兩段式拉力螺釘和AO 拉力螺釘加壓性能和加壓后釘?shù)罁p傷程度比較

徐達(dá)強(qiáng)，孫培棟，趙加力，楊惠林，歐陽鈞*

1.南通大學(xué)第六附屬醫(yī)院骨科，鹽城市第三人民醫(yī)院骨科，江蘇 鹽城 224700；2.南方醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院人體解剖學(xué)教研室，廣東省數(shù)字醫(yī)學(xué)與生物力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510515；3.徐州醫(yī)科大學(xué)附屬淮安醫(yī)院骨科，江蘇 淮安 223300；4.蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院骨科，江蘇 蘇州 215200

AO 拉力螺釘是加壓固定關(guān)節(jié)內(nèi)骨折塊的最佳選擇[1]，當(dāng)骨折合并骨質(zhì)疏松時(shí)，螺釘加壓性能及螺釘在骨中的穩(wěn)定性下降，不能有效地固定骨折[2]；隨著社會(huì)老齡化程度的加重，骨質(zhì)疏松性骨折患者越來越多。因此，提高螺釘加壓性能及螺釘在骨中的穩(wěn)定性具有重要的臨床意義。螺釘結(jié)構(gòu)是螺釘加壓性能的重要影響因素，Xu[3]等設(shè)計(jì)了桿部為細(xì)螺紋連接的兩段式拉力螺釘，其加壓性能優(yōu)于相同規(guī)格的AO 拉力螺釘。醫(yī)生個(gè)體差異是影響螺釘加壓性能的另一個(gè)因素，不同醫(yī)生擰緊同一螺釘，螺釘加壓性能差異明顯[4]。因此，研究醫(yī)生個(gè)體差異對(duì)兩段式拉力螺釘加壓性能的影響具有重要的臨床意義，但尚未見相關(guān)報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)比較不同骨科醫(yī)生擰緊相同規(guī)格的兩段式拉力螺釘和AO 拉力螺釘加壓性能和螺釘加壓后在骨中的穩(wěn)定性，為兩段式拉力螺釘?shù)呐R床應(yīng)用提供新的實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 松質(zhì)骨 松質(zhì)骨的物理學(xué)性質(zhì)是影響螺釘加壓性能的重要因素[5]，人體松質(zhì)骨的物理學(xué)性質(zhì)不均一性明顯[6]，影響螺釘加壓性能的重復(fù)性測試。Sawbone 合成松質(zhì)骨塊與人體松質(zhì)骨性質(zhì)具有一致性，且均一性良好；在螺釘及其他骨科內(nèi)植物測試中，Sawbone 合成松質(zhì)骨是人體松質(zhì)骨理想的替代物[6,7]。本研究采用4 個(gè)Sawbone 合成松質(zhì)骨塊（#1522-09，太平洋研究實(shí)驗(yàn)，美國）替代人體松質(zhì)骨進(jìn)行螺釘加壓性能的重復(fù)性測試：密度為0.12 g/cm3，模擬骨質(zhì)疏松的松質(zhì)骨[7]；體積為180 mm×130 mm×40 mm。用3.2 mm 醫(yī)用鉆頭在每個(gè)Sawbone 松質(zhì)骨塊的80 mm×130 mm 面上均勻地打24 個(gè)釘孔，深度為40 mm，并隨機(jī)分為兩組（n=12）。

1.1.2 螺釘 鈦合金兩段式拉力螺釘和AO 拉力螺釘（威高骨科醫(yī)療器械有限公司）各1 根，兩段式拉力螺釘長度62.7 mm（螺釘頭部高度2.3 mm），AO 拉力螺釘長度65 mm（螺釘頭部高度4.6 mm），兩種螺釘下列參數(shù)相同：螺釘桿部長度30.7 mm，螺紋長度為32 mm，外直徑6.5 mm，螺距2.75 mm（圖1）。

