螺钉位置对钢板螺钉内固定

欢迎各位专家莅临指导螺钉位置对钢板螺钉内固定结构载荷的影响硕士研究生：周荣平硕士研究生：周荣平 导导 师：舒师：舒 勇勇 教授教授前 言前 言1886年Hansmann第一次报告了应用接骨板治疗骨折 前 言内固定常见的并发症：钢板螺钉的松动、脱出、游离、断裂、异物反应等；骨折后感染、延期愈合、畸形愈合、骨折不愈合、再骨折等。四点折弯实验前言四点折弯实验前言尸体尺骨扭转实验前言PVC管聚氨甲酸乙酯块前 言聚氨甲酸乙酯块前言四点折弯实验第三掌骨前 言本实验通过用平行于钢板表面长轴方向的三点折弯实验和扭转实验，测试螺钉位置不同的十二孔医用不锈钢钢板上应力变化，分析钢板螺钉内固定结构稳定性 材料与方法材料与方法栗树树干：年龄均为十三年的栗木树树干二十四根,随机分成四组,每组六根 钢板：钢板均为长十二孔、厚4mm的医用不锈钢动力加压钢板24块 螺钉：螺钉直径均为4.5mm、长3cm的皮质骨螺钉144个 钢板螺钉由江苏省常州市康辉医疗器械有限公司生产的并提供 实验操作工具实验操作工具 钻头：直径为3.2mm的钻头十个 电动钻：一套 丝攻：直径为4.5mm ，两个螺丝刀：4.5mm皮质骨螺钉配套的内六角螺丝刀 （以上工具由江苏省常州市康辉医疗器械有限公司 提供）台钳：上海材料工业器械有限公司 C620加工机床：上海材料工业器械有限公司。实验测试工具实验测试工具 多功能台式材料实验机一台 ：上海华龙测试仪器厂SX-948型数字测试仪一台 ：上海华龙测试仪器厂BNJ-1000全功能有效力矩实验机：上海华龙测试仪器厂TS3861静态电子应变仪一台：扬州泰司电子有限公司。BF120-3AA型电阻应变计144个：上海应变计厂。（测试工具由南昌航空工业学院力学实验室提供） 实验操作方法实验操作方法 1 每个样本从中点用C620加工机床加工模拟横断 骨折 2 用台钳固定好模拟横断骨折的栗木条，固定时避免加压破坏木条3 在钢板中点对准样本中点（即模拟骨折线处），对称性用螺钉固定。螺钉固定位置为：A组1-2-6；B组1-3-6；C组1-4-6；D组1-5-6。钢板螺钉固定方法严格按照AO组织推荐的钢板螺钉固定方法，由同一个人手工操作 螺钉位置A组1-2-6；B组1-3-6；C组1-4-6；D组1-5-6应变计位置分别在钢板中间，螺钉孔位置3和4中间、5和6中间侧面和表面(45d)分别粘贴应变计，共六个，用导线连接到电子应变仪上 三点折弯实验在多功能台式材料实验机上进行三点折弯实验（在模拟骨折端用21.5 cm2厚2 mm的钢材垫片作为中间支点，在离骨折断端对称长11.5cm为两个外侧支点），加载速度为10NS。同时在每加载200 N负荷时分别记录三个应变计感应的数据。在加载到400 N时停止三点折弯实验 扭转实验用夹具固定栗木条正方形两端，在全功能有效力矩实验机上进行抗扭转实验，设定为固定的相同的扭转力臂（11.5cm）和相同的扭转速度（1N m/deg）。每加载扭转0.714度时分别记录三个感应片感应的数据。加载到2.142时停止抗扭转实验 扭转实验统计学处理采用SPSS11.5统计软件对数据进行分析,将在不同负荷和扭转角度下各组的应变数据用单因素方差分析（One-way Analysis of Variance），并进行组间比较各组之间应变是否有差异，p0.05 表示差异有显著性三点折弯实验结果在第一感应片，负荷为200N时，A组和C组，A组和D组,B组和D组之间平均应变有显著性差异（p0.05）；在400N时，除了B组和C组之间平均应变无差异之外，A组和B组，A组和C组，A组和D组，B组和D组，C组和D组之间平均应变都有显著性差异（p0.05） 在第二感应片，负荷为 200N和400N时，除了B组和C组之间平均应变无差异之外，其余各组：A组和B组，A组和C组，A组和D组，B组和D组，C组和D组之间平均应变都有显著性差异（p0.05） 三点折弯实验结果在第三感应片，负荷为200N和400N时，只有A组和D组之间的平均应变有显著性差异（p0.05）。