腕舟骨骨折生物力学稳定性的基础和临床研究

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腕舟骨骨折是一种常见的损伤,占腕骨所有骨折的60-80%,其中超过80%的骨折发生在腰部。由于腕舟骨的特殊解剖位置,它是腕骨远、近排腕骨主要的连接,它在腕关节功能中起着特别重要的作用。因此,不治疗或治疗不当引起的腕舟骨骨折不愈合可损害腕关节功能,甚至留下长期后遗症,所以一定要重视腕舟骨骨折的治疗。据报道,腕舟骨骨折发生骨折不愈合的风险约为5%,在某些复杂病例中,如开放性骨折、多发骨折、身体质量指数(BMI)、吸烟和酗酒等可高达15%。目前,腕舟骨腰部骨折及骨折不愈合的手术处理对手外科医生来说仍然是一个挑战,经常需要手术处理,包括内固定和骨移植的结合来恢复腕关节的排列和长度。不合适的治疗会导致腕舟骨骨折骨折不愈合,进而出现驼背畸形,缺血性坏死(AVN)其他腕骨出现塌陷(SNAC腕)造成腕背侧不稳(DISI),晚期则可能出现关节炎,或腕关节塌陷,严重影响患者生活质量。所以除了正确诊断腕舟骨骨折后,腕舟骨的早期正确治疗对预防后期疾病的进展起着至关重要的作用。通过大量阅读腕舟骨骨折及其骨折不愈合方面的文献,我们发现关于腕舟骨内固定方式很多,但目前仍未达成共识。尽管应用空心加压螺钉被大家广泛认可,但在考虑到复杂和多向运动时,单螺钉可能不能提供绝对的稳定性,特别是旋转腕关节屈伸时腕舟骨的运动,桡尺骨偏移,和投掷飞镖的运动的动作。另外,在伴有明显骨缺损及“驼背畸形”的情况下,需要额外的植骨重建腕舟骨外形及力线,单螺钉可能不能对植骨区域提供稳定的内固定环境。对此,许多学者进行了大量研究。有学者探讨使用双枚无头加压螺钉,从而进一步提高了骨折固定的抗扭转稳定性,从而增加了愈合率,改善了临床结果。另外,相对于存在明显骨缺损的腕舟骨骨折不愈合,有学者提出钢板固定治疗存在“驼背畸形”或明显骨缺损的腕舟骨骨折及骨折不愈合,弥补单枚螺钉支撑不足的缺陷,从而防止腕舟骨的渐进性塌陷和不愈合,取得了满意的手术效果。双螺钉和微型钢板已经在生物力学方面和临床上被证实具有明显优势。但也有以下三个缺点:首先,双枚Herbert螺钉固定的置入会占用更多的植骨空间,减少可填充的植骨量,影响腕舟骨近极脆弱的血供,这说对骨折的愈合是不利的。其次,放置钢板时需要扩大腕舟骨周围组织剥离范围,破坏血运及周围组织,这也可能影响骨愈合。再次,两者在技术上要求更高,因此需要较长的学习曲线。本研究创新性的提出空心加压螺钉结合两枚克氏针的固定方式在提高腕舟骨骨折稳定性的应用,将分为三部分进行论证。首先采用有限元分析了空心加压螺钉结合两枚克氏针的内固定方法的生物力学优势,其次我们分析了对于存在“驼背畸形”的腕舟骨骨不愈合,“三脚架”式内固定结合腕关节桡侧入路治疗“驼背畸形”取得了优良的临床结果。最后,我们总结了“三脚架”式内固定与单枚空心加压螺钉内固定治疗腕舟骨腰部骨折不愈合的对比性研究,观察到由于该方法增加了两枚防旋克氏针,从而减少了骨折愈合时间,最终可以早期功能锻炼。第一部分三种内固定方式固定腕舟骨腰部骨折生物力学稳定性的有限元分析目的:对腕舟骨腰部骨折后的三种内固定方法进行三维有限元分析比较,探究临床中对于腰部骨折的三种内固定方法,即单枚空心加压螺钉、单枚空心加压螺钉结合一枚克氏针、单枚空心加压螺钉结合两枚平行克氏针,骨折断端的力学稳定性进行探讨分析,分别通过分析三种内固定在弯曲应力及扭转力下位移峰值和压力峰值,以及内固定器械的应力分布峰值。方法:选取1名男性志愿者,28岁,身高为175cm,体重为70kg。应用64排螺旋CT对腕关节行薄层连续扫描,在腕关节CT数据基础上,通过数字相关软件建立腕舟骨三维模型。对腕舟骨进行必要的切割,模拟腕舟骨腰部骨折,单枚空心加压螺钉、单枚空心加压螺钉结合一枚克氏针、单枚空心加压螺钉结合两枚平行克氏针三组模型。对三组模型施加同样的约束条件和两种载荷(弯曲力和旋转力),比较三组模型在两类同种载荷(旋转力和弯曲力)作用下的位移峰值和压力峰值,以及内固定的Von Mises应力峰值。结果:三种内固定装置在50N弯曲应力载荷状态的应力云图和位移云图中,单螺钉和螺钉结合一枚、两枚克氏针的骨折断端的位移峰值分别为0.2448mm、0.20075 mm、0.19436 mm,压力峰值分别为28.939MPa、38.272MPa、15.951 MPa,内固定的Von Mises应力峰值分别为298.29MPa、242.51 MPa、221.12 MPa。三种内固定装置在50N旋转应力载荷状态的应力云图和位移云图中,单螺钉和螺钉结合一枚、两枚克氏针的骨折断端的位移峰值分别为0.020324mm、0.011651 mm、0.010709 mm,压力峰值分别为1.1969MPa、0.91448MPa、0.95722MPa,内固定的Von Mises应力峰值分别为39.403MPa、53.062MPa、48.725 MPa。