新開明雙向鎖定骨外固定器的生物力學(xué)實驗研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代交通運輸事業(yè)與建筑業(yè)的日益發(fā)展,高能量損傷導(dǎo)致全身骨折呈逐年上升趨勢。由于脛骨淺居皮下,缺乏肌肉保護,故骨折極易造成嚴(yán)重軟組織損傷。采用保守治療,療程長,要長期臥床,護理不便,且并發(fā)癥多。因此,目前對可耐受手術(shù)的患者多主張手術(shù)治療。采用內(nèi)固定器械治療感染風(fēng)險高,且易引起延遲愈合或不愈合,臨床上處理非常棘手。采用外固定器械復(fù)位及固定就可降低感染的風(fēng)險,現(xiàn)在已經(jīng)成為一種非常成熟的技術(shù),并取得良好的治療效果。目前各型的外固定器在臨床均

2、有應(yīng)用,但由于有些外固定器價格昂貴,操作復(fù)雜,且體積龐大,限制其在經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)應(yīng)用。而單邊式外固定器械構(gòu)型簡單,操作簡便,穿針少,靈活性好,空間范圍小,在四肢長骨骨干開放性骨折的治療中應(yīng)用廣泛,效果良好。
　　 目的：
　　 從機械學(xué)和生物力學(xué)角度出發(fā),在吸納國內(nèi)外先進單邊式外固定器優(yōu)點的基礎(chǔ)上,結(jié)合機械制造的工藝,設(shè)計一種新型雙向鎖定骨外固定器,并對新型雙向鎖定骨外固定器進行生物力學(xué)實驗研究,完善新型雙向鎖定骨外固定

3、器的生物力學(xué)指標(biāo),以評價新型雙向鎖定骨外固定器的穩(wěn)定性、靈活性和實用性；為新型雙向鎖定骨外固定器在臨床應(yīng)用提供實驗依據(jù)和理論基礎(chǔ)。
　　 材料和方法：
　　 1材料
　　 1.1標(biāo)本6根成人尸體脛骨標(biāo)本,剔除軟組織和骨膜(畸形和骨折等異常),用牙托粉(聚甲基丙烯酸甲酯,自凝型,上海齒科材料廠生產(chǎn))澆鑄6具脛骨兩端呈方塊形,方塊平行且與脛骨縱軸垂直,便于實驗加載。
　　 1.2實驗器材新型雙向鎖定骨外固定器

4、,De Bastiani式多功能外固定器,BOSE3510-AT生物力學(xué)實驗機,脊柱三維運動實驗機,激光三維掃描儀,擺鋸,骨釘套錐,扭矩扳手,器械扳手,直徑為4.5mm的鉆頭,直尺。
　　 2方法
　　 2.1實驗分組將6根脛骨按AO/ASIF骨折分類標(biāo)準(zhǔn)制作4.2.A3骨折模型(骨斷端間距為g,骨-外固定器桿間距為b-r)；骨斷端間距為10mm,根據(jù)不同的骨-外固定器桿間距分成4組。A組:g=10mm,b-r=10mm

5、；B組:g=10mm,b-r=25mm；C組:g=10mm,b-r=40mm； D組:g=10mm,b-r=55mm。對照組:采用De Bastiani式多功能外固定器固定A～D組標(biāo)本。實驗組:采用新型雙向鎖定骨外固定器固定A～D組標(biāo)本。
　　 2.2實驗方法采用BOSE3510-AT生物力學(xué)實驗機(美國產(chǎn))對每具標(biāo)本進行軸向壓縮實驗和內(nèi)外彎曲實驗；利用脊柱三維運動實驗機進行扭轉(zhuǎn)實驗,同時采用激光三維掃描儀采集骨斷端的三維運動信

6、息。每個狀態(tài)測試完成后用10Nm扭矩扳手檢查全部鎖緊螺絲。
　　 ①軸向壓縮實驗對A～D組標(biāo)本以0.06mm/s的速度軸向加載至骨斷端位移為3.5mm；根據(jù)BOSE3510-AT材料實驗機測得載荷、位移的數(shù)據(jù),采用曲線擬合的方法計算脛骨-外固定器系統(tǒng)的軸向壓縮剛度。
　　 ②內(nèi)外彎曲實驗標(biāo)本兩端的支撐點間距(b)為225mm,中間兩施壓點間距(a)為25mm,以0.06mm/s的速度施加載荷(P)直至施壓點位移為3.5m

7、m；根據(jù)BOSE3510-AT材料實驗機測得載荷、位移的數(shù)據(jù),應(yīng)用彎矩公式:M=b－a/2×P,將載荷(P)轉(zhuǎn)換為力矩負(fù)荷(M),采用曲線擬合的方法計算脛骨-外固定器系統(tǒng)的內(nèi)外彎曲剛度。
　　 ③扭轉(zhuǎn)實驗扭矩為6Nm時,采用激光三維掃描儀采集骨斷端的三維運動信息,計算骨斷端扭轉(zhuǎn)的角度,再計算脛骨-外固定器系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)剛度。
　　 2.3統(tǒng)計方法
　　 軸向壓縮實驗、內(nèi)外彎曲實驗和扭轉(zhuǎn)實驗的數(shù)據(jù)均以(x)±s表示,此

