股骨辅助翼型钢板的研制及其生物力学研究

发布时间：2017-05-06 13:00

  本文关键词：股骨辅助翼型钢板的研制及其生物力学研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目的： 针对骨干复杂粉碎骨折,设计一种新型辅助翼型钢板Auxiliary Airfoil Plate,AAP),该翼型钢板可配合常用锁定接骨板构成内固定系统,能在桥接钢板的基础上更好地使复杂骨碎片尽可能地复位。本研究运用生物力学分析方法,探讨该新型翼型钢板设计的合理性和实际运用的可行性。 材料与方法： 1.1钢板材料与设计参数 辅助翼型钢板采用45#钢材整体成型制造,依据与之配套锁定钢板、股骨解剖统计数据制定设计规格及尺寸。该辅助钢板主要由2部分构成：1.锁定模块,通过该模块能将翼型钢板锁定于股骨锁定钢板；2.翼型骨折块握爪,通过平行的翼型握爪,能够将骨折块包绕抓持；螺钉采用半螺纹沉头设计,通过半螺纹螺栓与股骨锁定接骨板上锁定孔进行锁定,螺丝头采用内六角沉头设计,确保螺钉锁定时螺帽能完全沉降于翼型钢板凹槽型螺孔内。 1.2翼型钢板力学分析 1.2.1实验材料： 福尔马林固定的成人尸体股骨标本9根,剔除软组织后摄X线片,排除损伤,了解骨质情况。用生理盐水浸湿的纱布包裹,储存于-20℃冰箱内,测试前半小时常温解冻,实验过程中保证标本处于100%相对湿度和室温约37℃。 1.2.2生物力学测试： 轻度粉碎骨折：线锯于股骨中段张力侧截取楔形骨折块,造成股骨干粉碎骨折模型。首先,所有股骨标本使用TiNi合金环抱器固定为A组；测试后去除环抱器,使用股骨锁定接骨板固定为B组；B组测试完毕后,更换同类型股骨锁定接骨板并配合使用辅助翼型翼型钢板固定为C组。行轴向压缩试验、扭转试验和三点弯试验。实验中获得的计量资料以均数±标准差表示,采用配对t检验,取P值0.05和P值0.01为检验水准。 重度粉碎骨折：以上各组股骨干简单型粉碎骨折模型实验完毕后,拆除内固定器械,以原楔形骨折块为中心,在股骨干上于其远近两端,线锯分别锯取同样大小骨折块,造成股骨严重粉碎骨折模型。其余实验方法、步骤及统计学处理方法同上。 结果： 1.术程操作简便顺利,翼型钢板放置及安装所需空间较小,其能够通过锁定螺钉与股骨锁定接骨板形成统一固定整体,固定牢靠,翼型环抱臂能有效地钳夹骨折碎块，力学测试过程未见粉碎骨折块明显移位、脱落等异常。 2.1轻度粉碎骨折： 1)轴向压缩试验：在100N-300N载荷作用下,A组位移大于B、C两组(P0.05).B组大于C组(P0.05),400-600N载荷作用下,A、B组位移较C组大(P0.05),A、B两组位移无差异(P0.05)；600N时,C组轴向刚度明显较A、B两组大(P0.01),A、B两组轴向刚度无差异(P0.05)。 2)应力—应变试验：根据粉碎骨折前后600N载荷的应变,C组应力遮挡率分别为明显高于A、B两组(P0.01),差异有极显著性;而A、B两组无明显差异(P0.05)。 3)扭转试验：在1N.m-3N.m扭矩下, C组扭转角度较A、B两组小(P0.05).A、B两组无差异(P0.05)；在4N.m-5N.m时,A组扭转角度大于B、C两组(P0.05),B组大于C组(P0.05)；5N.m时,C组扭转刚度明显较A、B两组大(P0.01),B组大于A组(P0.05)。 4)三点弯试验：辅助翼型钢板内固定系统从侧方加载时,与锁定钢板侧方加载和环抱器侧方加载相比,在4N.m载荷时,B组桡度大于A、C两组(P0.05),A、C两组间无差异(P0.05),随着载荷逐渐增加,差异越来越明显,B组桡度比A、C两组大(P0.05),A组大于C组(P0.05)；在20N.m载荷时,C组弯曲刚度较A、B两组大(P0.05),A组弯曲刚度大于B组(P0.05)。 2.2重度粉碎骨折： 1)轴向压缩试验：在100N载荷作用下,C组位移较A、B两组小(P0.05),A、B两组间无差异(P0.05)；200-600N载荷作用下,A、B组位移较C组大(P0.05),A组大于B组(P0.05)；600N时,C组轴向刚度明显较A、B两组大(P0.01),B组轴向刚度大于A组(P0.05)； 2)应力—应变试验：轴向载荷各级载荷点,C组应变值较A、B两组小(P0.05),B组小于A组(P0.05)；根据粉碎骨折前后600N载荷的应变,统计学分析C组轴向刚度明显大于A、B两组(P0.01),A、B两组间无差异(P0.05)。C组应力遮挡率分别为明显高于A、B两组(P0.01),差异有极显著性；B组应力遮挡率也明显高于A组(P0.01)。 3)扭转试验：在各级扭矩下,C组扭转角度明显较A、B组小(P0.01),B组明显小于A组(P0.05)；5N.m时,C组扭转刚度较A、B两组大(P0.05),B组大于A组,差异极为明显(P0.01)； 4)三点弯试验：行三点弯试验时,由于B组只行单纯股骨锁定接骨板固定,模型中段多个粉碎骨折块无法行有效维持复位,Bose力学实验机缺乏有效作用力点,故该组只进行A、C两组弯矩测试比较。环抱器侧方加载与辅助翼型钢板内固定系统侧方加载时对比,在各级载荷时,C组挠度均要小于A组(P0.05)；当弯矩载荷在20N.m时,C组弯曲刚度明显强于A组(P0.05) 结论： 在利用三种不同内固定器械固定股骨干粉碎骨折模型的力学试验中,对于辅助翼型钢板(APP)配合股骨锁定接骨板所构成的内固定系统,其轴向刚度、弯曲刚度、扭转刚度均要强于单纯股骨锁定接骨板固定或TiNi环抱器接骨板固定。以上实验说明辅助翼型钢板配合股骨锁定接骨板所构成的内固定系统,其稳定型最强,最适宜用于股骨干粉碎骨折,其优良的抗压缩、抗弯曲、抗扭转性能,能够确保为股骨干粉碎骨折提供一个良好的力学环境,使骨折部位的弯曲应力、剪应力和扭转应力得到控制,能够在有效地恢复、维持粉碎骨折端的对位对线关系,促进骨折端愈合的基础上,确保患肢能够早期负重活动,有助于加快患肢功能的恢复。同时,实验过程中在股骨锁定接骨钢板已妥当放置并锁定的前提下,辅助翼型钢板的置入及锁定简捷顺利,不需要对骨膜进行剥离,操作空间小,对周围软组织损伤较低,是一种实用性较强的新型辅助内固定器械。
【关键词】：内固定物设计 辅助翼型钢板 生物力学 股骨干粉碎骨折 力学试验
【学位授予单位】：广州中医药大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R318.08
【目录】：

