）和（6．658&;#177;2．021）N&;#183;m，正等腰三角形组（2．847&;#177;1.130）和（5．392&;#177;1．601）N&;#183;m；最大垂直载荷倒等腰三角形组（2069．97&;#177;200．864）N，正等腰三角形组（1614．57&;#177;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。     

自体肌腱重建前交叉韧带后的生物力学转归

目的：建立犬自体屈肌腱重建前交叉韧带模型，比较重建后不同时期移植物总体最大抗拉强度和刚度的变化。 方法：实验于2005-01／12在上海市第六人民医院动物实验中心和上海交通大学力学研究中心完成。采用成年比格犬21只，随机数字表法分为重建前交叉韧带组15只，正常对照组6只。①重建前交叉韧带组建立犬自体屈肌腱重建前交叉韧带模型，不锈钢螺钉悬吊固定。15只犬分别于术后0．5，1，1．5，3，6个月各时间点取材，3只／次。取材包括股骨远端和胫骨近端以及连接两者的重建的前交叉韧带，其余连接股骨和胫骨的组织均去除，然后测量移植物最大抗拉强度和刚度的变化。②正常对照组不造模，切取犬双膝包括股骨远端和胫骨近端以及连接两者的前交叉韧带，其余连接股骨和胫骨的关节囊及韧带全部清除，取其标本进行力学测定。③拉力检测方法均是通过Zwick万能材料试验机进行拉力测试，预牵拉2N，牵拉速度10mm／min，测试两组最大抗拉强度和刚度，并记录标本拉断点的位置。 结果：实验采用成年比格犬21只，全部进入结果分析。①正常对照组最大抗拉强度和刚度的测试结果：屈肌腱的最大抗拉强度为（564．15&;#177;36．18）N，刚度为（59．89&;#177;4．28）N／mm；前交叉韧带的最大抗拉强度平均为（684．75&;#177;48．10）N，刚度为（74．34&;#177;6．99）N／mm，所有前交叉韧带拉断点均在关节内部分；重建后即刻移植物的总体最大抗拉强度为（301．92&;#177;15．04）N，刚度为（31．35&;#177;1．97）N，所有拉断点均在骨隧道内编织线处。②重建前交叉韧带组术后不同时间点最大抗拉强度和刚度的变化：术后0．5，1，1．5，3，6个月移植物最大抗拉强度分别为（72．59&;#177;6．17）N，（34．26&;#177;2．12）N，03．91&;#177;6．88）N，（180．97&;#177;6.25）N，（393．93&;#177;32．46）N；移植物刚度分别为（13．18&;#177;1．23）N／mm，（6．56&;#177;1．35）N／mm，（13．27&;#177;2．10）N／mm，（22．46&;#177;2．29）N／mm，（28．74&;#177;1．30）N／mm。③术后不同时间点两组最大抗拉强度和刚度的比较：术后0．5, 1，1．5，3，6个月。重建前交叉韧带组移植物总体最大抗拉强度分别是正常对照组重建后即刻的24．0％，11.3％，24．5％，60．0％，130．5％；移植物刚度分别是正常对照组重建后即刻的42．0％，20．9％，42．3％，71．7％，91．7％。 结论：犬自体屈肌腱重建前交叉韧带后随时间的延长，移植物总体最大抗拉强度和刚度呈由强到弱再缓慢增强的趋势，为临床重建术后康复计划的制定提供实验数据。     

股骨颈自锁钉板系统的研制及其生物力学结构测试

背景：应用于股骨颈骨折的内固定器材种类繁多，但均存在较多的生物力学缺陷。目的：研制应用于股骨颈骨折的新型内固定器械并了解其生物力学特性。设计：随机对照的开放性实验。地点和对象：在第一军医大学生物力学重点实验室进行，12具新鲜人尸体股骨干标本为测试材料。干预：根据股骨颈骨折的病理和生物力学特点，设计由主钉，辅钉，自锁钢板组成的钉板系统(self-locking screw plate svstem，SLSP)。分4组进行生物力学比较测试：①SLSP。②3枚空心加压钉(there compressivescrews,TCS)。③Hansson钉(Hansson pin，HP)。④动力髋螺钉(Dvnamirhip screw,DHS)。主要观察指标：不同组内固定后股骨头的下沉位移(刚度)、水平位移(刚度)以及抗扭转强度和极限载荷。结果：上述4组固定在600N纵向载荷时的下沉位移分别为：(4．25&;#177;O．20)，(5．58&;#177;0．41)，(5．87&;#177;0．35)，(6．40&;#177;O．43)mm。水平位移分别为：(1．78&;#177;0．25)，(2．41&;#177;O．04)，(2．42&;#177;O．25)，(2．79&;#177;0．31)mm。SLSP与各组之间均存在统计学差异(P＜O．01)。取等量扭矩1N&;#183;m时的扭角比较，SLSP组的扭角分别较TCS组、HP组和DHS组小15％。35％和43％,差异有显著性意义(F=96．7，P＜O．01)。SLSP的极限载荷和位移分别为(3830&;#177;66)N和(7．49&;#177;1．2)mm，其极限载荷明显高于其他3组。结论：采用SLSP系统进行股骨颈骨折内固定后，股骨头在下沉位移(刚度)、水平位移(刚度)以及抗扭转强度和极限载荷均高于其他3种固定形式。股骨颈自锁钉板系统通过自锁机制将钢板和螺钉两者有机地结合在一起，在股骨颈内构成稳定的力学结构，能有效地对抗股骨颈骨折后的有害应力。     