在抗扭转实验中钢板应力集中在钢板中央，向钢板两端逐渐递减，在钢板末端应力最小 扭转实验结果扭转实验（平均数标准差）2.142度时四组平均应变比较扭转实验结果扭转实验0100200300400ABCD1.428度四组平均应变比较第一感应片平均应变扭转实验结果扭转实验0100200300400ABCD2.142度四组平均应变比较第一感应片平均应变扭转实验结果讨 论在骨折内固定手术中，骨科医师在选择钢板螺钉内固定时，经常遇到难以确定到底该应用多长的钢板固定、钢板上固定多少螺钉、螺钉固定在什么位置比较合适等问题长骨干骨折内固定时解剖力线的恢复是关键，并提倡间接的复位技术用于稳定骨折的内固定 内固定钢板应该是起内夹板的作用而不是以前认为的起应力传导作用在长骨骨折的内固定中要求有一个保持良好力线的弹性固定，这样有利于促进骨痂形成和改善愈合过程 *Mast J， Berlin, Springer-Verleg, 1989弹性固定理念螺钉位置对内固定结构稳定性的影响Thomas等发现螺钉越靠近骨折端固定，骨折端应力越小。骨折端应力在钢板上有间隔的螺钉固定比没有间隔的螺钉固定明显更小（四点折弯实验）Thomas Ellis; Craig A. Bourgeault; J Orthop Trauma 2001; 15:333-337 螺钉位置对内固定结构稳定性的影响Tornkvist等研究表明螺钉固定间隔较大的内固定结构比螺钉固定间隔较小的结构强度更大（四点折弯实验和悬臂实验）Tornkvist H, Hearn TC, Schatzker J. J Orthop Trauma 1996; 10:20-208. Karl Stoffel研究发现骨折两端螺钉固定的位置明显影响内固定结构的轴向刚度，螺钉越靠近骨折端固定，内固定结构轴向压缩刚度越大（轴向压缩实验）Karl stoffel, Ulrich Pieter, Injury 2003; 34(suppl 2): S-B11-19螺钉位置对内固定结构稳定性的影响螺钉位置对内固定结构稳定性的影响*钢板应力集中在钢板中央（即骨折端），向钢板两端逐渐递减，在钢板末端应力最小*相同长度的钢板上螺钉固定越靠近骨折端，骨折区应力越小；越远离骨折端，骨折区应力越大 *Karl stoffel, Ulrich Pieter, Injury 2003; 34(suppl 2): S-B11-19 *John R.Field, Hans Tornkvist, Injury. Care Injured 1999; 30: 591-598 三点折弯实验（平均数标准差）400N时四组平均应变比较螺钉位置对内固定结构稳定性的影响螺钉位置对内固定结构稳定性的影响John Field用掌骨，Karl Stoffel用聚甲氨乙酯纤维管，Thomas Ellis和Tornkvist用聚甲氨乙酯块在扭转实验中表明螺钉位置的改变对内固定结构的抗扭转刚度没有显著性影响Karl stoffel, Ulrich Pieter, Injury 2003; 34(suppl 2): S-B11-19 Tornkvist H, Hearn TC, Schatzker J. J Orthop Trauma 1996; 10:20-208. Thomas Ellis; Craig A. Bourgeault; J Orthop Trauma 2001; 15:333-337 John R.Field, Hans Tornkvist, Injury. Care Injured 1999; 30: 591-598 扭转实验（平均数标准差）2.142度时四组平均应变比较螺钉位置对内固定结构稳定性的影响螺钉数量对内固定结构稳定性的影响*钢板上部分螺钉孔不固定螺钉与钢板上全部螺钉孔都固定螺钉的内固定结构的稳定性没有显著性差异。*较长的钢板上固定四个螺钉都比六孔钢板六个螺钉固定的结构刚度更大，而且实验组和对照组结构刚度没有显著性差异。