圖1 兩種相同規(guī)格的拉力螺釘A：AO 拉力螺釘B：兩段式拉力螺釘拆分狀態(tài)C：兩段式拉力螺釘組合狀態(tài)Fig.1 Two kinds of lag screws in the same specifications A: AO lag screw; B: Two-segmental lag screw; C: Assembled structure of two-segmental lag screw

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 操作者培訓(xùn) 2 位低年資骨科醫(yī)生（工作時(shí)間2 年，編號(hào)I、II）和2 位高年資骨科醫(yī)生（工作時(shí)間10年以上，編號(hào)III、IV），按照相應(yīng)操作規(guī)則，對(duì)4 位醫(yī)生進(jìn)行培訓(xùn)，要求他們根據(jù)自己臨床經(jīng)驗(yàn)合適地?cái)Q緊螺釘，認(rèn)為螺釘獲得最佳加壓力的同時(shí)避免釘?shù)肋^度損傷。每次實(shí)驗(yàn)只有一位醫(yī)生參與，沒有其他醫(yī)生參觀，實(shí)驗(yàn)過程中醫(yī)生不看數(shù)據(jù)，以避免偏倚。

1.2.2 螺釘加壓性能測試 螺釘加壓力是評(píng)價(jià)螺釘加壓性能的核心參數(shù)[8]，本實(shí)驗(yàn)的加壓力測量裝置含木塊、Tekscan 6900 壓力分布傳感器單元（圖2A）[9]：木塊中央設(shè)有直徑7 mm 圓孔，圓孔兩側(cè)為Tekscan 6900壓力分布傳感器（Tekscan 公司，美國），兩個(gè)塑料片粘貼于壓力分布傳感器兩側(cè)，確保所有壓力通過傳感器傳遞。每個(gè)醫(yī)生按照操作流程，使螺釘穿過定制的墊片和壓力測量結(jié)構(gòu)，將螺釘植入Sawbone 松質(zhì)骨塊中，根據(jù)臨床經(jīng)驗(yàn)擰緊螺釘（圖2B），傳感器測量加壓力（頻率10 Hz，精度0.01 N）。每個(gè)醫(yī)生測試24 次（兩段式拉力螺釘12次，AO拉力螺釘12次），總計(jì)96次。

圖2 加壓力測試A：定制的加壓力測量裝置B：加壓力形成和測量的結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Compressive force testA: Custom-designed device for measuring compressive force; B:Structure diagram of compressive force formation and measurement

1.2.3 螺釘加壓后在骨中穩(wěn)定性測試 螺釘加壓后釘?shù)赖膿p傷程度是螺釘在骨中穩(wěn)定性的重要影響因素[10]，拔出強(qiáng)度是評(píng)價(jià)釘?shù)罁p傷程度的核心參數(shù)[5]。本實(shí)驗(yàn)采用孫培棟（Sun）等[11,12]測量拉力螺釘加壓后釘?shù)腊纬鰪?qiáng)度方案：醫(yī)生擰緊螺釘后，通過定制墊片和連接桿將螺釘、壓力測量結(jié)構(gòu)及Sawbone 松質(zhì)骨塊裝配到工作臺(tái)上（圖3），Bose3510-AT 材料試驗(yàn)機(jī)（Bose 公司，美國）以0.02 mm/s 的速度將螺釘垂直從Sawbone 松質(zhì)骨塊中拔出，測量螺釘加壓后釘?shù)赖陌纬鰪?qiáng)度（頻率10 Hz，精度0.01 N）。每個(gè)醫(yī)生測試24次（兩段式拉力螺釘12 次，AO 拉力螺釘12 次），總計(jì)96 次。

圖3 螺釘加壓后釘?shù)腊纬鰪?qiáng)度測試Fig.3 Test for measuring the pullout force strength of the pilot hole after screw compression

