论文部分内容阅读
背景:Pauwels III型股骨颈骨折（Pauwels type III femoral neck fractures,P3FNFs）的治疗方法尚未达成共识,且内固定手术后仍有较高的并发症发生率,部分学者称其为“未被解决”的问题。最近,有两种治疗P3FNFs的新型内固定物值得进行深入的研究,其中一种是近端带有滑槽的内侧支撑钢板（sliding groove medial buttress plate,BS）,为替代内侧支撑锁定钢板（locking medial buttress plate,BL）而设计,与空心加压螺钉（cannulated compression screw,CCS）结合,以减少在骨折愈合过程中与内侧支撑锁定钢板结合的近端锁定钉断裂的可能性;另一种是股骨颈系统（femoral neck system,F??NS）,是一种新型的角稳定装置,与CCS相比被认为具有生物力学优势,同时与（dynamic hip screw,DHS）相比具有微创优势。本研究旨在通过有限元分析（finite element analysis,FEA）和生物力学实验研究（biomechanical test,BT）的方法将这两种新型内固定物的生物力学稳定性与之前的三种方法（倒三角构型CCS,双平面双支撑固定BDSF及CCS结合内侧支撑锁定钢板CCS+BL）进行比较,来验证它们是否具有良好的稳定性以适合治疗P3FNFs以及能否成为合适的替代方案。方法:1.有限元分析:建立5个Pauwels角为70°的经颈型股骨颈骨折（AO/OTA31-B2.3r）模型。分别用带滑槽的内侧支撑板结合空心钉（CCS+BS）和FNS固定,为了比较,另外三个模型分别由倒三角构型三枚平行空心加压螺钉固定（CCS）、双平面双支撑螺钉固定（bi-plane double support fixation,BDSF）、CCS加内侧支撑锁定钢板固定（CCS+BL）。沿着股骨的机械轴施加2100N的负载,分析内固定物和骨的Von Misses应力峰值以及等效位移峰值、骨折块间的最大相对位移和整体刚度,以比较五种模型的生物力学特性。2.生物力学实验:使用50根完全相同的人工合成股骨（Synbone LD2350,Synbone AG,Switzerland）,其长度为460 mm,颈干角为120°,前倾角18°,股骨头直径49 mm,股骨干直径10 mm。设计并应用3-D打印的Pauwels角为70°的导板进行截骨,来建立Pauwels III型经颈型股骨颈骨折模型（AO/OTA 31-B2.3r）。将股骨分为5组,分别采用股骨颈系统（FNS）、倒三角空心加压螺钉（CCS）、双平面双支撑螺钉（BDSF）、CCS+内侧支撑锁定钢板（CCS+BL）和CCS+内侧支撑滑动槽钢板（CCS+BS）进行固定。此外,为了使每组中内固定物的位置一致,设计并3-D打印了每组内固定物导针的置入导板,每组的固定方式均按照内固定物的使用指导进行固定。每组中随机取出5个样品进行静态轴向压力测试,并使用VIC-3D系统记录其表面应变分布及位移情况,其余5个样品进行静态扭转测试,分析每组的轴向刚度、扭转刚度、负载700N时的骨折块间相对位移。结果:1.有限元分析:CCS+BS在内固定物和骨的Von Misses应力峰值、等效位移峰值、骨折块间相对位移以及刚度分别为612.2MPa和511.6MPa、1.976mm和2.075mm、0.2096mm、1012.05N/mm,CCS+BL分别为431.9MPa和294.1MPa、1.838mm和1.923mm、0.1514mm、1092.04N/mm,CCS+BS和CCS+BL显示出相接近的结果。而CCS分别为289.4MPa和486.3MPa、2.158mm和2.270mm、0.2457 mm、925.11N/mm,BDSF分别为472.5MPa和262.2MPa、2.299mm和2.493mm、0.4515 mm、842.36N/mm,FNS分别为667.8MPa和107.9MPa、3.234mm和3.540mm、1.0298mm、593.22N/mm。2.生物力学实验:CCS+BS的轴向刚度、扭转刚度、负载700N时的骨折块间相对位移分别为99.27±4.85 N/mm、0.52±0.09 N·m/（°）、1.41±0.33mm,CCS+BL分别为100.95±7.01 N/mm、0.57±0.07 N·m/（°）、1.19±0.28mm,CCS+BS与CCS+BL的结果接近,无统计学差异,均强于CCS（89.48±2.39 N/mm、0.34±0.05 N·m/（°）、1.53±0.43mm）和BDSF（87.18±1.01 N/mm、0.38±0.03 N·m/（°）、1.66±0.82mm）,差异有统计学意义。FNS的结果分别为84.63±0.86 N/mm、0.22±0.04 N·m/（°）、2.29±0.44mm,弱于上述四种固定方式,差异有统计学意义。结论:在此类型股骨颈骨折条件下,CCS+BS有着与CCS+BL相当的生物力学性能,且比CCS和BDSF具有更好的生物力学性能,可以避免在骨折愈合过程中CCS+BL的近端锁定钉发生断裂,为治疗这类P3FNFs提供了新的选择。而FNS的生物力学稳定性弱于CCS、BDSF、CCS+BS及CCS+BL,因此不适合此类型股骨颈骨折的固定治疗。本研究为临床治疗此类股骨颈骨折提供了参考以及新的方法策略。