用于治疗下胫腓联合损伤不同材质螺钉的生物力学研究

目的探讨镁合金螺钉及羟基磷灰石涂层镁合金螺钉在治疗下胫腓联合损伤时在力学特性上是否与钛合金螺钉存在差异。方法参照市售治疗下胫腓联合损伤的钛合金螺钉制作相同规格的镁合金螺钉及羟基磷灰石涂层镁合金螺钉,取3种不同材质的螺钉(镁合金螺钉、羟基磷灰石涂层镁合金螺钉和钛合金螺钉),分成3组,即镁合金螺钉组、羟基磷灰石涂层镁合金螺钉组(简称羟基磷灰石涂层组)和钛合金螺钉组。将3种不同材质同种规格(直径2.7 mm×长30.0 mm、直径3.5 mm×长45.0 mm、直径4.5 mm×长45.0 mm)的螺钉分别进行最大扭矩和断裂扭转角实验、轴向拔出力实验、旋动扭矩(旋入、旋出)实验。结果最大扭矩和断裂扭转角实验:镁合金螺钉及羟基磷灰石涂层镁合金螺钉的最大扭矩小于钛合金螺钉,差异有显著统计学意义(2.7 mm×30.0 mm:镁合金螺钉组0.28 N·m±0.01 N·m,羟基磷灰石涂层组0.30 N·m±0.02 N·m,钛合金螺钉组1.39 N·m±0.01 N·m。H=20.607,P=0.000<0.01。3.5 mm×45.0 mm:镁合金螺钉组0.63 N·m±0.03 N·m,羟基磷灰石涂层组0.66 N·m±0.03 N·m,钛合金螺钉组2.81 N·m±0.05 N·m。F=11738.224,P=0.000<0.01。4.5 mm×45.0 mm:镁合金螺钉组1.16 N·m±0.02 N·m,羟基磷灰石涂层组1.16 N·m±0.04 N·m,钛合金螺钉组5.52 N·m±0.07 N·m。F=29111.916,P=0.000<0.01);而最大断裂扭转角在螺钉直径为2.7 mm时,差异无统计学意义(2.7 mm×30.0 mm:镁合金螺钉组221.20°±7.67°,羟基磷灰石涂层组224.39°±8.30°,钛合金螺钉组224.70°±1.95°。H=0.863,P=0.649>0.05);而当螺钉直径增加至3.5 mm、4.5 mm时,扭转角明显小于钛合金组,差异有显著统计学意义(3.5 mm×45.0 mm:镁合金螺钉组125.00°±11.60°,羟基磷灰石涂层组128.00°±3.30°,钛合金螺钉组138.20°±4.73°。H=20.979,P=0.000<0.01。4.5 mm×45.0 mm:镁合金螺钉组135.00°±6.68°,羟基磷灰石涂层组134.90°±2.85°,钛合金螺钉组185.30°±13.53°。H=19.560,P=0.000<0.01)。轴向拔出力实验:镁合金螺钉和羟基磷灰石涂层镁合金螺钉轴向拔出实验最大载荷与钛合金螺钉轴向拔出实验最大载荷基本相当,差异无统计学意义(2.7 mm×30.0 mm:镁合金螺钉组297.40 N±17.80 N,羟基磷灰石涂层组291.40 N±7.11 N,钛合金螺钉组297.50 N±8.96 N。H=3.248,P=0.197>0.05。3.5 mm×45.0 mm:镁合金螺钉组364.30 N±23.34 N,羟基磷灰石涂层组358.20 N±8.84 N,钛合金螺钉组364.70 N±23.69 N。F=0.336,P=0.717>0.05。4.5 mm×45.0 mm:镁合金螺钉组475.60 N±39.37 N,羟基磷灰石涂层组469.70 N±23.24 N,钛合金螺钉组490.30 N±8.62 N。H=4.197,P=0.123>0.05),失效方式均为材料失效。旋动扭矩(旋入、旋出)实验:镁合金螺钉和羟基磷灰石涂层镁合金螺钉旋入扭矩、旋出扭矩与钛合金螺钉旋入扭矩、旋出扭矩基本相当,差异无统计学意义(旋入实验,2.7 mm×30.0 mm:镁合金螺钉组0.07 N·m±0.01 N·m,羟基磷灰石涂层组0.08 N·m±0.01 N·m,钛合金螺钉组0.08 N·m±0.01 N·m。F=0.617,P=0.547>0.05。3.5 mm×45.0 mm:镁合金螺钉组0.15 N·m±0.02 N·m,羟基磷灰石涂层组0.08 N·m±0.01 N·m,钛合金螺钉组0.08 N·m±0.02 N·m。F=0.559,P=0.578>0.05。4.5 mm×45.0 mm:镁合金螺钉组0.27 N·m±0.01 N·m,羟基磷灰石涂层组0.27 N·m±0.02 N·m,钛合金螺钉组0.27 N·m±0.03 N·m。H=3.142,P=0.208>0.05。旋出实验,2.7 mm×30.0 mm:镁合金螺钉组0.06 N·m±0.01 N·m,羟基磷灰石涂层组0.06 N·m±0.01 N·m,钛合金螺钉组0.06 N·m±0.01 N·m。F=0.368,P=0.696>0.05。3.5 mm×45.0 mm:镁合金螺钉组0.12 N·m±0.02 N·m,羟基磷灰石涂层组0.13 N·m±0.02 N·m,钛合金螺钉组0.11 N·m±0.02 N·m。F=1.429,P=0.257>0.05。4.5 mm×45.0 mm:镁合金螺钉组0.20 N·m±0.02 N·m,羟基磷灰石涂层组0.20 N·m±0.01 N·m,钛合金螺钉组0.18 N·m±0.04 N·m。H=2.653,P=0.268>0.05)。结论镁合金螺钉和羟基磷灰石涂层镁合金螺钉与钛合金螺钉在最大扭矩和断裂扭转角之间有差异,但这并不影响在实际当中的应用。在轴向拔出和旋入与旋出扭矩之间均无明显差异,可以认为镁合金螺钉和羟基磷灰石涂层镁合金螺钉作为骨科植入物在治疗下胫腓联合损伤时可以达到与钛合金螺钉相同的固定效果,且镁合金螺钉及羟基磷灰石涂层镁合金螺钉的可降解性、与骨更相近的弹性模量及还可进一步促进骨折的愈合使其在治疗下胫腓联合损伤更具有优越性。

