H形鋼板固定骶髂關(guān)節(jié)分離的生物力學(xué)評(píng)價(jià)

廖文勝,丁 強(qiáng),王利民

鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院骨科 鄭州 450052

骶髂關(guān)節(jié)位處骨盆環(huán)的后環(huán)，是支撐人體軀干負(fù)載并完成力學(xué)傳導(dǎo)的重要結(jié)構(gòu)。骨盆環(huán)損傷時(shí)，因骶髂關(guān)節(jié)脫位所導(dǎo)致的垂直或旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定通常需行手術(shù)治療，但因骶髂關(guān)節(jié)部位深在和周圍重要解剖結(jié)構(gòu)(腰4、腰5神經(jīng)根以及腰骶干)[1]的阻擋，骶髂關(guān)節(jié)的骶骨側(cè)所能提供用于安放螺釘?shù)目臻g十分有限。目前臨床上治療骶髂關(guān)節(jié)脫位的方法有雙鋼板固定和骶髂關(guān)節(jié)螺釘固定。前者存在抗扭轉(zhuǎn)及抗分離能力較差的特點(diǎn)。后者僅適用于移位輕微或術(shù)前已經(jīng)得到良好復(fù)位的患者，并且對(duì)手術(shù)操作及設(shè)備有著更高的要求[2]，很多醫(yī)院難以開展。作者根據(jù)骶髂關(guān)節(jié)的解剖學(xué)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種H形鋼板，并且在骶髂關(guān)節(jié)分離模型上進(jìn)行了生物力學(xué)測(cè)試，報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1H形鋼板的設(shè)計(jì)H形鋼板由三部分組成，見圖1所示。鋼板的兩側(cè)為對(duì)稱的兩孔鋼板，其厚度、孔間距、螺孔形狀等與普通骨盆重建鋼板相同。兩鋼板之間為一板型結(jié)構(gòu)，厚度與兩側(cè)鋼板相同，長(zhǎng)寬均為6 mm，其作用類似于脊柱釘棒系統(tǒng)的橫向連接器。三部分由同一板材加工而成。

圖1 H形鋼板實(shí)物圖

1.2實(shí)驗(yàn)材料成年防腐骨盆標(biāo)本12個(gè)，由鄭州大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院人體解剖學(xué)教研室提供，經(jīng)觀察及X線檢查排除畸形、嚴(yán)重骨質(zhì)疏松、腫瘤、結(jié)核等骨病。夾具自備。骶髂關(guān)節(jié)脫位內(nèi)固定手術(shù)器械一套。H形鋼板、普通骨盆重建鋼板及全螺紋松質(zhì)骨螺釘均委托浙江廣慈醫(yī)療器材有限公司加工生產(chǎn)，所用鋼材型號(hào)為00Cr18Ni15Mo3N。AGS-10KNG型電子萬能生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)購自日本島津公司。

1.3實(shí)驗(yàn)分組取骨盆標(biāo)本，自正中矢狀面鋸開骶骨及恥骨聯(lián)合，得半骨盆標(biāo)本，切斷骶髂前韌帶、骶髂后韌帶及骨間韌帶，制作成12對(duì)骶髂關(guān)節(jié)分離模型。將12對(duì)骶髂關(guān)節(jié)分離模型隨機(jī)分為兩組，一組(A組)使用“H形”鋼板，經(jīng)塑形后放置于骶髂關(guān)節(jié)兩側(cè)，每個(gè)鋼板的骶骨和髂骨側(cè)各有兩枚螺釘固定(共4枚螺釘)；另一組(B組)使用兩枚普通兩孔重建鋼板，也經(jīng)恰當(dāng)塑形后固定，骶骨和髂骨側(cè)也各有兩枚螺釘固定。如圖2、圖3 所示。為便于比較,兩種固定方式所使用的螺釘均為4.0 mm直徑的松質(zhì)骨螺釘，螺釘長(zhǎng)度相同，進(jìn)釘方向也盡可能相同。