应用生物力学的方法观察十一酸睾酮对老年雄性大鼠骨的作用

目的：运用生物力学的方法，观察雄激素十一酸睾酮在动物大体内对老年大鼠骨的作用。方法：实验于2002-10在上海市伤骨科研究所完成。鼠龄23个月Wistar雄性大鼠20只，随机分为治疗组10只、空白对照组10只，另选鼠龄3个月Wistar雄性大鼠10只为青年对照组，治疗组十一酸睾酮26．7mg／kg灌胃．1次／d给药两周，后改为维持剂量（药量减半）用药，空白对照组和青年对照组给予普通饮食。1个月后取材，并在取材前第3天、第13天行四环素标记。①取各组大鼠左侧股骨做三点抗弯实验测定最大载荷、最大应力、最大应变、弹性模量、抗弯硬度、吸收能量。②取各组大鼠第五腰椎做椎体抗压实验测定最大载荷、最大应力、最大应变、弹性模量、抗压硬度、吸收能量。结果：实验大鼠30只均进入结果分析。①与空白对照组相比，股骨的最大载荷、吸收能量、最大应力值显著增高[治疗组：（129．08&;#177;12．36）N，（49.40&;#177;7.4）Nmm．（128.47&;#177;16．73）N／mm^2，青年对照组：（132．04&;#177;25．84）N，（64．27&;#177;10．73）Nmm．（145.78&;#177;23．54）N／mm^2，空白对照组：（102．03&;#177;11．62）N，（32．00&;#177;8．50）Nmm，（107．55&;#177;17．37）N／mm^2，P〈0．011，弹性模量、抗弯硬度值亦明显增加[治疗组：（4072．1&;#177;434）mN，（214．73&;#177;40）N／mm，青年对照组：（4318．6&;#177;201）mN，（281．17&;#177;66．85）N／mm，空白对照组：（3624．7&;#177;269）mN，（189．47&;#177;45．2）N／mm，P〈0．051，其中最大载荷增加26．5％，抗弯硬度增加13.3％。②与空白对照组相比，治疗组第五椎体最大载荷增加29．2％俨〈0．05），抗压硬度增加34．6％（P〈0．01），弹性模量值增加39．93％（P〈0．01），最大应力值增加19．45％（P〈0．05）。结论：雄激素能够提高骨的力学性能，增加骨强度。     

动力加压交锁髓内钉治疗胫骨不稳定性骨折疗效分析

目的：探讨动力加压交锁髓内钉在胫骨不稳定性骨折治疗中的临床效果。方法：将2009年1月至2012年1月收治的胫骨不稳定性骨折患者40例随机分为实验组和对照组分别采用动力加压交锁髓内钉和加压钢板的方式予以固定手术治疗，术后随访1年，对患者恢复情况采用Johner—wmh标准评分，比较不同治疗方法的临床效果。结果：实验组患者在术后半年、一年的有效率分别为90％和95％，明显高于对照组相应时点的75％和80％，P均〈O．05。结论：与传统的加压钢板固定相比，动力加压交锁髓内钉治疗胫骨不稳定骨折的固定更牢靠．能提高胫骨不稳定性骨折的治疗效果，建议临床推广使用。     

