纵向生理加压外固定器的生物力学分析

背景：目前骨外固定器大多为刚性结构,对骨折端存在过多的应力遮挡,影响骨折愈合速度及骨痂质量,甚至骨折发生不愈合。目的：观察纵向生理加压外固定器固定胫骨中段横断骨折后与人体正常胫骨生物力学强度的差异。方法：选取12根新鲜胫骨标本随机分为试验组和对照组,试验组分别用线锯造成胫骨中段横断骨折,纵向生理加压外固定器固定;对照组即正常胫骨。分别进行轴向载荷、弯曲载荷、扭转载荷作用下的力学实验,记录每一级加载后胫骨的位移及扭转角度,计算出轴向压缩刚度、弯曲刚度及扭转刚度。结果与结论：在生理范围内加载下,试验左右应变略大于对照组,但其固定后整体刚度与对照组无显著性差异（P〉0.05）;试验组的弯曲应变大于对照组,但其整体刚度与对照组无显著性差异（P〉0.05）;两组整体扭转刚度无明显差异（P〉0.05）;试验组极限弯曲载荷明显大于对照组（P〈0.05）。提示纵向生理加压外固定器能够达到足够的生物力学强度,有良好的稳定性,对骨折能起到生物学固定。     

三种固定器械置入固定胫骨骨折的生物力学分析

背景:胫骨骨折后以胫骨骨折髓内钉、钢板内固定和外固定支架固定后骨折断端的轴向压缩、弯曲、扭转力将发生怎样的变化?目的:对比观察胫骨轴向控制髓内钉,胫骨接骨钢板及胫骨外固定支架3种内外固定器械置入固定胫骨骨折的生物力学特性.设计、时间及地点:观察性实验,于2007-08在吉林大学力学实验中心完成.材料:新鲜胫骨标本9对,由白求恩医科大学解剖教研室提供;夹具由吉林大学力学实验中心提供;胫骨轴向控制髓内钉为上海浦卫医疗器械厂产品;胫骨接骨板(钢板)为常州华森医疗器械有限公司产品;胫骨外固定支架为常州市康辉医疗器械有限公司产品.方法:9对新鲜尸体胫骨,随机分为髓内钉组,接骨板组和外固定支架组,每组3对.以线锯在胫骨中段锯开,制成DAT分类A1型骨折模型,分别以胫骨轴向控制髓内锁钉、钢板、外固定支架固定标本,在电子万能试验机上对3组标本进行轴向压缩实验和弯曲实验,在扭转试验机上进行扭转实验.主要观察指标:标本承受轴向压缩、弯曲载荷时的位移值和在转矩作用下扭转角度.结果:髓内钉组轴向压缩,弯曲位移小于接骨板组和外固定支架组,但差异无显著性意义(P > 0.05),髓内钉固定组扭转角度小于接骨板组和外固定支架组,差异有显著性意义(P < 0.05).结论:髓内钉内固定胫骨骨折组标本抗弯、抗扭、抗轴向压缩能力强,具有较好的力学特性.钢板固定组和外固定支架组抗弯和抗轴压缩能力也较强,虽抗扭转能力不如髓内钉组,但也具有较好的力学特性.     

轴向控制动力性锁钉的生物力学特性

目的:交锁髓内钉是目前国内外应用于长管状骨骨折内固定的主流,但其静力性固定特性将有可能导致材料的力学失败,引起相关并发症,基于此,设计了轴向控制动力性锁钉并进行生物力学测试.方法:实验于2006-10/12在南方医科大学生物力学实验室完成.①自制轴向控制动力性锁钉的结构:由锁钉和髓内钉组成,髓内钉的近端增加了2个夹角为60°轴向控制板,轴向控制板正面为梯形,斜角为10°,厚0.8 mm,高度为8 mm.②轴向控制动力性锁钉与交锁钉生物力学比较:将8对新鲜尸胫骨标本用线锯在胫骨中段制成OTA分类A1型骨折模型,分别用胫骨轴向控制动力性锁钉与交锁钉固定,安装在MTS858实验机上,进行抗压缩、弯曲及扭转测试分析,施加的轴向负荷为700 N,测试速度0.1 mm/s;弯曲负荷为300 N,速度0.1 mm/s,扭矩4 Nm,速度0.3 (°)/s.结果:轴向控制动力性锁钉压缩应变值明显小于交锁钉组,差异有非常显著性意义(P < 0.01),轴向控制动力性锁钉抗的扭转刚度、冠状面和矢状面弯曲刚度与交锁钉组比较差异无统计学意义(P > 0.05).结论:轴向控制动力性锁钉在抗弯曲和抗扭转方面能达到或接近交锁钉的强度,在抗压缩方面强于交锁钉.说明轴向控制动力性锁钉能起到动力性固定的作用,具有良好的生物力学性能,是治疗胫骨骨折的一种可供选择的新型髓内固定器械,能够满足临床需要.     

