张力带钢板治疗不稳定骨盆骨折的生物力学性能评价

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2017.11.017

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：

不稳定骨盆骨折：是临床上常见的骨科疾病，多数患者由于高能量损伤引起，且患者常伴有严重血管、神经损伤，临床死亡率、致残率较高。目前，骨盆固定方法相对较多，如：三角形固定系统、后方张力带钢板、髂骨棒等，但是最佳固定方法存在争议。

张力带钢板固定技术：是不稳定骨盆骨折患者中常用的固定方法，该方法利用塑形钢板固定在髂骨外板后方，完成骨盆的固定和重建。

摘要

背景：文献报道，张力带钢板在不稳定骨盆骨折中能取得理想效果，但尚缺乏生物力学方面的证据。

目的：观察3种张力带钢板不同固定位置在不稳定骨盆骨折中的治疗效果及生物力学性能情况。

方法：取9具成人防腐骨盆标本，完成正常骨盆检测后制作成不稳定骨盆损伤模型，根据张力带钢板不同固定位置不同分为3组：A组钢板固定在双侧髂后上棘水平，钢板两端与耻骨向平行；B组钢板固定在髂后上棘水平，钢板两端指向前方；C组钢板在髂后上棘下方水平，钢板两端指向前上方。比较3组标本固定治疗效果。将骨盆标本放置在生物力学试验机上，完成材料轴向刚度、扭转刚度测定，分析张力带钢板治疗不稳定骨盆骨折的生物力学性能。

结果和结论：①同一标本测量3次获得的骨盆环轴向刚度差异无显著性意义(P > 0.05)；骨盆环轴向刚度依次为：A组>C组>B组(均P < 0.05)；②同一标本测量3次获得的扭转刚度水平差异无显著性意义(P > 0.05)；A组扭转刚度水平显著低于B组与C组(P < 0.05)；③同一标本测量3次获得的垂直方向位移水平差异无显著性意义(P > 0.05)；垂直方向位移水平依次为：B组>C组>A组(均P < 0.05)。④结论：采用髂后上棘水平，放置钢板，钢板指向前方的固定方式，生物力学性能更佳，可结合骨盆骨折类型优先考虑。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程
ORCID: 0000-0001-6332-6831(王琦)

关键词: 骨科植入物, 骨植入物, 张力带钢板, 不稳定骨盆骨折, 治疗效果, 生物力学试验机, 轴向刚度, 扭转刚度, 生物力学性能, 稳定性

Abstract:

BACKGROUND: Tension band steel in unstable pelvic fractures can achieve the desired effect, but has not yet been confirmed by biomechanics.

OBJECTIVE: To observe treatment effect and biomechanical property of the three kinds of tension band steel in different fixed positions of unstable pelvic fracture.

METHODS: Nine adult antiseptic specimen pelvises were made into unstable pelvic injury models after completing normal pelvis detection. Depending on the position of the tension band fixation plate, these models were divided into group A, group B and group C. Group A: Plate fixation in bilateral posterior superior iliac spine, parallel to the plate ends with the pubis; group B: fixation on posterior superior iliac spine, both ends of the plate pointing forward; group C: plate below the posterior superior iliac spine, front top at both ends of the plate. Efficacy was compared among the three groups. The pelvic specimen was placed on the biomechanical testing machine. Axial stiffness and torsional stiffness were measured. Biomechanical properties of tension band plate in the treatment of unstable pelvic fracture were analyzed.

RESULTS AND CONCLUSION: (1) The axial stiffness of the pelvic ring of the same specimens measuring three times was not significantly different (P > 0.05). The pelvic ring axial stiffness in order: group A > group C > group B (P < 0.05). (2) Torsional stiffness of the same specimens measuring three times was not significantly different (P > 0.05). Torsional stiffness was significantly lower in group A than in groups B and C (P < 0.05). (3) Vertical displacement of the same specimens measuring three times was not significantly different (P > 0.05). Vertical displacement in order: group B > group C > group A (P < 0.05). (4) The fixation on posterior superior iliac spine with both ends of the plate pointing forward obtained better biomechanical properties, and could be given priority by combining with pelvic fracture type.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

Key words: Pelvic fractures, Biomechanics, Internal Fixators, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

王琦. 张力带钢板治疗不稳定骨盆骨折的生物力学性能评价[J]. 中国组织工程研究, 2017, 21(11): 1737-1741.

