H形钢板固定骶髂关节分离的生物力学评价

廖文胜,丁 强,王利民

郑州大学第一附属医院骨科 郑州 450052

骶髂关节位处骨盆环的后环，是支撑人体躯干负载并完成力学传导的重要结构。骨盆环损伤时，因骶髂关节脱位所导致的垂直或旋转不稳定通常需行手术治疗，但因骶髂关节部位深在和周围重要解剖结构(腰4、腰5神经根以及腰骶干)[1]的阻挡，骶髂关节的骶骨侧所能提供用于安放螺钉的空间十分有限。目前临床上治疗骶髂关节脱位的方法有双钢板固定和骶髂关节螺钉固定。前者存在抗扭转及抗分离能力较差的特点。后者仅适用于移位轻微或术前已经得到良好复位的患者，并且对手术操作及设备有着更高的要求[2]，很多医院难以开展。作者根据骶髂关节的解剖学特点，设计了一种H形钢板，并且在骶髂关节分离模型上进行了生物力学测试，报道如下。

1 材料与方法

1.1H形钢板的设计H形钢板由三部分组成，见图1所示。钢板的两侧为对称的两孔钢板，其厚度、孔间距、螺孔形状等与普通骨盆重建钢板相同。两钢板之间为一板型结构，厚度与两侧钢板相同，长宽均为6 mm，其作用类似于脊柱钉棒系统的横向连接器。三部分由同一板材加工而成。

图1 H形钢板实物图

1.2实验材料成年防腐骨盆标本12个，由郑州大学基础医学院人体解剖学教研室提供，经观察及X线检查排除畸形、严重骨质疏松、肿瘤、结核等骨病。夹具自备。骶髂关节脱位内固定手术器械一套。H形钢板、普通骨盆重建钢板及全螺纹松质骨螺钉均委托浙江广慈医疗器材有限公司加工生产，所用钢材型号为00Cr18Ni15Mo3N。AGS-10KNG型电子万能生物力学试验机购自日本岛津公司。

1.3实验分组取骨盆标本，自正中矢状面锯开骶骨及耻骨联合，得半骨盆标本，切断骶髂前韧带、骶髂后韧带及骨间韧带，制作成12对骶髂关节分离模型。将12对骶髂关节分离模型随机分为两组，一组(A组)使用“H形”钢板，经塑形后放置于骶髂关节两侧，每个钢板的骶骨和髂骨侧各有两枚螺钉固定(共4枚螺钉)；另一组(B组)使用两枚普通两孔重建钢板，也经恰当塑形后固定，骶骨和髂骨侧也各有两枚螺钉固定。如图2、图3 所示。为便于比较,两种固定方式所使用的螺钉均为4.0 mm直径的松质骨螺钉，螺钉长度相同，进钉方向也尽可能相同。

图2 骶髂关节分离模型以H形钢板固定后

图3 骶髂关节分离模型以双钢板固定后

1.4生物力学测试使用改良Shazar等[3]的生物力学测试方法进行测试。将固定后的半骨盆放置于夹具后，连接在生物力学试验机上，加载荷于骶髂关节。首先进行侧方分离应力测试。再拆除钢板螺钉后，在无钉孔部位，重新分别固定后，行垂直分离应力测试，以避免第一次力学实验后钉孔松动的影响。在万能生物力学试验机上，采用连续加载，最大载荷设定为500 N，加载速率控制为1 mm/min。采用高精度数字显示光栅位移传感器千分表测量位移，同时测量骶髂关节间的形变位移。每个标本实行单次加载，分别记录位移1、2及3 mm时所需要的载荷。