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS13.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析：兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)（數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布）和兩獨(dú)立樣本非參數(shù)檢驗(yàn)（數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布）分析兩種螺釘加壓力和加壓后釘?shù)赖陌纬鰪?qiáng)度差異；采用多個(gè)獨(dú)立樣本非參數(shù)檢驗(yàn)（數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布或方差不齊）分析不同醫(yī)生間每種螺釘?shù)募訅毫图訅汉筢數(shù)赖陌纬鰪?qiáng)度差異。P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩種螺釘?shù)募訅毫?/h3>

不同醫(yī)生之間，AO 拉力螺釘和兩段式拉力螺釘加壓性能的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）（表1）。

表1 兩種螺釘?shù)募訅毫Γǎ琋）Tab.1 Compressive force of two screws (Mean±SD,N)

表1 兩種螺釘?shù)募訅毫Γ?，N）Tab.1 Compressive force of two screws (Mean±SD,N)

每個(gè)醫(yī)生可從兩段式拉力螺釘獲益：兩段式拉力螺釘?shù)募訅毫Ω哂贏O 拉力螺釘，兩者間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；兩段式拉力螺釘加壓力的變異系數(shù)小于AO 拉力螺釘，即：醫(yī)生多次使用相同的螺釘，兩段式拉力螺釘加壓性能的穩(wěn)定性優(yōu)于AO 拉力螺釘（表1）。

2.2 兩種螺釘加壓后釘?shù)赖陌纬鰪?qiáng)度

不同醫(yī)生之間，AO 拉力螺釘加壓后釘?shù)腊纬鰪?qiáng)度的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），兩段式拉力螺釘加壓后釘?shù)腊纬鰪?qiáng)度的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）（表2）。

表2 兩種螺釘?shù)募訅汉筢數(shù)腊纬鰪?qiáng)度（，N）Tab.2 Pullout f strength of the pilot hole after two screw compression (Mean±SD,N)

表2 兩種螺釘?shù)募訅汉筢數(shù)腊纬鰪?qiáng)度（，N）Tab.2 Pullout f strength of the pilot hole after two screw compression (Mean±SD,N)

醫(yī)生均從兩段式拉力螺釘獲益：兩段式拉力螺釘加壓后釘?shù)赖陌纬鰪?qiáng)度均數(shù)高于AO 拉力螺釘，醫(yī)生I 應(yīng)用兩種螺釘加壓后釘?shù)腊纬鰪?qiáng)度間的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.875），其他3 個(gè)醫(yī)生應(yīng)用兩種螺釘加壓后釘?shù)腊纬鰪?qiáng)度間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。兩段式拉力螺釘加壓后釘?shù)腊纬鰪?qiáng)度的變異程度小于AO 拉力螺釘，即：醫(yī)生多次使用相同的螺釘，兩段式拉力螺釘加壓后釘?shù)罁p傷程度的穩(wěn)定性優(yōu)于AO拉力螺釘（表2）。

3 討論

AO 拉力螺釘廣泛應(yīng)用于關(guān)節(jié)內(nèi)骨折[13]，螺釘加壓的同時(shí)可不同程度地?fù)p傷釘?shù)?；螺釘?shù)募訅毫图訅汉筢數(shù)赖膿p傷程度較為依賴醫(yī)生的臨床經(jīng)驗(yàn)[4]：螺釘沒有擰緊，釘?shù)罁p傷程度輕，但不能夠形成足夠的加壓力固定骨折；適度地?cái)Q緊螺釘，可獲得最佳加壓力同時(shí)釘?shù)罁p傷程度在允許范圍（釘?shù)腊纬鰪?qiáng)度不下降）；螺釘過擰則會(huì)導(dǎo)致滑絲，螺釘?shù)募訅盒阅芟陆?，釘?shù)赖膿p傷程度重[8,12]。螺釘在骨中穩(wěn)定性差[10]。因此分析醫(yī)生個(gè)體差異對(duì)螺釘加壓力和加壓后釘?shù)赖膿p傷程度具有重要的臨床意義。

