论文部分内容阅读
目的:20世纪50年代,前苏联医生Ilizarov发明了Ilizarov环形外固定支架。与其他类型外固定支架不同,该外固定支架维持骨段相对稳定位置的稳定性需要小直径穿骨针提供,穿骨针的张力具有决定性意义。在对穿骨针进行拉张及外固定支架承受负荷时,张力的维持就需要夹针螺栓-穿骨针界面的压力及摩擦力来完成。本实验通过研究在拧紧固定螺栓后、移除拉张器后及施加轴向压缩载荷后穿骨针张力的变化情况,比较孔洞型螺栓,沟槽型螺栓,孔洞型螺栓+垫片,沟槽型螺栓+垫片四种不同类型夹针螺栓组合,10Nm、15Nm、20Nm三种不同螺栓固定扭矩对Ilizarov外固定支架穿骨针张力丢失的影响。方法:实验选用7根质地、外形相同的直径为30mm,长度为176mm的聚乙烯塑料(Polyethylene,PE)棒代替胫骨横断形骨折近端骨干,并分为A、B、C、D、E、F、G七组。两相同质地、相同型号的180mm不锈钢环之间用3根相同的240mm长螺纹杆连接,螺纹杆分布均匀并且两环平行,两环间距为100mm。在上端环的一侧内部安装张力传感器,并保证传感器的穿骨针连接位点与环在同一水平。传感器与信号转换及传输装置相连。下端环连接底座,距离为100mm。将组装好的外固定支架套在PE棒上,PE棒近端距近端环50mm,PE棒置于两环中央并与之垂直。用电钻在两个环的平面各交叉穿入2枚相同型号2.0mm穿骨针,两针在水平面上呈垂直状态,并且针垂直于PE棒。A组采用孔洞型螺栓(I型),B组采用沟槽型螺栓(II型),C组采用孔洞型螺栓+垫片(III型),D组采用沟槽型螺栓+垫片(IV型)。四组夹针螺栓的固定扭矩通过扭力扳手给定15Nm。E组、F组、G组均使用临床上最常见使用最多的沟槽型螺栓(II型),固定扭矩分别采用10Nm、15Nm、20Nm。4枚穿骨针利用拉张器拉张1275N后固定于各环。同一环上的两枚穿骨针的拉张同时进行。在夹针螺栓固定后松开拉张器前,移除拉张器后,观察并记录穿骨针张力的变化。之后在电子万能实验机上对A-G七组力学模型提供800N的轴向压缩载荷。每个模型测试3次,每次更换穿骨针及螺栓,实验结果取平均值。将实验数据用SPSS22.0分析软件进行统计处理,采用方差分析(Analysis of Variance,ANOVA)进行组间比较。结果:1、不同夹针螺栓固定实验中,A、B、C、D四组穿骨针的张力值,在拧紧螺栓时分别为1234.7±4.3N、1236.9±10.6N、1243.5±11.1N、1247.8±7.0N;在移除拉张器时张力分别为1097.3±28.2N、1117.6±6.7N、1190.1±11.8N、1194.3±11.0N;在加载800N的轴向压缩载荷后,张力值分别为836.7±8.4N、895.3±7.2N、1001.0±8.2N、1055.2±6.7N。采用方差分析(AnalysisofVariance,ANOVA)进行数据分析,可见A、B、C、D四组的张力值在拧紧螺栓时没有统计学差异(p>0.05),四种螺栓的作用没有明显区别;在移除拉张器时,AB两组的张力值没有统计学差异(p>0.05),CD两组的张力值也没有统计学差异(p>0.05),但AB两组与CD两组之间有统计学差异(p<0.05),AB两组的张力值低于CD两组。在加载800N的轴向压缩负载后,四组的张力值两两比较均有统计学差异(p<0.05),D组的张力值高于C组高于B组高于A组。2、螺栓固定扭矩实验中,E、F、G三组的张力,在拧紧螺栓时分别为1251.8±5.6N、1234.8±3.2N、1211.5±27.7N;在移除拉张器时张力值分别为1008.0±6.6N、1120.9±9.0N、1128.4±8.6N;加载800N的轴向压缩载荷后,张力值分别为812.7±7.7N、931.3±5.9N、942.0±35.0N。采用方差分析(AnalysisofVariance,ANOVA)进行数据分析。E、F、G三组的张力值,在拧紧螺栓时,组间比较没有统计学差异(p>0.05),三种扭矩的作用没有明显区别;在移除拉张器时,FG组之间没有统计学差异(p>0.05),E组张力值要低于FG组;在800N轴向压缩载荷后,F G组之间没有统计学差异(p>0.05),E组的张力值要低于E G组。结论:本实验对应用孔洞型螺栓、沟槽型螺栓、孔洞型螺栓+垫片、沟槽型螺栓+垫片四种不同类型夹针螺栓,及10Nm、15Nm、20Nm三种不同固定扭矩的外固定支架穿骨针在拧紧螺栓时、移除拉张器时,以及施加800N轴向压缩载荷后的张力变化进行了记录和分析。初步得出结论如下:在对外固定支架施加轴向压缩载荷之前,针的张力就已经发生一定程度的丢失,四种螺栓类型及三种螺栓固定扭矩的力学表现没有明显差别。当移除拉张器后,张力会进一步丢失,拥有垫片夹针螺栓组合的实验组,其张力丢失量要少于未应用垫片的实验组。应用高扭矩实验组的张力丢失量要少于低扭矩的实验组。在对外固定支架施加800N轴向压缩载荷后,张力的丢失量最显著,四种夹针螺栓类型的作用有显著区别。沟槽型螺栓与垫片组合维持张力的能力最好,其次是孔洞型螺栓与垫片组合及单纯沟槽型螺栓,单纯孔洞型螺栓维持张力的能力最差。高扭矩的实验组的张力丢失量少于低扭矩组。