*在骨折两端各用三个以上的螺钉固定不能明显增加内固定系统的轴向刚度，用四个以上螺钉固定不能增加抗扭转刚度 * John R.Field, Hans Tornkvist, Trevor C. Injury,. Care Injured 1999; 30: 591-598 *Sanders, Roy; Haidukewych, George J; J Orthop Trauma 16(3): 166-171,2002 * Karl stoffel, Ulrich Pieter, Injury 2003; 34(suppl 2): S-B11-19螺钉数量对内固定结构稳定性的影响固定在骨折两端的螺钉数量明显影响内固定结构抗扭转刚度，增加固定的螺钉数量能增加内固定抗扭转刚度Karl stoffel, Ulrich Pieter, Injury 2003; 34(suppl 2): S-B11-19 Tornkvist H, Hearn TC, Schatzker J. J Orthop Trauma 1996; 10:20-208. Thomas Ellis; Craig A. Bourgeault; J Orthop Trauma 2001; 15:333-337 John R.Field, Hans Tornkvist, Injury. Care Injured 1999; 30: 591-598 Sanders, Roy; Haidukewych, George J; J Orthop Trauma 16(3): 166-171,2002 钢板长度对内固定结构稳定性的影响长钢板用较少的螺钉固定比短钢板上全部固定螺钉相对有更好的生物力学特性,长钢板相对比短钢板有更好的弹性形变能力 Dennis J, Sanders R, Milne T, Latta L: J Orthop Trauma 1993: 7(2): 152-153 *所谓工作长度是指骨折的内固定中靠骨折端最近两个固定螺钉之间的距离。*工作长度主要影响轴向刚度和抗扭转稳定性。当钢板螺钉内固定系统在负荷作用下，钢板的偏离度与工作长度的四次方成正比例 *Sanders, Roy; Haidukewych, George J; J Orthop Trauma 16(3): 166-171,2002 *Karl stoffel, Ulrich Pieter, Injury 2003; 34(suppl 2): S-B11-19 工作长度工作长度对内固定结构稳定性的影响钢板与骨之间的距离 对内固定结构稳定性的影响Karl stoffel发现骨与钢板之间的距离从2mm增加到6mm时，其内固定轴向刚度和抗扭转稳定性均下降 Kowalski Milek实验表明增加钢板与骨表面之间的距离明显降低了内固定结构的刚度Karl stoffel, Ulrich Pieter, Injury 2003; 34(suppl 2): S-B11-19 Kowalski,Milek J; Schemitsch,Emil H. J Trauma 1996; 40(1):5-9结结 论论相同的钢板长度和相同的螺钉数量，固定骨折端最近的两个螺钉和钢板末端两个螺钉的横断骨折，在三点折弯实验中，螺钉固定的位置对内固定结构系统的稳定性有影响。螺钉越靠近骨折端固定，骨折端应力越小。在抗扭转实验中，螺钉固定的位置对内固定结构系统的稳定性没有显著性影响 致 谢感谢导师舒勇教授悉心指导我的课题设计、资料分析和论文撰写；导师三年来对我学习、临床实践的教导；导师教我的治学之道、为人之道；舒老师严谨的科学态度，谦虚谨慎的学者作风，兢兢业业的工作作风使我终生受益。我衷心地感谢导师对我的严格要求和悉心培养!感谢江西医学院第一附属医院骨科韩志敏副教授、黄山虎副教授、稂明业副教授、高志增副教授对实验的完成和在临床实习中的指导!感谢江西医学院第一附属医院骨一科全体老师们的在工作、学习方面的指导和帮助!感谢南昌航空工业学院力学实验室张育远主任、刘老师、向老师在实验过程中的大力支持、指导和帮助!感谢家人在多年的求学经历中给予的无私奉献!感谢师兄弟刘志礼、何长街、阮志勇、何剑颖、黄江等在工作、学习、实验过程中的帮助!感谢室友们、全班同学在工作、学习、生活上等各方面的帮助和支持!