8、定量資料采用SPSS13.0軟件進行統(tǒng)計學(xué)分析。將實驗組與對照組的數(shù)據(jù)采用配對樣本t檢驗。按α=O.05檢驗水準(zhǔn),P<0.05時為差異具有顯著性意義。
　　 結(jié)果
　　 1軸向壓縮實驗
　　 實驗組:當(dāng)骨斷端間距(g)為10mm:骨-外固定器桿間距(b-r)為10mm時,外固定系統(tǒng)的軸向壓縮剛度為357.014±13.587N/mm；骨-外固定器桿間距(b-r)為25mm時,外固定系統(tǒng)的軸向壓縮剛度為237.53

9、4±20.950N/mm；骨-外固定器桿間距(b-r)為40mm時,外固定系統(tǒng)的軸向壓縮剛度為133.302±24.964N/mm；骨-外固定器桿間距(b-r)為55mm時,外固定系統(tǒng)的軸向壓縮剛度為92.850±15.732N/mm。對照組:骨-外固定器桿間距(b-r)為10mm時,骨-外固定系統(tǒng)的軸向壓縮剛度為308.154±33.986N/mm；骨-外固定器桿間距(b-r)為25mm時,骨-外固定系統(tǒng)的軸向壓縮剛度為172.523

10、±21.927N/mm；骨-外固定器桿間距(b-r)為40mm時,骨-外固定系統(tǒng)的軸向壓縮剛度為110.471±7.408N/mm；骨-外固定器桿間距(b-r)為55mm時,骨-外固定系統(tǒng)的軸向壓縮剛度為65.605±8.828N/mm。配對樣本t檢驗的P值均小于0.05。
　　 2內(nèi)外彎曲實驗
　　 實驗組:骨斷端間距(g)為10mm:骨-外固定器桿間距(b-r)為10mm時,骨-外固定系統(tǒng)的內(nèi)外彎曲剛度為6.811±

11、1.206Nm/mm；骨-外固定器桿間距(b-r)為25mm時,骨-外固定系統(tǒng)的內(nèi)外彎曲剛度為4.611±0.374Nm/mm；骨-外固定器桿間距(b-r)為40mm時,骨-外固定系統(tǒng)的內(nèi)外彎曲剛度為3.463±0.320Nm/mm；骨-外固定器桿間距(b-r)為55mm時,骨-外固定系統(tǒng)的內(nèi)外彎曲剛度為2.530±0.226Nm/mm。對照組:骨斷端間距(g)為10mm:骨-外固定器桿間距(b—r)為10mm時,骨-外固定系統(tǒng)的內(nèi)外彎

12、曲剛度為6.2654±0.391Nm/mm；骨-外固定器桿間距(b-r)為25mm時,骨-外固定系統(tǒng)的內(nèi)外彎曲剛度為3.862±0.290Nm/mm；骨-外固定器桿間距(b-r)為40mm時,骨-外固定系統(tǒng)的內(nèi)外彎曲剛度為2.967±0.134Nm/mm；骨-外固定器桿間距(b-r)為55mm時,骨-外固定系統(tǒng)的內(nèi)外彎曲剛度為2.391±0.474Nm/mm。骨-外固定器桿間距(b—r)為25mm和40mm時,配對樣本t檢驗的P值均小于

13、0.05。
　　 3扭轉(zhuǎn)實驗
　　 實驗組:當(dāng)骨斷端間距(g)為10mm,扭矩為6Nm時:骨-外固定器桿間距(b—r)為10mm,骨-外固定系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)剛度分別為1.782±0.086Nm/deg；骨-外固定器桿間距(b-r)為25mm,骨-外固定系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)剛度分別為1.758±0.076 Nm/deg；骨-外固定器桿間距(b-r)為40mm,骨-外固定系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)剛度分別為1.726±0.044Nm/deg；骨-外固定器桿

14、間距(b-r)為55mm,骨-外固定系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)剛度分別為1.663±0.092Nm/deg。對照組:當(dāng)骨斷端間距(g)為10mm,扭矩為6Nm時:骨-外固定器桿間距(b-r)為10mm,骨-外固定系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)剛度分別為1.675±0.073Nm/deg；骨-外固定器桿間距(b-r)為25mm,骨-外固定系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)剛度分別為1.628±0.085Nm/deg；骨-外固定器桿間距(b-r)為40mm,骨-外固定系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)剛度分別為1.564±

15、0.124Nm/deg；骨-外固定器桿間距(b-r)為55mm,骨-外固定系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)剛度分別為1.516±0.160Nm/deg。配對樣本t檢驗的P值均小于0.05。
　　 結(jié)論
　　 1.實驗證明設(shè)計的新型雙向鎖定骨外固定器在抗軸向壓縮、抗扭轉(zhuǎn)剛度和抗內(nèi)外彎曲的剛度要優(yōu)于De Bastiani式多功能外固定器,因此,新型雙向鎖定骨外固定器具有良好的穩(wěn)定性。
　　 2.新型雙向鎖定骨外固定器靈活性、實用性和可操作