新型微创动力髋钢板治疗股骨粗隆间不称定型骨折的生物力学研究

摘要

目的：将一种新型微创动力髋钢板(Minimal Invasion Dynamic Hip Plate，MIDHP)与另外一种内固定器械股骨近端髓内钉(Proximal Femoral Nail，PFN)进行新鲜尸体生物力学测试，以验证该新器械的生物力学稳定性，为临床应用该器械提供生物力学依据及理论基础。 方法：采用5具新鲜成年尸体，共10具股骨标本，去除附着软组织，X检查排除病变及解剖变异。全部标本按照Evance分型，制作Evance I C型股骨粗隆间粉碎性骨折。每具尸体做自身对照，两个股骨分别用MIDHP和PFN固定。所有标本在小转子下20cm处截断，根据实验要求以自凝型牙托粉包埋股骨头及股骨远端。 压缩实验：将包埋好的实验标本模拟人体站立时髋关节负重的生物学力线固定于生物力学机上进行压缩测试。记录不同载荷下(200N、400N……1200N、1400N)的垂直位移变化值，绘制载荷-位移曲线。分析各个标本在载荷为1000N(一般中国人的平均最大体重为900N)时的位移值。计算压缩刚度(载荷/应变)，压缩刚度反应了内固定器械抵抗变形的能力。最后进行MIDHP和PFN相关压缩数据的统计学分析。 扭转实验：使标本的股骨颈纵轴与生物力学机的旋转轴在一条直线上，标本远端通过自制夹具固定在生物力学机的基座上进行扭转实验。匀速增加载荷，使股骨颈顺时针方向扭转，记录不同旋转角度下的载荷值，绘制扭矩(载荷×力臂)一扭转角度曲线。计算分析扭转角度为1°时的扭矩。计算扭转刚度(扭矩/扭转角度)。最后进行MIDHP和PFN相关扭转数据的统计学分析。 破坏实验：将标本固定于生物力学机上(固定方法同压缩实验)，匀速增加载荷，直至出现下列任何一种情况，认为标本被破坏：(1)垂直位移逐渐增加，但是加载负荷不再增加，或者下降；(2)拉力螺钉后退或脱出；(3)拉力螺钉尖端从股骨头关节面切出；(4)标本其他部位的骨折。记录此时的载荷数据，即为极限载荷，计算其平均值，并进行统计学分析。 数据处理：用Excel2007绘制各种曲线及直观柱形图，用SPSS19.0统计软件进行数据分析，统计方法主要用独立样本t检验，以P<0.05认为具有统计学意义。 结果：压缩试验：根据5对标本0N-1400N负荷加载的试验，及实验得出的数据、图像可知：两种内固定在400N-1400N的载荷-位移曲线上近似一条直线，表明两种内固定器械接近刚体。1000N载荷时，MIDHP组的压缩位移是3.6437±0.5051mm，PFN组的压缩位移为3.8847±0.6258mm，两者仅仅相差6.61％，统计学分析并无明显差异(P=0.521)。MIDHP组的平均压缩刚度为267.87±28.7 N/mm，PFN组的压缩刚度为282.20±8.09 N/mm，虽然前者比后者小5.08％，但是统计学分析同样无明显差异(P=0.236)。 扭转试验：根据5对标本扭转角度从0°-3°时扭矩加载的试验，及实验得出的数据、图像可知：MIDHP组在扭转角度为1°时的扭矩为1.6615±0.074 N.m，PFN组为1.6588±0.168 N.m，两者相差微乎其微，统计学分析P=0.974，无显著统计学差异。MIDHP组扭转刚度平均值为1.6489±0.067 N.m/deg，仅比PFN组减少了2.99％，PFN组平均扭转刚度值为1.6998±0.095 N.m/deg，独立样本t检验显示，P=0.356，两组同样无明显统计学差异。 破坏试验：MIDHP组极限载荷平均值为2898.16±462.90N，PFN组极限载荷平均值为3539.03±273.86N，比MIDHP组平均值增加了22.11％，独立样本t检验，t=-2.664，P=0.029(P<0.05)，两组之间具有明显统计学差异。 结论：根据体外新鲜尸体的生物力学试验可以得出，MIDHP的抗压缩性能和抗扭转性能与临床上应用比较成熟的PFN并无明显区别，因此可以认为MIDHP具有良好的生物力学特性，同样可以得到良好的临床疗效。但是由于MIDHP是偏心固定钢板，因此在极限压缩试验时性能比PFN稍差一些，但这并不影响对不稳定股骨粗隆间骨折治疗的生物力学稳定性。