加压自断螺栓辅助接骨板微创治疗胫骨平台双髁骨折的生物力学和临床研究

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胫骨平台骨折是膝关节部位创伤中最常见的关节内骨折。该部位的骨折多为暴力损伤所致,常见于交通事故或者高空坠落,膝关节受轴向暴力或者内、外翻暴力造成。骨折的同时多伴有膝关节周围软组织的损伤,内外翻或者过伸过屈暴力甚至会造成膝关节半月板或者韧带的损伤。其中胫骨平台双髁骨折属于最复杂的胫骨平台骨折类型(SchatzkerⅤ-Ⅵ),多见于高能暴力损伤,不仅因为其骨折移位方式复杂多样,而且多伴有关节附属结构如半月板,韧带的损伤。如处理不当会造成多种术后不良并发症,此类骨折的手术治疗对骨科医师来说一直比较棘手。手术治疗的目标是恢复下肢的力线,最重要的是要准确的关节内复位,恢复膝关节功能。解剖复位,坚强内固定,塌陷部位植骨固定被认为是胫骨平台手术治疗的三个要素。然而此类骨折术后复位丢失及内固定失败率一直较高。关于骨折复位程度与内固定强度之间的关系,以往并没有此方面的研究。为了明确这一问题,我们设计了测量不同复位程度下胫骨近端锁定加压接骨板固定骨折部位生物力学强度的变化,明确胫骨平台不同复位程度对内固定物固定强度的生物力学变化。对于胫骨平台双髁骨折手术而言,解剖复位以后如何坚强固定同样重要,尤其是如何防止术后胫骨平台增宽。针对这一问题,我们团队原创性的设计了一种加压自断螺栓(slot-designed compression bolt,SCB)辅助胫骨近端双侧锁定加压接骨板微创治疗胫骨平台骨折。通过生物力学研究,比较胫骨平台双髁骨折采用加压自断螺栓与普通锁定螺钉辅助双钢板两种不同固定方式的生物力学特性,为加压自断螺栓在胫骨平台关节内骨折的临床应用提供生物力学依据。在胫骨平台骨折术后常见并发症中,手术部位感染(Surgical site infection,SSI)是大多数骨科和创伤外科医生面临的挑战之一。如何更好地预防术后感染的发生远比治疗术后感染重要。为了能更准确的预测术后感染,找出术后感染的相关预测因素,我们前瞻性研究了胫骨平台骨折切开复位内固定术后SSI的流行病学特征和相关预测因素。为胫骨平台骨折术后感染的预防提供了数据支持。第一部分胫骨平台双髁骨折复位程度不同时钢板螺钉内固定系统的生物力学稳定性分析目的:比较胫骨平台双髁骨折(SchatzkerⅤ-Ⅵ)复位程度不同时对固定骨折部位的锁定钢板螺钉内固定系统生物力学稳定性的影响。方法:1.36例经福尔马林防腐处理的成年男性膝关节标本,建立胫骨平台双髁骨折模型。分别在胫骨平台双髁骨折横向复位间隙为0mm,1mm,2mm,3mm时使用内外侧胫骨近端加压锁定钢板及锁定螺钉固定,对制作的四组模型进行轴向压载试验、水平扭转实验和循环轴向负荷试验。2.生物力学机器的压力负荷范围为0-1000N,记录轴向压载负荷为400N,700N,1000N时各组的轴向位移;测试出水平扭转5°时各组的扭转刚度;记录循环轴向负荷为100-400N,100-700N,100-1000N时各组的轴向位移。每个标本每次进行10个循环测量。3.使用SPSS25.0软件进行数据处理。计量资料首先使用Shapiro-Wilk检验判断数据是否符合正态分布,对于符合正态分布且方差齐性的数据,以均数±标准差(x±s)表示,四组计量资料采用单因素方差分析O ne-Way ANOVA法,各组间的两两比较采用Tukey法。结果:在轴向压载试验中,复位间隙0mm组与1mm组的之间的轴向位移差异无统计学意义。复位间隙为2mm和3mm组在三种负荷下的轴向位移均显著高于复位间隙为0mm和1mm组,且与复位间隙为0mm和1mm组两两比较的轴向位移差异有统计学意义。在水平扭转试验中,顺时针扭转5°时,随着复位间隙的增大,系统扭转刚度也逐渐下降,且各组之间的扭转刚度差异均有统计学意义。