• 摘要3-6
• Abstract6-10
• 目录10-12
• 引言12-14
• 第一节 股骨辅助翼型钢板设计14-18
• 1.1 股骨辅助翼型钢板设计要求14
• 1.2 股骨辅助翼型钢板设计思路14-15
• 1.3 股骨辅助翼型钢板设计参数15-17
• 1.4 股骨辅助翼型钢板三维图形17-18
• 1.5 锁定螺钉三维图18
• 第二节 材料与方法18-22
• 2.1 实验器械与仪器18-20
• 2.1.1 内固定器械18-19
• 2.1.2 相关器械与材料19-20
• 2.2 实验方法20-22
• 2.2.1 标本的制备及分组20-21
• 2.2.2 实验步骤21-22
• 2.3 统计学方法22
• 第三节 轻度粉碎骨折实验结果22-26
• 3.1 轴向压缩试验22-24
• 3.1.1 载荷—位移变化22-23
• 3.1.2 轴向刚度比较23
• 3.1.3 轴向应力遮挡率比较23-24
• 3.2 扭转试验24-25
• 3.2.1 扭矩—扭角变化24-25
• 3.2.2 扭转刚度比较25
• 3.3 三点弯试验25-26
• 3.3.1 弯矩—挠度变化25-26
• 3.3.2 弯曲刚度比较26
• 第四节 重度粉碎骨折实验结果26-29
• 4.1 轴向压缩试验26-27
• 4.1.1 载荷—位移变化26-27
• 4.1.2 轴向刚度比较27
• 4.1.3 轴向应力遮挡率比较27
• 4.2 扭转试验27-28
• 4.2.1 扭矩—扭角变化27-28
• 4.2.2 扭转刚度比较28
• 4.3 三点弯试验28-29
• 4.3.1 弯矩—挠度变化28-29
• 4.3.2 弯曲刚度比较29
• 第五节 讨论29-33
• 5.1 骨折愈合的生物力学因素29-30
• 5.2 三种内固定器械的生物力学比较30-32
• 5.3 辅助翼型钢板的设计及应用的可行性32-33
• 5.4 辅助翼型钢板的改进和展望33
• 第六节 中医中药在骨折治疗中的运用33-35
• 第七节 结论35-36
• 参考文献36-40
• 股骨干骨折手术治疗进展40-48
• 参考文献45-48
• 中英文缩略词对照表48-49
• 致谢49

【参考文献】

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本文编号：348409