1.5统计学处理采用SPSS 10.0进行统计分析，采用两独立样本t检验对两组的载荷进行比较，检验水准α=0.05。

2 结果

2.1侧方分离稳定性的生物力学分析见表1。A组侧方位移1、2及3 mm时，所需载荷均大于B组。

表1 2组侧方位移所需载荷的比较 N

2.2垂直分离稳定性的生物力学分析见表2。A组垂直方向位移1 mm时，所需载荷大于B组；但位移2及3 mm时，所需载荷与B组比较，差异无统计学意义。

表2 2组垂直位移所需载荷的比较 N

3 讨论

骨盆骨折是一种严重的创伤，致残率和致死率较高[4]。骶髂关节脱位是一种常见的骨盆后环损伤，这种损伤破坏了骶髂复合体的完整性，导致骨盆的旋转或者垂直不稳定。骶髂关节脱位的治疗包括复位和固定两个方面。目前，如果术前通过股骨牵引能够获得满意复位，多数学者[2,5]主张其后的固定方式应为经皮穿钉，应用一枚或两枚空心的骶髂螺钉进行固定。此方法的主要优点与微创手术相似，如创伤小、恢复快、住院时间短等等，其缺点主要是操作需要在术中CT或C臂等影像设备的引导下进行，技术要求高，有损伤骶前重要血管、神经以及骶管内神经结构的可能[6]，并且应用于合并垂直方向不稳定的患者时，有较高的畸形愈合发生率[7]。对于牵引后可以较好复位的患者，另一种内固定方法是后方应用骨盆重建钢板，皮下植入，固定于两侧髂嵴的后方。此方法安全、创伤较小，但也有其局限性，尤其不适用于剪切暴力引起的Tile C型骨盆损伤。作者临床观察发现，如应用此方法处理Tile C型骨盆损伤，会出现较高的复位丢失率。此外，另有研究[6]证实确有部分患者牵引无法满意复位，必须通过切开复位内固定的方法进行治疗。

对于合并骶髂关节脱位的Tile B型或C型骨盆骨折，切开复位和固定常常选择经前路的钉板固定，钢板内侧置于骶骨翼的中部靠近关节间隙处。因为要顾及附近的神经结构(腰5神经根以及腰骶干等)，故骨膜下剥离不应超过骶髂关节内侧2 cm。这意味着沿着关节间隙内侧的骶骨翼上只有放置一枚螺钉的空间。正因如此，如果只用一块钢板进行固定，稳定性显然不够，因此通常的解决方法是应用并行的两枚独立的两孔或三孔钢板进行固定。可以想象两块独立的钢板，尤其是在髂骨侧也只应用一枚螺钉进行固定时，其控制旋转不稳定的效果较差，容易使两块钢板先后出现松动，继而影响垂直不稳定的控制。为解决此问题，目前推荐的一个方法是应用两枚独立的三孔钢板进行固定[8]。

基于以上认识，作者借鉴了现代脊柱内固定钉棒系统中横向连接器的概念，设计了H形钢板，将两个独立的两孔或三孔钢板应用一个横行的、与两钢板垂直的板形结构连接在一起，形成一个刚性结构。随后，作者利用骶髂关节分离模型对H形钢板固定的生物力学进行分析，分别测试了侧方以及垂直方向上的位移与载荷的关系，以模拟内固定对抗骶髂关节旋转移位和垂直分离的状况。实验结果证实，侧方位移1、2、3 mm和垂直位移1 mm时，H形钢板固定所需载荷明显大于常规钢板;垂直位移2和3 mm时，H形钢板固定所需载荷与常规钢板比较无差异，这可能与移位过大时，钉道已经松动，并且移位方向与螺钉方向相近有关。虽然如此，该结果也说明，H形钢板对抗垂直方向上初始位移的能力更强。综上所述，H形钢板固定较常规的双钢板固定有着更好的力学稳定性，这也意味着H形钢板对抗骶髂关节脱位时旋转和垂直方向上的不良应力的能力更强。此外，H形钢板体积小巧，不会增加手术操作的难度。因国内新鲜或冷冻标本难以大量获取，故该研究不得不选用防腐的人骨盆标本，但是实验中两种固定方法应用的是同类骨骼标本，对最终结果的科学性不会造成影响。

总之，H形钢板与传统的双钢板固定相比，具有更好地控制旋转移位和垂直移位的能力，如能应用于临床，将能够为骶髂关节脱位的手术治疗提供一种新的、可靠的手段。

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