圖2 骶髂關(guān)節(jié)分離模型以H形鋼板固定后

圖3 骶髂關(guān)節(jié)分離模型以雙鋼板固定后

1.4生物力學(xué)測(cè)試使用改良Shazar等[3]的生物力學(xué)測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試。將固定后的半骨盆放置于夾具后，連接在生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上，加載荷于骶髂關(guān)節(jié)。首先進(jìn)行側(cè)方分離應(yīng)力測(cè)試。再拆除鋼板螺釘后，在無釘孔部位，重新分別固定后，行垂直分離應(yīng)力測(cè)試，以避免第一次力學(xué)實(shí)驗(yàn)后釘孔松動(dòng)的影響。在萬能生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上，采用連續(xù)加載，最大載荷設(shè)定為500 N，加載速率控制為1 mm/min。采用高精度數(shù)字顯示光柵位移傳感器千分表測(cè)量位移，同時(shí)測(cè)量骶髂關(guān)節(jié)間的形變位移。每個(gè)標(biāo)本實(shí)行單次加載，分別記錄位移1、2及3 mm時(shí)所需要的載荷。

1.5統(tǒng)計(jì)學(xué)處理采用SPSS 10.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)對(duì)兩組的載荷進(jìn)行比較，檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。

2 結(jié)果

2.1側(cè)方分離穩(wěn)定性的生物力學(xué)分析見表1。A組側(cè)方位移1、2及3 mm時(shí)，所需載荷均大于B組。

表1 2組側(cè)方位移所需載荷的比較 N

2.2垂直分離穩(wěn)定性的生物力學(xué)分析見表2。A組垂直方向位移1 mm時(shí)，所需載荷大于B組；但位移2及3 mm時(shí)，所需載荷與B組比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表2 2組垂直位移所需載荷的比較 N

3 討論

骨盆骨折是一種嚴(yán)重的創(chuàng)傷，致殘率和致死率較高[4]。骶髂關(guān)節(jié)脫位是一種常見的骨盆后環(huán)損傷，這種損傷破壞了骶髂復(fù)合體的完整性，導(dǎo)致骨盆的旋轉(zhuǎn)或者垂直不穩(wěn)定。骶髂關(guān)節(jié)脫位的治療包括復(fù)位和固定兩個(gè)方面。目前，如果術(shù)前通過股骨牽引能夠獲得滿意復(fù)位，多數(shù)學(xué)者[2,5]主張其后的固定方式應(yīng)為經(jīng)皮穿釘，應(yīng)用一枚或兩枚空心的骶髂螺釘進(jìn)行固定。此方法的主要優(yōu)點(diǎn)與微創(chuàng)手術(shù)相似，如創(chuàng)傷小、恢復(fù)快、住院時(shí)間短等等，其缺點(diǎn)主要是操作需要在術(shù)中CT或C臂等影像設(shè)備的引導(dǎo)下進(jìn)行，技術(shù)要求高，有損傷骶前重要血管、神經(jīng)以及骶管內(nèi)神經(jīng)結(jié)構(gòu)的可能[6]，并且應(yīng)用于合并垂直方向不穩(wěn)定的患者時(shí)，有較高的畸形愈合發(fā)生率[7]。對(duì)于牽引后可以較好復(fù)位的患者，另一種內(nèi)固定方法是后方應(yīng)用骨盆重建鋼板，皮下植入，固定于兩側(cè)髂嵴的后方。此方法安全、創(chuàng)傷較小，但也有其局限性，尤其不適用于剪切暴力引起的Tile C型骨盆損傷。作者臨床觀察發(fā)現(xiàn)，如應(yīng)用此方法處理Tile C型骨盆損傷，會(huì)出現(xiàn)較高的復(fù)位丟失率。此外，另有研究[6]證實(shí)確有部分患者牽引無法滿意復(fù)位，必須通過切開復(fù)位內(nèi)固定的方法進(jìn)行治療。

