内固定钢丝安全拧紧圈数计算公式推导

发布时间：2020-06-22 02:09

【摘要】：研究背景骨折钢丝内固定是人类有记载以来最早的骨折内固定技术,首例记载距今已逾2个多世纪。钢丝内固定技术操作简便、骨折固定牢靠、且钢丝材料廉价易得,进行手术无需使用特殊器械,有着灵活、便捷、经济、易普及的特点,适合在各级医疗机构开展。钢丝内固定术是手足外科,创伤、脊柱、关节等骨外科专业,以及口腔颌面外科、整形外科、心胸外科等其他需要处理骨折问题的外科专业常常选用的骨折内固定方法。自钢丝内固定术问世至今,尽管在医用不锈钢丝的机械性能上和钢丝内固定手术的操作手法上都有所改进,人们也曾发明用以收紧钢丝的相关医疗器械。但总体来说钢丝内固定手术的操作方式仍保持着相对原始的面貌,即首先准确对位骨折两端,引导医用钢丝穿过骨折两端的合适位置,接着用钢丝持针器(或老虎钳等)夹住绕过被捆扎骨质后余出的钢丝两端,然后行“麻花状拧紧”操作,从而收紧并锁定钢丝,发挥骨折内固定的作用。传统的钢丝内固定手术中,拧紧的圈数的把握完全依靠医生的手感,具有一定的不确定性。在一定临床情形下,若圈数过少,则无法提供足够的紧固力,无法满足固定系统的稳定性要求;若圈数过多,则钢丝的收紧力量过大,容易出现术中或术后的钢丝断裂,或者钢丝嵌入骨皮质,影响愈合或造成其他术后并发症,严重时游走至临近重要脏器,甚至会危及生命。目的 1)探讨影响医用不锈钢丝拧断圈数的因素的效应,认识效应的主次关系;2)建立并分析理想化钢丝拧紧数理模型,全面理解钢丝拧紧过程的本质规律,推导钢丝拧断圈数的理论计算公式;3)体外进行钢丝内固定术的模拟实验,建立影响钢丝拧断圈数影响因素与实际拧断圈数之间的经验联系,推导出计算安全拧紧圈数的经验公式,指导临床进行钢丝内固定术。研究方法1.内固定钢丝扭转部分长度与“拧断”圈数的相关性研究1)2)在新鲜指骨、掌骨和尺骨标本上,体外模拟钢丝内固定手术,收集对影响钢丝拧断圈数nb影响显著的因素的自变量数值和相应拧断圈数nb,以各组数据1%分位数的点拟合方程,推导计算安全拧紧圈数ns的经验公式。2.影响内固定钢丝“拧断”圈数的因素的探究1)控制变量法研究影响内固定钢丝“拧断”圈数的因素在新鲜指骨、掌骨和尺骨标本上进行钢丝内固定术的体外模拟实验。分别设置被捆绑骨质的周长c,钢丝扭转部分的初始长度l0以及行收紧操作时向外的拉力F这3个变量中的1个为自变量,以另外2个变量作为控制变量,以钢丝拧断圈数nb为因变量。逐一进行实验,分别研究3个因素对钢丝拧断圈数nb的效应。2)在新鲜指骨、掌骨和尺骨标本上进行钢丝内固定术的体外模拟实验。采用正交实验设计代替全面实验,探究被捆绑骨质的周长c,钢丝扭转部分的初始长度l0以及行收紧操作时向外的拉力F三个因素影响钢丝拧断圈数效应的主次关系。3.建立理想化钢丝“拧紧”模型并推导“拧断”圈数理论计算公式根据钢丝骨折内固定的特点,以简单环扎为基础,建立包含骨周长和钢丝力学性能参数的想化钢丝“拧紧”模型,结合骨折钢丝环扎内固定过程和在钢丝拧紧过程中钢丝的受力、形变特点以及钢丝螺旋拧结的几何特点,对理想化模型进行分析,建立等式,推导并化简“拧断”圈数理论计算公式。结果1.内固定钢丝扭转部分长度与“拧断”圈数的相关性研究1)使用医用不锈钢丝(Φ0.3mm,上海金钟)在指骨保本上进行的4组钢丝内固定术模拟实验,第一组(l0=10mm)、第二组(l0=15mm)、第三组 lO=20mm)、第四组(l0=25mm)和第五组(l0=30mm),拧断圈数的平均值分别为:10.3±0.81,15.7±0.89,20.7±1.07、26.0±1.11圈和30.7±1.11;2)拟合内固定钢丝安全拧紧圈数ns经验公式:nb=1.012l0-2.1,(R2=0.9992);近似其参数,以相近的曲线ns=l0-2,为安全拧紧圈数计算公式,l0单位为毫米(mm),ns单位为圈。2.影响内固定钢丝“拧断”圈数的因素的探究 1)控制变量法研究影响内固定钢丝“拧断”圈数的因素被捆绑骨质的周长c影响钢丝“拧断”圈数,Levene方差齐性检验p0.05(p=0.079),单因素方差分析F=1.294,p0.05(p=0.285),4组试验结果统计学检验无显著差异。拧紧时沿钢丝螺旋轴线向外的拉力F影响“拧断”圈数,Levene方差齐性检验p0.05(p=0.214),单因素方差分析F=1.294,p0.05(p=0.007),4组试验结果统计学检验有差异。扭转部分的初始长度lO影响“拧断”圈数Levene方差齐性检验分析按扭转部分的初始长度l0分组的4组实验数据的方差齐性,p0.05(p=0.031),Tamhane'sT2多重比较4组之间均有p0.05(p=0.000),4组试验结果统计学差异极其显著。2)正交实验结果直观分析,因素c(被捆绑骨质周长)的R为1.04,因素F(拧紧时沿轴向外的拉力)的R为0.79,因素l0(扭转部分初始长度)的R为18.335;因素效应的主次顺序为:因素l0因素c因素F;3)正交实验结果方差分析,骨周长(c)的F值为2.44,p0.05(p=0.08);拉力(F)的F值为1.32,p0.05(p=0.28);扭转长度(l0)的 F 值为 508.91,p0.05(p=0.00)3理想模型和理论公式建立了条件理想化的钢丝拧紧模型,推导得到钢丝拧紧圈数理论计算公式:(?),ε等于断后伸长率A时,n = nb);结论 1)纳入考察的3个影响钢丝“拧断”圈数的因素中,扭转部分的长度l0对“拧断”圈数nb数值起决定性作用,被捆绑骨质的周长c和钢丝拧紧时、沿螺旋轴向外的拉力F对“拧断”圈数nb数值影响不显著;2)使用山东省立医院手足外科常用的医用不锈钢丝(Φ0.3mm,上海金钟)在一定范围内进行骨折内固定,得到内固定钢丝安全拧紧圈数经验公式:nbb=1.012l0-2.1,(R2=0.9992),近似为方程为:ns=l0-2,l0单位为毫米(mm),ns单位为圈。此公式ns=l0-2供临床医生科学实施掌指骨及相似部位的钢丝内固定术时参考。3)基于“理想化”钢丝拧紧模型和钢丝材料力学性能推导的内固定钢丝理论拧断圈数计算公式(?),ε等于断后伸长率A时,n = nb)与体外试验差距较大,尚无法满足临床应用,需进一步校正;
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R687.3
【图文】：

内固定钢丝安全拧紧圈数计算公式推导

自制实验装置结构示意图

操作步骤,间接法,被测量,周长

间接法测量被测量环扎骨质的周长

【参考文献】