在循环轴向负荷试验过程中,在100-400、100-700和100-1000三个区间的循环水平下,复位间隙0mm组与1mm组的之间的循环轴向位移差异无统计学意义。复位间隙为2mm和3mm组在三种负荷下的循环轴向位移均显著大于0mm和1mm组,且与0mm和1mm组两两比较的循环轴向位移差异有统计学意义。结论:胫骨平台双髁骨折的骨折块的复位程度对胫骨平台周围的生物力学稳定性产生影响。复位后骨折线间的间隙增大会导致胫骨平台内外侧钢板螺钉内固定系统的垂直刚度和扭转刚度降低。对于胫骨平台双髁骨折而言,解剖复位是恢复生理状态的最佳方案,当骨折分离移位为0-1mm时,即不大于1mm时,坚强内固定可使胫骨平台周围内固定的系统刚度维持稳定,当骨折分离移位大于2mm时,会使胫骨平台周围内固定的系统刚度显著减低。第二部分加压自断螺栓与锁定螺钉辅助接骨板固定胫骨平台双髁骨折的生物力学对比研究目的:加压自断螺栓辅助锁定钢板与锁定螺钉辅助锁定钢板固定胫骨平台双髁骨折(SchatzkerⅤ-Ⅵ)的生物力学特点及稳定性。方法:将36例成年男性胫骨防腐标本,建立胫骨平台双髁骨折模型。记录当压力负荷为400、600、800和1000N时,分析两种不同固定方式分组的轴向位移、系统扭转刚度和循环负荷位移的数据变化。1.36例经福尔马林防腐处理的成年男性膝关节标本,胫骨平台双髁骨折模型。根据随机数字表将骨折模型分为2组,一组使用锁定螺钉辅助双侧锁定加压接骨板固定,另一组使用加压自断螺栓辅助双侧锁定加压接骨板固定。对两组模型进行垂直压载试验、水平扭转实验和循环轴向负荷试验。2.生物力学机器的压力负荷范围为0-1000N,记录轴向压载负荷为400、600、800和1000N时各组的轴向位移;测试出水平扭转5°时各组的扭转刚度;记录循环轴向负荷为100-400N,100-600N,100-800和100-1000N时各组的轴向位移。每个标本每次进行10个循环测量。3.使用SPSS 25.0软件进行数据处理。计量资料首先使用Shapiro-Wilk检验判断数据是否符合正态分布,对于符合正态分布且方差齐性的数据,以均数±标准差(x±s)表示,四组计量资料采用单因素方差分析O ne-Way ANOVA法,各组间的两两比较采用Tukey法。结果:在轴向载荷试验中,轴向负荷增大为400、600、800、1000N时,加压自断螺栓辅助锁定钢板组的轴向刚度均显著高于普通锁定螺钉辅助锁定钢板组,差异有统计学意义。在水平扭转载荷试验中,顺时针扭转5°时,加压自断螺栓辅助锁定钢板组与普通锁定螺钉辅助锁定钢板组的扭转刚度间差异无统计学差异。在循环轴向载荷试验中,在100-400、100-600、100-800和100-1000 N,四个循环区间水平下,加压自断螺栓辅助锁定钢板组的压缩位移比普通锁定螺钉辅助锁定钢板组显著降低,两组间差异有统计学意义。结论:与普通锁定螺钉相比,加压自断螺栓辅助双侧锁定加压接骨板固定胫骨平台双髁骨折固定强度更加坚强可靠,具有更高的系统刚度。加压自断螺栓在固定骨折与普通锁定螺钉相比具有关节内加压的作用,使骨折复位更加稳定。第三部分双反牵引微创治疗与切开复位内固定治疗胫骨平台双髁骨折术后影像学及疗效对比研究目的:比较使用双反牵引复位器闭合复位微创治疗胫骨平台双髁骨折(SchatzkerⅤ-Ⅵ)与常规切开复位内固定(ORIF)术的影像学结果以及疗效分析。方法:对2014年10月至2019年12月收治的78例胫骨平台双髁骨折(SchartzkerⅤ-Ⅵ)患者的临床资料进行回顾性分析,其中40例采用传统的切开复位内固定手术治疗,38例采用双反牵引复位器闭合复位微创治疗。