第二部分“三脚架”式内固定结合腕关节桡侧入路治疗“驼背畸形”的腕舟骨骨不愈合的初步研究目的:介绍空心加压螺钉结合两枚克氏针的“三脚架”技术,及其结合腕部桡侧入路治疗存在“驼背畸形”的腕舟骨骨不愈合的疗效分析。方法:自2016年1月至2020年1月纳入符合标准的15例有“驼背畸形”的腕舟骨骨不愈合患者,平均年龄为33.4岁,伤后到就诊平均时间为11.5个月。术前X线及CT均确认为腕舟骨腰部骨折不愈合伴“驼背畸形”。采用腕关节桡侧入路切开复位纠正“驼背畸形”后,采用掌侧楔形植骨,最后利用“三脚架”式内固定技术进行固定。每隔两周返回门诊复查,骨愈合后,每隔3个月进行一次随访,直到术后12个月。最短随访12个月。记录每个患者愈合情况,愈合时间,有无畸形,记录每个患者术前术后的LISA、DASH评分,Mayo评分。结果:术后随访12~22个月(平均16.5个月),术后影像学确认全部骨折均愈合,平均14.5周达到愈合。所有患者的“驼背畸形”都得到满意的矫正。LISA:术前为74.8°±3.5°,术后为:35.7°±4.0°。术后的腕关节的DASH评分,Mayo评分都得到改善。第三部分空心加压螺钉结合双克氏针固定与空心加压螺钉固定治疗腕舟骨腰部骨不愈合的回顾性对比研究目的:本研究旨在介绍空心加压螺钉加两枚抗旋转克氏针治疗不稳定腕舟状腰骨折不愈合的“三脚架”技术,并与单空心螺钉固定技术在腕舟骨腰骨折不愈合及手术效果方面进行比较。方法:该部分是一项回顾性研究。自2014年1月至2020年3月,根据纳入标准和排除标准,纳入符合条件的腕舟骨腰骨折不愈合患者103例,经分析所有患者有两种手术方法,即采用“三脚架”技术固定结合植骨(n=45)或单空心加压螺钉植骨(n=58)治疗的。所有手术均由同一手外科团队完成,采用自体桡骨皮质松质骨移植进行骨重建。最短的随访期为12个月。比较末次就诊时愈合率、愈合时间、关节活动度(ROM)、握力、视觉模拟评分(VAS)、快速上肢残障功能调查表(DASH)和改良Mayo评分。结果:103例符合纳入条件的所有患者中,其中男性77例,女性26例,平均年龄35.1岁。损伤主要累及优势腕(79.6%)和右腕(72.8%)。跌倒是最常见的骨折损伤机制(82.5%)。约2/3(68.0%)的不愈合为纤维性不愈合,22.0%为硬化性不愈合。从受伤后的骨折到手术治疗腕舟骨骨折不愈合的时间平均为13.5个月。如表1所示,三脚架固定组与单空心螺钉固定组基本信息比较差异无统计学意义(P>0.05)。“三脚架”固定组所有病例骨愈合,愈合时间平均为14.8±3.8周;单空心螺钉固定组骨愈合率为94.8%(55/58),愈合时间平均为17.6±3.6周。骨愈合的时间差异有显著性差异(P=0.027),但骨愈合的时间差异无统计学意义(P=0.122)。“三脚架”固定组的并发症发生率为7/45,15.6%,单空心螺钉固定组为6/58,10.3%,两组间无显著差异(P=0.430)。“三脚架”固定组和单空心螺钉固定组分别发生手术部位浅表感染3例和2例,复杂区域疼痛综合征分别为1例和2例,移植物部位敏感瘢痕分别为1例和2例;“三脚架”固定组2例因克氏针的松动或移位提前拔除克氏针。在选取的功能评分项目中,均没有发现显著差异。VAS疼痛评估(1.4±1.7 vs 1.6±2.0,P=0.203),ROM占健康手的百分比(92.3±7.6 vs93.7±7.4,P=0.483),握力占健侧手握力的百分比(94.7±4.5 vs 94.1±5.2,P=0.923),DASH评分(19.3±4.1 vs 17.9±5.2,P=0.317),Mayo评分(87.6±10.6vs 86.4±11.3,P=0.722)、LISA(34.5°±12.1°vs 33.7°±14.2°,P=0.790)和HLR(0.67±0.08 vs 0.63±0.08,P=0.917)。结论:1通过腕舟骨腰部骨折模型的有限元分析得出:单枚空心加压螺钉结合两枚平行克氏针在力学上由于其他两种内固定方式(单枚空心加压螺钉及单枚空心加压螺钉结合一枚平行克氏针),是腕舟骨腰部骨折更为稳定的的内固定方式,可为临床应用提供一定的生物力学依据。2腕关节桡侧入路时,腕舟骨腰部“驼背畸型”显露相对表浅,暴露充分且直观,缩短手术时间且腕关节桡侧入路相对于掌侧及背侧入路,能够减少对腕舟骨滋养血管的破坏,且为“驼背畸形”的显露提供清晰术野,为植骨提供方便。3“三脚架”固定技术可弥补单螺钉抗旋转的不足,结合桡骨远端带皮质的结构性骨移植,起到更好的支撑作用,能够很好的纠正腕舟骨“驼背畸形”,从而避免腕舟骨骨质塌陷,同时也避免了腕舟骨畸形愈合的发生,从而最大程度的减少手术并发症。4“三脚架”固定技术结合无头加压螺钉和两枚克氏针是一种安全有效的治疗腕舟骨折不愈合的固定技术,在临床实践中可以考虑使用,特别是对于那些可能存在旋转不稳定的病例。
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