新型双皮质自攻螺纹交锁螺钉的设计与生物力学研究

新型双皮质自攻螺纹交锁螺钉的设计与生物力学研究 新型双皮质自攻螺纹交锁螺钉的设计与生物力学研究 作者:闫宏伟，王宏刚，刘凯，宋金辉，王坤正，刘军，张开放，袁 国莲 【关键词】 双皮质自攻螺纹交锁螺钉;单皮质螺纹交锁螺钉; 全螺纹交锁螺钉;设计;生物力学;风险 摘要:目的 设计与新 型髓内钉相配套的双皮质自攻螺纹交锁螺钉，并对其生物力学性能进 行对比研究。方法 新型双皮质自攻螺纹交锁螺钉20根，直径4.5mm， 长45mm，为实验组;市售进口Orthofix髓内钉配套不锈钢单皮质及 全螺纹交锁螺钉各20根，规格与实验组相同，为对照组。应用MTS880 材料试验机分别对实验组(新型交锁螺钉)及对照组(单皮质螺纹交锁 螺钉、全螺纹交锁螺钉)的抗拔出强度及三点弯曲试验进行对比测评。 结果 新型交锁螺钉的抗拔出性能优于全螺纹交锁螺钉和单皮质螺纹 交锁螺钉，单皮质螺纹交锁螺纹钉抗拔出性能最差;新型交锁螺钉的 抗弯性能最优，单皮质螺纹交锁螺钉抗弯性能居中，全螺纹交锁螺钉 组最差。组间比较均有显着性差异。结论 新型交锁螺钉的生物力学 性能优良，临床应用的退钉、弯钉、断钉风险低。 关键词:双皮 质自攻螺纹交锁螺钉;单皮质螺纹交锁螺钉;全螺纹交锁螺钉;设计; 生物力学;风险 Design and biomechanical study on newlymanufactured cortex selftapping interlocking screw ABSTRACT: Objective To compare the biomechanical characteristics by designing newlymanufactured cortex selftapping interlocking screw matched with interlocking nail. Methods Altogether 20 newlymanufactured cortex selftapping screws (diameter 4.5mm, length 45mm) were tested as experimental group, 20 Orthofix oneside cortex screws and 20 fulllength interlocking screws of the same specifications were tested as control group. To compare their antipulling and antibending capabilities on the MTS880, the experimental group (ten screws) and the control group (ten screws) were tested for different contents. Results The maximal pullout strength of newmanufactured cortex selftapping interlocking screw was distinctly higher than that of the fulllength cortex interlocking screw, the maximal pullout strength of oneside cortex interlocking screw was the lowest. Compared with the other screws in the antibending capabilities, newmanufactured cortex selftapping interlocking screw was the best, oneside cortex interlocking screw ranked second and fulllength cortex interlocking screw the last. Conclusion The biomechanical characteristics of newlymanufactured cortex selftapping interlocking screw were better, which can decrease the clinical risk of screw bending, breaking and receding. KEY WORDS: newlymanufactured cortex selftapping interlocking screw; oneside cortex interlocking screw; fulllength cortex interlocking screw; design; biomechanics; risk 在交锁髓内 钉的临床应用过程中，交锁螺钉的断裂、退钉、弯钉现象时有发生， 失败率约为6%-40%[13]，且远端用1枚螺钉的失败率明显高于用2 枚螺钉。其直接后果是造成髓内钉的交锁功能失败，可以导致骨折的 旋转、延迟愈合或不愈合[45]，甚至导致髓内钉陷入干骺端或退入关 节腔，造成关节面破坏或关节功能不同程度受限。这除与操作技术有 关外，更与交锁螺钉的设计和材质选择有关。本研究选用Ti6Al7Nb 设计制作了双皮质自攻螺纹交锁螺钉，螺钉中部采用滑杆式表面设 计，钉尾设计为内、外六方，与不锈钢材质的单皮质及全螺纹两种交 锁螺钉进行拔出强度对比研究，由于交锁螺钉以承受弯曲载荷为主， 故对三种交锁螺钉的三点弯曲试验进行对比。 1 材料与方法 1.1 材料 新型双皮质自攻螺纹交锁螺钉20根，直径4.5mm，长45mm， 材质为Ti6Al7Nb，原材料及加工制造均来自西北有色金属研究院， 为实验组。市售进口髓内钉配套不锈钢单皮质及全螺纹交锁螺钉各 20根，为对照组，规格与实验组相同。 1.2 实验设计及方法 两 组3种交锁螺钉各选择10根分别进行拔出强度及三点弯曲试验:? 拔出强度试验。采用连续加载方式，以位移控制加载速度为1mm/min， 拉力达到200N或位移超过5mm时结束试验。拔出试验建模方法:随 机抽取正常股骨标本，截取包括狭窄段在内的一段股骨标本长约 10cm，按照螺钉放置的标准要求操作，将受试钉安置于标本中点位置，各组进钉深度相同，钉尾外露长度以仅能满足机器夹头夹持为宜。于受试钉正对侧两旁安置两枚普通螺钉供机器夹持固定标本用，两钉各与受试钉相距3cm，且三钉尽量位于同一平面，确保受试钉仅受拔出力作用而无扭力或弯曲力干扰。 ?三点弯曲试验。采用连续加载，加载速度为1mm/min，弯矩最大为3.0N/m。 1.3 结果输出 以微机自动记录的实时曲线图及与之对应的数据库两种方式输出实验结果，数据库中的数据可反映出时间、载荷、移位的对应数值关系。 1.4 统计学处理 实验数据以?s表示，应用SPPS.11.0统计软件行t检验，显着性水平置于0.05。 2 结果 2.1 拔出强度试验 从实验结果可以看出，拔出实验初期(拔出力小于80N时)实验组与全螺纹组抗拔出性能基本相当，当拔出力超过0N时，实验组抗拔出性能明显优于全螺纹组，而单皮质交锁螺钉的抗拔出性能在三者中最差(表1)。