對(duì)于合并骶髂關(guān)節(jié)脫位的Tile B型或C型骨盆骨折，切開復(fù)位和固定常常選擇經(jīng)前路的釘板固定，鋼板內(nèi)側(cè)置于骶骨翼的中部靠近關(guān)節(jié)間隙處。因?yàn)橐櫦案浇纳窠?jīng)結(jié)構(gòu)(腰5神經(jīng)根以及腰骶干等)，故骨膜下剝離不應(yīng)超過骶髂關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)2 cm。這意味著沿著關(guān)節(jié)間隙內(nèi)側(cè)的骶骨翼上只有放置一枚螺釘?shù)目臻g。正因如此，如果只用一塊鋼板進(jìn)行固定，穩(wěn)定性顯然不夠，因此通常的解決方法是應(yīng)用并行的兩枚獨(dú)立的兩孔或三孔鋼板進(jìn)行固定。可以想象兩塊獨(dú)立的鋼板，尤其是在髂骨側(cè)也只應(yīng)用一枚螺釘進(jìn)行固定時(shí)，其控制旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定的效果較差，容易使兩塊鋼板先后出現(xiàn)松動(dòng)，繼而影響垂直不穩(wěn)定的控制。為解決此問題，目前推薦的一個(gè)方法是應(yīng)用兩枚獨(dú)立的三孔鋼板進(jìn)行固定[8]。

基于以上認(rèn)識(shí)，作者借鑒了現(xiàn)代脊柱內(nèi)固定釘棒系統(tǒng)中橫向連接器的概念，設(shè)計(jì)了H形鋼板，將兩個(gè)獨(dú)立的兩孔或三孔鋼板應(yīng)用一個(gè)橫行的、與兩鋼板垂直的板形結(jié)構(gòu)連接在一起，形成一個(gè)剛性結(jié)構(gòu)。隨后，作者利用骶髂關(guān)節(jié)分離模型對(duì)H形鋼板固定的生物力學(xué)進(jìn)行分析，分別測(cè)試了側(cè)方以及垂直方向上的位移與載荷的關(guān)系，以模擬內(nèi)固定對(duì)抗骶髂關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)移位和垂直分離的狀況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，側(cè)方位移1、2、3 mm和垂直位移1 mm時(shí)，H形鋼板固定所需載荷明顯大于常規(guī)鋼板;垂直位移2和3 mm時(shí)，H形鋼板固定所需載荷與常規(guī)鋼板比較無差異，這可能與移位過大時(shí)，釘?shù)酪呀?jīng)松動(dòng)，并且移位方向與螺釘方向相近有關(guān)。雖然如此，該結(jié)果也說明，H形鋼板對(duì)抗垂直方向上初始位移的能力更強(qiáng)。綜上所述，H形鋼板固定較常規(guī)的雙鋼板固定有著更好的力學(xué)穩(wěn)定性，這也意味著H形鋼板對(duì)抗骶髂關(guān)節(jié)脫位時(shí)旋轉(zhuǎn)和垂直方向上的不良應(yīng)力的能力更強(qiáng)。此外，H形鋼板體積小巧，不會(huì)增加手術(shù)操作的難度。因國內(nèi)新鮮或冷凍標(biāo)本難以大量獲取，故該研究不得不選用防腐的人骨盆標(biāo)本，但是實(shí)驗(yàn)中兩種固定方法應(yīng)用的是同類骨骼標(biāo)本，對(duì)最終結(jié)果的科學(xué)性不會(huì)造成影響。

總之，H形鋼板與傳統(tǒng)的雙鋼板固定相比，具有更好地控制旋轉(zhuǎn)移位和垂直移位的能力，如能應(yīng)用于臨床，將能夠?yàn)轺诀年P(guān)節(jié)脫位的手術(shù)治療提供一種新的、可靠的手段。

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