醫(yī)生均能從兩段式拉力螺釘獲益：兩段式拉力螺釘?shù)募訅盒阅芎图訅汉舐葆斣诠堑姆€(wěn)定性比AO 拉力螺釘好，兩段式拉力螺釘加壓后釘?shù)赖膿p傷程度比AO 拉力螺釘輕。醫(yī)生個(gè)體差異是AO 拉力螺釘和兩段式拉力螺釘加壓性能的影響因素，不同醫(yī)生擰緊相同螺釘所獲得的加壓性能差異明顯；實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)意外的現(xiàn)象，一個(gè)是醫(yī)生的年資與螺釘加壓性能似乎沒有清晰的相關(guān)性：AO 拉力螺釘組，醫(yī)生I（低年資醫(yī)生）擰緊螺釘獲得的加壓力最高，醫(yī)生IV（高年資醫(yī)生）擰緊螺釘后的加壓力最低；兩段式拉力螺釘組，醫(yī)生IV（高年資醫(yī)生）擰緊螺釘后的加壓力最高，醫(yī)生III（高年資醫(yī)生）擰緊兩段式拉力螺釘后的加壓力最低。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因是：不同醫(yī)生的本體感覺對(duì)扭矩和加壓力的敏感度不一樣，臨床工作中形成的操作風(fēng)格不一樣，部分醫(yī)生希望獲得更大的加壓力，操作風(fēng)格激進(jìn)，比如醫(yī)生IV；部分醫(yī)生擔(dān)心螺釘滑絲，操作風(fēng)格保守，比如醫(yī)生III。另一個(gè)現(xiàn)象是兩段式拉力螺釘加壓后釘?shù)赖陌纬鰪?qiáng)度在醫(yī)生之間無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可能的原因是：（1）兩段式拉力螺釘?shù)幕z率很低，螺釘加壓后釘?shù)腊l(fā)生過度損傷的發(fā)生率很低；（2）醫(yī)生的樣本量偏小。本實(shí)驗(yàn)納入醫(yī)生樣本量偏小，課題組將開展進(jìn)一步研究分析醫(yī)生年資對(duì)螺釘加壓性能和加壓后釘?shù)罁p傷程度的影響。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)醫(yī)生多次擰緊同一個(gè)螺釘時(shí)，兩段式拉力螺釘加壓性能及加壓后螺釘損傷程度的穩(wěn)定性優(yōu)于AO 拉力螺釘；其原因如下：（1）AO 拉力螺釘加壓力在峰值區(qū)域變化較快，很小的螺釘旋轉(zhuǎn)角度差異會(huì)導(dǎo)致螺釘加壓性能和加壓后釘?shù)赖膿p傷程度差異很大[8]，醫(yī)生需要在一個(gè)很小的范圍判斷加壓力的變化并選擇恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)停止擰螺釘，增加了醫(yī)生擰緊螺釘操作一致性的難度；（2）兩段式拉力螺釘加壓力臨近峰值的區(qū)域增速明顯下降，存在一個(gè)平臺(tái)期，醫(yī)生可以在一個(gè)較大范圍體驗(yàn)加壓力的變化并選擇恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)停止擰螺釘[9]，降低了醫(yī)生擰緊螺釘操作一致性的難度。

綜上所述，每個(gè)醫(yī)生能從兩段式拉力螺釘獲益，兩段式拉力螺釘加壓性能比AO 拉力螺釘高，加壓后釘?shù)罁p傷程度比AO 拉力螺釘輕，螺釘在骨中的穩(wěn)定性和醫(yī)生根據(jù)臨床經(jīng)驗(yàn)擰緊螺釘?shù)囊恢滦员華O 拉力螺釘好；兩段式拉力螺釘為關(guān)節(jié)內(nèi)骨折，尤其是骨質(zhì)疏松性關(guān)節(jié)內(nèi)骨折的治療提供一種新的內(nèi)固定方案。