个体化接骨板螺钉系统的研制



·研究快报·

个体化接骨板螺钉系统的研制

秦士吉，邢欣，李升，陈伟，吕红芝，张英泽*(河北医科大学第三医院创伤急救中心，河北省骨科研究所，河北省骨科生物力学重点实验室；河北 石家庄 050051)

[关键词]骨折；内固定器；接骨板；螺钉

doi:10.3969/j.issn.1007-3205.2016.03.027

应用接骨板螺钉固定是治疗骨折的常用手术之一。术后接骨板螺钉松动、断裂导致内固定失败是骨折延迟愈合、不愈合的常见原因[1]。接骨板螺钉松动、断裂部位通常发生在骨折邻近部位。各种金属接骨板的弹性模量与人体骨骼弹性模量相差较大，内固定术后会发生应力遮挡，导致骨折局部接骨板应力集中，这是骨折术后内固定失败的一个重要原因。临床上针对不同年龄段人群某一部位骨折设计的金属接骨板，其厚度、宽度和长度等尺寸均相同，然而不同年龄段人体各个部位骨骼的厚度、硬度和弹性模量却均不相同[2-4]，故使用相同的接骨板螺钉固定必然会导致部分患者骨折内固定失败。为解决这一难题，本课题组针对不同年龄段、不同部位弹性模量各异的骨骼设计了个体化接骨板螺钉系统，现简要介绍如下。

1人体骨骼的硬度和弹性模量与年龄的关系

骨骼的硬度和弹性模量随着年龄增长而发生变化[2-4]。年龄在0～18岁期间，人体骨骼不断发育，皮质骨和松质骨逐渐增厚，骨骼的弹性模量、强度和硬度逐渐增加；年龄在>18～45岁期间，人体各处骨骼弹性模量最大，硬度最大；年龄在>45～65岁之间，尤其是女性受绝经影响，人体骨骼逐渐出现骨质疏松，弹性模量有所降低，骨骼强度和硬度也逐渐下降；年龄在65岁之后，人体骨骼骨质疏松程度逐渐加重，弹性模量、强度和硬度显著降低。

2针对不同年龄人群个体化接骨板螺钉系统的设计

设计原则：接骨板的宽度、厚度不同，其整体弹性模量不同；减小接骨板的厚度可以降低其整体的弹性模量。螺钉的直径和螺距不同，固定后把持力不同；对于骨质疏松的骨骼选择直径较粗、螺距较大的螺钉可以增强把持力。因此，对于正常成年人弹性模量和硬度较大的骨骼发生骨折，可以选择使用标准宽度和厚度的接骨板、正常直径和螺距的螺钉固定；对于未成年或老年人，其骨骼弹性模量和硬度减小，可以选择厚度较小的接骨板和直径较粗、螺距较宽的螺钉固定。

以用于固定股骨骨折的个体化接骨板和螺钉系统为例，说明如下：①对于年龄>18～45岁的股骨骨折患者，由于股骨皮质骨厚度最大，骨骼硬度最大，应使用标准宽度和厚度的Ⅰ型接骨板固定骨折，选择标准直径和螺距的螺钉；②对于年龄>45～65岁的股骨骨折患者，由于骨质量变差，脆性增加，尤其是股骨近端和远端存在一定程度的骨质疏松，接骨板和螺钉固定牢固程度差，易发生松动，骨折后骨愈合过程迟缓，所以应选择厚度较小的Ⅱ型接骨板(厚度为Ⅰ型接骨板的75%～95%，宽度为Ⅰ型接骨板的85%～95%)，螺钉直径为标准直径的110%～120%，螺距为标准螺距的110%～120%，从而降低弹性模量，减轻应力遮挡，减少骨量丢失；③对于年龄65岁以上的股骨骨折患者，往往存在比较严重的骨质疏松，骨质量进一步变差，脆性进一步增加，应选择厚度较小的Ⅲ型接骨板(厚度为Ⅰ型接骨板的60%～85%，宽度为Ⅰ型接骨板的80%～90%)，螺钉直径为标准直径的120%～150%，螺距为标准螺距的120%～130%；④对于年龄18岁以下的股骨骨折患者，骨骼柔韧，硬度和弹性模量均小于成年人骨骼，建议选择Ⅳ型接骨板(厚度为Ⅰ型接骨板的60%～85%，宽度为Ⅰ型接骨板的80%～95%)，螺钉直径为标准直径的110%～120%；⑤对于年龄45岁以上的股骨骨折患者，植入螺钉固定时，螺钉应朝向不同的方向，根据骨折部位和粉碎程度，相邻2个螺钉方向可以为斜向平行、斜向分离或斜向相对，以提高把持力。

3生物力学测试

选择5对年龄>65岁的福尔马林浸泡的股骨标本，制作股骨远端骨折模型，将其随机分为实验组和对照组。对照组股骨远端骨折应用Ⅰ型接骨板螺钉固定；实验组标本使用Ⅳ型接骨板固定(厚度为Ⅰ型接骨板厚度的75%)，螺钉直径为对照组的125%。将2组标本分别固定于BOSE 7500型生物力学试验机，给予0～500 N的垂直负荷和0～5 NM的扭转负荷进行循环实验。实验结果显示，对照组接骨板螺钉松动均早于实验组。说明应用弹性模量更好的个体化接骨板螺钉系统可以提高骨折固定的稳定性。

综上所述，根据患者不同年龄、不同部位骨骼强度和弹性模量选择宽度和厚度合适的接骨板螺钉系统固定骨折，既可有效固定骨折，亦可通过使用与骨骼弹性模量更加接近的接骨板来分散骨折固定后局部应力集中的现象，降低远期发生内固定物松动、断裂的风险。

[参考文献]

[1]吴率帅,陈伟,王娟,等. 锁定钢板和传统钢板治疗股骨骨折内固定断裂率比较分析[J].中华创伤杂志,2013,29(3):254-257.

[2]Jiang R,Liu GM,Bai HT,et al. Age-related differences in the biological parameters of vertebral cancellous bone from Chinese women[J]. Chin Med J (Engl)，2013,126(20):3828-3832.

[3]Matsuki H,Shibano J,Kobayashi M,et al. Elastic modulus of the femoral trochanteric region measured by scanning acoustic microscopy in elderly women[J]. J Med Ultrason (2001),2015,42(3):303-313.

[4]胡祖圣，李升，刘国斌，等. 人体骨骼显微硬度及其相关因素初步研究[J].河北医科大学学报，2016,37(1):102-104.

(本文编辑：赵丽洁)

[中图分类号]R684.76

[文献标志码]B

[文章编号]1007-3205(2016)03-0342-02

[作者简介]秦士吉(1980-)，男，天津人，河北医科大学第三医院主治医师，医学硕士，从事骨科基础及临床研究。*通讯作者。E-mail:dryzzhang@126.com

[基金项目]国家自然科学基金青年科学基金项目(81401789)

[收稿日期]2016-03-07；[修回日期]2016-03-09