生物型空心松质骨螺钉的力学强度研究

目的 研发生物型空心螺钉并评价其力学性能,为今后经螺钉尾部注射富集骨髓干细胞并经螺钉扩散治疗骨折,特别是促进股骨颈骨折术后骨愈合、预防股骨头坏死提供理论基础.方法 对用于股骨颈骨折治疗的内固定TC4钛合金空心松质骨螺钉(直径7.3 mm)进行改良,设计研制封堵尾帽,并在长900 mm的空心松质骨螺钉的螺杆上设计侧孔,侧孔沿螺钉轴线排列,第1侧孔距钉尖20 mm,以后每个侧孔间距10 mm,依次为侧孔 0～6个不等.侧孔为0的螺钉作为对照,其余分成平行于孔加力A组和垂直于孔加力B组,应用Instron材料试验机对螺钉进行3点弯曲测试,统计分析侧孔的数量及加压方向与螺钉力学强度的关系.结果 (1)平行于孔加力A组,即当螺钉侧孔方向面对受力方向,侧孔数量为0、1、2个时,螺钉受压应变达到3 mm,最大载荷和弹性模量均没有统计学差异;而当侧孔数量增加至3个以上时,最大载荷和弹性模量均出现明显下降,有统计学意义(P＜0.05).(2)垂直于孔加力B组,即当螺钉侧孔方向垂直于受力方向,侧孔数量为0、1、2个时,螺钉受压应变达到3 mm,最大载荷间没有统计学差异(P＞0.05),侧孔数量为0、1、2、3个时,螺钉的弹性模量间没有统计学差异(P＞0.05);而当侧孔数量增加时,最大载荷(≧3个侧孔)、弹性模量(≧4个侧孔)均出现明显下降,有统计学意义(P＜0.05).(3)当侧孔数≧3个时,垂直于孔加力组螺钉所能承受的最大载荷和弹性模量均高于同等侧孔数目螺钉受到平行于孔加力时的结果(P＜0.05).结论 (1)直径7.3 mm钛合金空心松质骨螺钉的侧孔数目控制在2个以内,对螺钉的力学性能无明显影响;(2)若螺钉侧孔数≧3个,螺钉侧孔方向垂直于载荷方向较平行于载荷方向,能提供更强的力学性能.本研究为今后生物型空心螺钉的临床开发和使用提供了理论依据和支持.