应用X射线计算机图像处理分析不同内固定物材料性能对兔胫骨骨折愈合过程中骨痂含量的影响

背景：骨折愈合方式有一期和二期愈合，二期愈合同自然愈合过程相接近。一些实验结果证实，即使应用非常坚硬的AO钢板，能达到胫骨一期愈合的也仅占37％。不同的内固定材料对骨折愈合过程中骨痂的形成及其含量有着不同的影响。目的：应用计算机辅助判断不同内固定材料对骨折愈合不同阶段骨痂的形成及其含量的影响。设计：随机对照观察。单位：第二军医大学长海医院骨科，第二军医大学实验动物中心。材料：实验于2000-03／2001-07在第二军医大学实验动物中心,和骨科实验室完成。随机抽取新西兰兔51只，雌雄不限，按内固定物的不同分成3组，每组17只。矩形髓内钉组，Ender钉组和不锈钢接骨板组。方法：先行骨折动物模型的造模术，骨折内固定部位为兔左胫腓骨交界下2mm处，均不用外固定。每组动物于内固定术后2，3，4，8，12周分别拍摄手术侧胫骨正侧位X射线片。拍片后各组处死3只动物进行骨痂肉跟观察及骨痂的最大直径测量，对不同时期X射线片变化作定量分析，将X射线片经扫描仪扫描输入到计算机，经图像处理系统，用光标定出各实验侧骨痂区相同的面积，用积分法计算出各组不同时期的骨痂灰度密度积分。实验组各组间差异性用方差分析和SNK检验进行分析处理。主要观察指标：观测不同时期X射线片测量的骨痂的最大直径，计算各组不同时期骨痂灰度密度积分。结果：纳入实验动物51只，因腹泻死亡4只及伤口局部感染骨外露，共脱失6只。矩形髓内钉组、Ender钉组和不锈钢接骨板组各脱失2只，进入结果分析动物数45只。①骨痂直径测量结果：同组相比8周时骨痂直径最大；同期比较矩形髓内钉组的骨痂直径最大，Ender钉组次之，不锈钢接骨板组最少[4周为（11．24&;#177;0．38），（10．86&;#177;0．65），（8．12&;#177;0．36）mm；8周为（13．56&;#177;0．88），（12．84&;#177;0．20），（10．52&;#177;0．68）mm；12周为（12．66&;#177;0．65），（11．84&;#177;0．55），（9．68&;#177;0．27）mm。矩形髓内钉组、Ender钉组和不锈钢接骨板组组间均有显著差异，矩形髓内钉组和Ender钉组相比则无显著差异。②骨痂灰度密度分析显示结果：同组的骨痂灰度密度值随术后时间的增加而增大；同期比较矩形髓内钉组的骨痂灰度密度积分值最高，Ender钉组次之，不锈钢接骨板组最少[4周为89．11&;#177;1．05，86．42&;#177;3．12，47．28&;#177;1．57；8周为159．69&;#177;3．64，148．72&;#177;1．68，79．63&;#177;2．41：12周为192．46&;#177;4．96，186．53&;#177;1．84，107．3&;#177;2．37]。矩形髓内钉组、Ender钉组和不锈钢接骨板组组间均有显著差异，矩形髓内钌组和Ender钌组相比，8周后组间差异显著。结论：矩形髓内钉组和Ender钉组在骨折不同时期的骨痂量较不锈钢接骨板组多，促进了骨折愈合。利用骨痂量来判断骨折的愈合程度是一传统的方法，具有直观明了、客观确实、简单实用等特点。结合计算机图像分析处理可以避免阅片时的主观性，同时进行的数字化处理不仅可以更好的帮助判断骨痂的量，而且还可以帮助判断骨痂的质。对临床治疗起着更好的指导作用。     

锁孔和锁钉杆过渡配合交锁髓内钉内固定骨折断端的生物稳定性

背景：随着交锁髓内钉的广泛使用,使骨折延迟愈合、交锁钉断裂等问题逐渐显露出来,在此情况下,一种锁孔和锁钉杆过渡配合交锁髓内钉应运而生。目的：观察新设计的锁孔和锁钉杆直径过渡配合交锁髓内钉和传统交锁髓内钉固定骨折稳定性的比较。方法：应用8具两侧股骨骨折标本,分别采用8根锁孔和锁钉杆直径过渡配合交锁髓内钉和传统交锁髓内钉固定骨折断端。实验组应用定制髓内钉远端瞄准微调装置配套安装器械锁钉,使用定制的直径4．3mm锁钉交锁固定;对照组应用常规的配套安装器械,常规的直径4．0mm锁钉交锁固定,给予两组股骨固定标本,分别记录测量两组股骨骨折断端左右、前后、旋转移位情况,来进行骨折固定稳定性比较。结果与结论：锁钉杆过渡配合髓内钉固定股骨中下段骨折,在10N受力的情况下,股骨骨折断端平均有左右移位1．22mm、前后移位1．2mm、旋转移位0．33mm;传统交锁髓内钉锁孔在10N受力的情况下,股骨骨折断端平均有左右移位3．26mm、前后移位3．37mm、旋转移位2．15mm,锁钉杆过渡配合髓内钉固定股骨骨折,骨折断端左右、前后、旋转移位明显小于传统交锁髓内钉,有显著性差异。说明锁孔和锁钉杆直径过渡配合交锁髓内钉置入内固定可明显提高骨折断端的稳定性。