儿童股骨近端解剖钢板生物力学及三维有限元分析

背景:以往的三维有限元研究多集中在成人骨科生物力学方面。目的:以三维有限元方法分析儿童股骨近端解剖钢板固定股骨转子下骨折的生物力学性能。方法:从6具儿童尸体上取股骨12根,X射线排除骨病后分为2组,实验组采用儿童股骨近端解剖钢板固定,对照组采用重建钢板固定。分别进行生物力学实验,测试其轴向压缩、扭转刚度、弯曲刚度。选取1名健康男性儿童进行螺旋CT扫描技术,获得股骨近端图像数据,建立儿童股骨近端三维有限元模型,并进行三维有限元力学分析。结果与结论:在轴向压缩刚度、扭转刚度上儿童股骨近端解剖钢板与重建钢板两者比较差异无显著性意义(P>0.05);在抗弯曲刚度上,两者相比差异有显著性意义(P<0.05)。结果显示儿童股骨近端解剖钢板的抗压能力、抗扭能力上与重建钢板相当,而在抗弯曲能力上强于重建钢板。生物力学三维有限元分析显示儿童股骨近端解剖型钢板的设计符合生物力学原理,具有较好的强度、刚度和稳定性,能够满足对儿童股骨近端骨折固定的需要。儿童股骨近端解剖型钢板对固定股骨转子下骨折具有良好的生物力学性能。     

股骨静力交锁髓内钉生物力学性能及对骨折愈合的影响

背景:交锁髓内钉是治疗股骨骨折的常用内固定器械,术中是否常规提拉加压,以及术后是否及时动力化,对骨折愈合起着至关重要的作用,如何通过干扰各种因素来提高骨折愈合率是人们研究的重点.目的:观察股骨静力交锁髓内钉生物力学性能及对骨折愈合的影响.方法:采用甲醛浸泡的成人尸体股骨标本8对,制成中段横形骨折模型后分别用静力型交锁髓内钉(髓内钉组)、TiNi环抱式接骨板(环抱器组)、有限接触动力加压接骨板(加压钢板组)固定,测试抗轴向压缩、抗三点弯曲和抗扭转力学性能,计算应力遮挡率.结果与结论:髓内钉组与加压钢板组相比,抗轴向压缩性能和抗三点弯曲性能相当(P>0.05),但抗扭转性能较弱(P<0.05);与环抱器组相比,抗轴向压缩性能和抗三点弯曲性能较强(P<0 05),而抗扭转性能差异无显著性意义(P>0.05);髓内钉组的应力遮挡率与加压钢板组差异无显著性意义(P>0.05),明显高于环抱器组(P<0.01).提示交锁髓内钉的生物力学稳定性可靠,但应力遮挡率较高,临床应用时需及时对其动力化,促进骨折愈合.     

三叉形股骨膨胀式空心加压螺钉的研制及生物力学分析

背景：传统治疗股骨颈骨折的内固定器械在骨-螺钉界面握持力不足或术后承载负荷过大时,可造成螺钉的松动或拔出,内固定失效率较高。目的：研制三叉形股骨膨胀式空心加压螺钉,并分析其生物力学性能。方法：根据股骨颈骨折的特殊生物力学特性研制的三叉形股骨膨胀式空心加压螺钉,由中空主钉和可拧入主钉内孔道的内栓部分组成,通过内栓旋入后对主钉前部的挤压产生膨胀加压作用。以传统AO空心加压螺钉作为对照组进行生物力学实验,分别进行轴向压缩实验、三点弯曲实验、最大轴向拔出力实验。结果与结论：在300N的轴向外力作用或弯曲外力下,实验组轴向压缩刚度、弯曲刚度高于对照组（P〈0.05）,纵向位移及桡度低于对照组（P〈0.05）。实验组最大轴向拔出力高于对照组（P〈0.05）。表明三叉形膨胀式空心加压螺钉固定牢靠,生物力学性能明显优于普通AO空心螺钉,具有较好的抗轴向压缩能力及抗弯曲、抗旋转能力,在抗拔出性方面更具有普通AO空心螺钉所不具备的优势。     