从计算机影像系统和电子病历系统收集两组患者的手术相关指标;术后一年患者随访的膝关节功能评分(HSS评分系统);术后一年随访的影像学结果:包括胫骨平台近端内侧角(MPTA),胫骨平台后倾角(PSA),胫骨平台压缩和胫骨平台增宽复位丢失。统计分析两组之间的差异。结果:采用双反牵引闭合复位微创手术组在手术时间(153.55±51.82min vs 192.25±58.67 min,P=0.002)和术中出血量(313.95±195.94 ml vs473.75±171.34 ml,P<0.001)上均优于切开复位内固定组。在患者术后一年随访时,影像学结果包括胫骨平台压缩复位丢失(1.17±0.64 mm vs 1.45±0.57 mm,P<0.001),胫骨平台增宽复位丢失(1.14±0.58 mm vs 1.51±0.45 mm,P<0.001)和胫骨平台后倾角(8.76±0.53 mm vs 9.12±0.81 mm,P=0.025),采用双反牵引闭合复位微创手术组均优于常规切开复位内固定组。术后一年随访膝关节功能评分显示,闭合复位微创治疗组的HSS评分(86.08±8.06 vs 83.31±8.70,P=0.014)优于切开复位内固定组。其他手术资料及末次随访变量差异无统计学意义(P>0.05)。结论:与常规的切开复位内固定相比,双反牵应闭合复位微创治疗胫骨平台双髁骨折具有出血量少,手术时间短的优势。临床效果和影像学结果也优于常规切开复位内固定组,同时降低了不良并发症的发病率。第四部分切开复位内固定治疗成人闭合胫骨平台骨折手术部位感染的发生率和危险因素的前瞻性队列研究目的:手术部位感染是切开复位内固定治疗胫骨平台骨折的常见并发症之一,严重者可导致终生残疾和截肢等严重后果。本研究旨在探讨切开复位内固定治疗成人闭合胫骨平台骨折手术部位感染的发生率和危险因素,为预防胫骨平台骨折手术部位感染提供理论依据。方法:前瞻性调查收集河北医科大学第三医院2014年10月1日至2018年12月31日期间手术治疗的成人闭合胫骨平台骨折患者资料,筛选出切开复位内固定治疗的闭合胫骨平台骨折患者纳入到本研究中。记录纳入骨折患者的人口学特征、生活方式、合并基础疾病、实验室检查、手术相关信息、抗菌药物使用情况和术后切口部位感染情况等方面的数据,分析闭合胫骨平台骨折手术部位感染的危险因素。结果:共收集1108例行切开复位内固定治疗的成人胫骨平台闭合骨折患者,男性697例,女性411例,年龄中位数为45.6(18~82岁)。25例发生SSI,发生率为2.3%(25/1108)。单因素分析显示,术前间隔时间大于7天,术中植骨、术中失血量>400ml、术中输血、骨折分型(Ⅴ-Ⅵ)、术前实验室检查项目中TP(<60 g/L)、ALB(<35 g/L)、A/G<1.2、ALT(>40 U/L)、AST(>40 U/L)、LDH(>250 U/L)、Na+(<135 mmol/L)、WBC(>10*109/L)、RBC<lower limit、HGB<lower limit、HCT<lowe-r limit、D-Dimer(>0.5 mg/L)、AG(>16mmol/L)、OSM<260 m Osm/L、P>1.51(mmol/L)、Mg<0.75(mmol/L)与SSI有关的变量(P<0.05)。多因素logistics回归分析显示,骨折分型(Ⅴ-Ⅵ)、术中植骨、AST(>40U/L)、WBC(>10*109/L)和AG>16(mmol/L)是胫骨平台闭合骨折术后SSI的独立危险因素。结论:成人闭合胫骨平台骨折手术部位感染的发生率为2.3%,手术部位感染的骨折分型(Ⅴ-Ⅵ)、术中植骨、AST(>40 U/L)、WBC(>10*109/L)和AG>16(mmol/L)术前对高危患者积极采取措施,预防发生手术部位感染。
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