Front Bioeng Biotechnol：后路T型钢板与LCP固定胫骨后外侧钢板骨折的生物力学及有限元分析
2023-12-26 医路坦克 MedSci原创 发表于上海
胫骨平台后外侧骨折(PTPF)的治疗一直存在争议。我们进行了一项通过外侧入路改善PTPF固定的研究。
胫骨平台为膝关节提供了必要的稳定性，同时也起到了关键的承重界面的作用。鉴于计算机断层扫描(CT)的广泛采用，胫骨后外侧平台骨折(PTPF)，无论是单独的还是合并其他柱状骨折，都比以前文献中记载的更为普遍。值得注意的是，关节面> 2mm和关节内翻畸形>4°会增加患骨关节炎的风险。因此，必须强调正确治疗PTPF的重要性。PTPF占所有平台骨折的8%-15%，由膝关节屈曲时外翻和轴向应力共同引起。在骨折移位趋势方面，独特的损伤机制往往导致以后侧移位为主。因此，手术通路主要通过外侧或后路进行探索。虽然后路入路和植入物固定提供了生物力学上的好处，但它会增加医源性损伤的风险，并且骨折部位暴露有限。
另一方面，外侧入路是大多数外科医生接受的最普遍的手术选择之一，因为其血管和神经损伤的风险较低。考虑到这些因素，问题出现了:对于PTPF病例，侧入路能否成为获得满意固定强度的可行选择?经证实，用锁定加压钢板(LCP)固定后外侧(PL)骨折碎片时使用单螺钉所获得的生物力学强度与人体的生理需求不一致。在先前工作的基础上在LCP固定PL骨折的生物力学评估中，我们的研究深入探讨了LCP横向固定螺钉数量的不同导致的机械强度差异，通过外侧入路稳定PL骨折碎片。
方法：我们使用了40个合成胫骨，并根据锁定加压钢板（LCP）和桡骨远端T型钢板（TPP），通过各种形式的螺钉通过后外侧（PL）骨折碎片固定，将骨折模型分为五组。I： 使用两个锁紧螺钉（LPTL）进行双螺钉固定。Ⅱ：双可变角度锁定螺钉双螺钉固定（LPTV）。Ⅲ：单枚锁定螺钉固定。Ⅳ：一个螺钉固定，一个锁紧螺钉和两个前后拉力螺钉（LPOLTL）。Ⅴ：桡骨远端三枚锁定螺钉钢板（TPP）。进行生物力学测试，以观察在250N、500N和750N的力水平下PL骨折碎片的轴向压缩位移，并确定各组的失效载荷和轴向刚度。
图1 胫骨平台后外侧（PL）劈裂骨折模型的颅骨和侧视图。（A） 颅骨视图。PFCA，股骨髁后轴线；a点，PL断裂的侧向出口点；b点，腓骨头关节面的前缘；c点，腓骨头关节面的内侧边缘；d点，PL骨折的后出口点；角度LMFA，PL片段的横向断裂线与PFCA之间的角度；角度PMFA、PL片段的内侧骨折线与垂直于PFCA的线之间的角度。（B） 横向视图。角度SFA，PL碎片的关节线与冠状骨折线之间的角度；点e，PL断裂下方的出口点。
图2 后外侧（PL）骨折的五种不同内固定模型。（A） 在无导线心脏起搏器的横臂中使用两个常规锁定螺钉进行固定。（B） 用两个可变角度锁定螺钉固定在无导线心脏起搏器的横臂上。（C） 用一个锁定螺钉固定在无导线心脏起搏器的横臂上。（D） 使用LCP横臂中的一个锁定螺钉加上两个前后拉力螺钉进行固定。（E） 桡骨远端T形钢板固定的后部支撑。（F） 由有限元模型的LCP的两个锁紧螺钉固定。（G） 由有限元模型的LCP的两个可变角度锁定螺钉固定。（H） 通过有限元模型的LCP的一个锁紧螺钉固定。（I） 通过有限元模型的LCP的一个锁定螺钉和两个前后拉力螺钉固定。（J） 由有限元模型的后支撑T形桡骨远端板固定。
图3 PL骨折不同固定模型在机器内的定位。（A） 外侧锁定压迫板的固定。（B） 局部放大（A）显示生物力学测试。（C） 桡骨远端T形钢板后侧固定。（D） 局部放大（C）显示生物力学测试。
表1 杨氏模量（MPa）和泊松比。
表2 五组模型中的元素数量。
表3 三种不同载荷下五组断裂模型的垂直位移、破坏载荷和轴向刚度。
图4 五个模型组的统计分析概要。（A） 750N轴向载荷作用下后外侧骨折片的位移。（B） 五组模型的故障负荷。（C） 五组模型的轴向刚度。条形图表示平均值，误差条形图表示标准偏差*p＜0.05。
表4 五组骨折模型中三种载荷作用下内固定的轴向压缩位移。
表5 五组骨折模型在三种载荷下内固定的Von Mises应力。
图5 五组内固定装置以及骨内固定和内固定的von Mises应力分布。（A） Ⅰ组（LPTL）内固定应力。（B） Ⅱ组（LPTV）内固定应力。（C） Ⅲ组（LPOL）内固定应力。（D） Ⅳ组（LPOLTL）内固定应力。（E） Ⅴ组（TPP）内固定应力。（F） Ⅰ组（LPTL），骨内固定应力和内固定应力均相同。（G） Ⅱ组（LPTV）骨内固定和内固定均应力。（H） 第三组（LPOL），骨内固定应力和内固定应力均相同。（I） Ⅳ组（LPOLTL），骨内固定应力和内固定应力均相同。（J） 第Ⅴ组（TPP），骨内固定应力和内固定应力均相同。
图6 该图显示了PL裂缝的横截面。紫色表示常规锁定螺钉，绿色螺钉是可变角度锁定螺钉，而绿色范围表示固定领域的增加。
结果:在750 N荷载条件下，5个实验组内的位移呈现如下趋势:Ⅴ<Ⅱ<Ⅰ<Ⅳ<Ⅲ。然而，V组与II组、I组与IV组之间没有显著差异(p > 0.05)，只有Ⅲ组表现出超过3mm的位移。破坏荷载与轴向刚度呈相同趋势。反之，其余组与Ⅲ组比较，差异有统计学意义(p < 0.05)。在有限元分析中，750 N荷载作用下，5种模型的最大位移呈现如下趋势:Ⅴ<Ⅱ<Ⅰ<Ⅳ<Ⅲ。在750 N荷载作用下，各模型的最大von Mises应力的变化趋势如下:Ⅴ<Ⅱ<Ⅳ<Ⅰ<Ⅲ。
结论:在临床上，解决LCP单螺钉内固定时机械强度不足的问题至关重要。双螺钉固定的生物力学强度优于单螺钉固定。引入可变角度螺钉可进一步扩大固定范围。此外，临床上单螺钉固定PL骨折时，增加两枚由前向后螺纹的拉力螺钉可以补偿机械稳定性。
原始出处：
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