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。     

胫骨中段骨折螺钉数量的生物力学实验

背景:接骨板固定常用于胫腓骨骨折的治疗,主张使用长钢板低密度螺钉固定,但目前对于胫骨中段骨折应用螺钉多少问题看法不一,且缺少生物力学依据.目的:观察胫骨中段骨折用有限接触型动力加压接骨板内固定时螺钉数量对骨折生物力学的影响.设计、时间及地点:随机分组设计,对比观察,于2008-07/09在南方医科大学人体解剖学生物力学实验室完成.材料:选取新鲜20～40岁成人尸体胫骨标本45根,长度30～38 cm,平均34 cm.方法:45根尸体胫骨标本随机抽签法分为3组,每组15根,分别作以下3种状态下的实验.测定完整的新鲜人胫骨在扭转、三点弯曲、压缩等状态下的应力-应变指标,确定垂直压缩应力为0～1 000 N,扭转角度为0°～3°,三点弯曲应力为0～400 N.然后制成中段斜行无缺损骨折模型.以14孔不锈钢AO有限接触型动力加压接骨板固定,分别使用6,10,14枚螺丝钉,测定扭转、三点弯曲、压缩等应力-应变指标,进行统计学分析.主要观察指标:6枚,10枚和14枚螺丝钉固定不同压缩力垂直压缩时竖直方向应变及侧方应变值,不同扭转角度扭转时平均扭矩及不同加载应力三点弯曲压缩竖直方向应变.结果:6,10,14枚螺丝钉固定垂直压缩时竖直方向应变值两两比较差异无显著性意义(P>0.05).6,10.14枚螺丝钉固定侧方应变值两两比较差异无显著性意义(P>0.05).6,10,14枚螺丝钉固定扭矩两两比较差异无显著性意义(P>0.05).6,10,14枚螺丝钉固定三点弯曲竖卣方向应,变值分别为0.149±0.098,0.139±0.003,0.258±0.001,6枚螺丝钉和10枚螺丝钉相比,差异无显著性意义(P>0.05),14枚螺丝钉和其他曲种情况相比,差异有显著性意义(P<0.01).结论:材质相同、厚度相同、宽度相同、长度相同的钢板,使用不同数量螺钉(6,10,14枚),抗垂直压缩稳定性、抗扭转稳定性无明显差异,抗巧曲稳定性14枚螺丝钉反而较差.     

纵向生理加压外固定治疗胫腓骨中段横断骨折56例分析

自2008-10-2010-05我院利用纵向生理加压骨折外固定器治疗胫腓骨中段横断骨折56例,效果良好,分析如下。1临床资料1.1一般资料本组男39例,女17例;年龄8～73(平均35)岁,以20～40岁居多。致伤原因:车祸伤31例,坠落伤22例,跌伤3例。胫骨骨折位置:左侧30例,右侧26例。骨折类型     

纵向生理加压外固定器治疗胫腓骨双骨折的安全性

背景：目前临床应用的大多数外固定支架都是机械的框架结构,对骨折端有较大的应力遮挡,不利骨折愈合,课题组结合现代骨科理论的发展,设计了一种带有燕尾滑动装置的外固定器,在保证固定强度可靠的情况下,利用自身重力及肌力的收缩,给予骨折端适宜的压力,从而有利于愈合,缩短骨折愈合时间。目的：观察纵向生理加压外固定器治疗胫腓骨双骨折的效果。方法：选择2005-01/2011-03河南省中医院骨科采用纵向生理加压外固定器固定的胫腓骨双骨折患者30例为治疗组,以往在河南省中医院骨科使用单侧多功能外固定支架的随访患者20例为对照组。两组除外固定器不同外,其他条件均衡一致。结果与结论：从安全性、膝踝关节活动度、X射线片等指标综合分析,治疗组临床疗效优于对照组（P〈0.05）。治疗组仅1例伤口感染,对照组2例固定针松动,1例进针点伤口感染,通过临床对症处理,达到满意恢复。初步表明纵向生理加压外固定器有良好的安全性能,能缩短骨折愈合时间,缩短骨痂的塑形期。