枢椎影像学测量与镁合金中空拉力螺钉设计与制作

目的研究正常人齿状突及Ⅱ型齿状突骨折的基本影像数据,指导设计Ⅱ型齿状突骨折的内固定可降解AZ31B镁合金中空螺钉设计与制作。探讨采用镁合金中空拉力螺钉治疗Ⅱ型齿状骨折的可行性。方法来自广州军区广州总医院的正常成人齿状突螺旋CT影像资料150份,Ⅱ型齿状突骨折影像资料43份,在计算机上采用螺旋CT的影像标尺直接测量枢椎的总高度、齿状突长度、骨折线距齿状突尖的距离、齿突后倾角及枢椎可供中空螺钉固定长度。根据影像学数据设计出理想的镁合金中空螺钉并在6具尸体标本模拟ⅡB型齿状突骨折镁合金中空螺钉内固定,术后目测骨折端即时稳定性。结果枢椎高度为(35.11±4.15)mm,齿状突长度(14.99±1.26)mm,齿状突基底的冠状径为(8.94±1.26)mm,矢状径为(10.20±1.02)mm,骨折线距齿状突尖的距离为(10.49±1.75)mm,进针后倾角(17.56±5.29)°。结论国人Ⅱ型齿状突骨折内固定的螺钉长38 mm,直径3.5 mm,远端螺纹长约1 cm较合适。设计出可降解AZ31B镁合金中空螺钉外表美观,与临床使用钛合金中空螺钉外形基本相符,操作便利,目测骨折端即时稳定性好,为下一步行生物力学检测提供依据。