Wang Qi. Biomechanical property of tension band plate in the treatment of unstable pelvic fracture [J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2017, 21(11): 1737-1741.

图/表（结果） 2

参考文献

[1] Zheng ZM,Yu BS,Chen H,et al. Effect of iliac screw insertion depth on the stability and strength of lumbo-iliac fixation constructs: an anatomical and biomechanicalstudy. Spine. 2009;34(16):E565-572.

[2] Vallier HA,Le TT,Bedi A. Radiographic and clinical comparisons of distal tibia shaft fractures (4 to 11 cm proximal to the plafond): plating versus intramedullary nailing. J Orthop Trauma. 2008,22: 307-311.

[3] 汤志辉,王良勇,张俊,等.经关节镜空心加压螺钉内固定治疗胫骨髁间隆起骨折[J].基层医学论坛,2014,18(22): 2980-2981.

[4] 李健伟,陈能,粟志辉,等.L型解剖板踝前横切口微创治疗胫骨远端骨折的疗效分析[J].中华创伤骨科杂志,2014,16(5):457-459.

[5] 张峻玮,孙磊,毕宏政,等.胫骨平台骨折的手术治疗进展[J].中国矫形外科杂志,2014,22(14):1280-1283.

[6] 麦胡强.切开复位胫骨远端解剖钢板内固定术治疗胫骨Pilon骨折的临床效果[J].实用医学杂志,2014,30(14): 2256-2257.

[7] 林焱斌,林伟,林任,等.改良组合术式治疗复杂胫骨平台骨折的疗效分析[J].中华创伤骨科杂志,2014,16(7):632-635.

[8] 王立坤,孙正考,于腾波,等.三柱理论在复杂胫骨平台骨折治疗中的应用[J].中华创伤骨科杂志,2014,16(6):495-498.

[9] 包远祥,苏忠林,刘悦臣,等.胫骨远端骨折患者的手术治疗方案研究[J].中国现代医学杂志,2014,24(22):92-95.

[10] 刘伟军,王俊文,黄玉成,等.专家型胫骨髓内钉治疗复杂性胫骨近端骨折[J].中华创伤骨科杂志,2014,16(3): 265-267.

[11] Holcomb TM,Temple EW,Barp EA,et al. Surgical correction of checkrein deformity after malunited distal tibia fracture: a case report. J Foot Ankle Surg. 2014; 53(5):631-634.

[12] Zou J,Zhang W,Zhang CQ. Comparison of minimally invasive percutaneous plate osteosynthesis with open reduction and internal fixation for treatment of extra-articular distal tibia fractures. Injury. 2013;44(8):1102-1106.

[13] Aslani H,Tabrizi A,Sadighi A,et al. Treatment of open pediatric tibial fractures by external fixation versus flexible intramedullary nailing: a comparative study. Arch Trauma Res. 2013;2(3):108-112.

[14] Isik M,Subasi M,Karsli B,et al. Intramedullary nailing and angulation prevention in distal metaphyseal tibial fractures. Orthopedics. 2012,35(12):1765-1768.

[15] 张聪林,屈小鹏,刘志斌,等.髋臼前柱骨折诊疗方法的研究现状及进展[J].微创医学杂志,2011,6(3): 248-249.

[16] Den RK,Tripathy SK,Aggarwal S,et al. A safe technique of anterior column lag screw fixation in acetabular fractures. Int Orthop. 2012;36(11): 2333-2340.

[17] 赵勇,申才佳,李勇,等.胫骨远端前外侧解剖型钢板治疗不稳定性Pilon骨折[J].临床骨科杂志,2013,15(6):666-667.

[18] 高翔,徐南伟,戚有成,等.胫骨远端前外侧锁定钢板内固定治疗Pilon骨折[J].中国骨与关节损伤杂志,2012,27(2): 159-160.

[19] 蔡康,邓新昌,罗增文.锁定钢板治疗胫骨远端Pilon骨折的手术疗效观察[J].当代医学,2013,19(11):84-85.

[20] 张立军,马正儒,张华杰,等.锁定钢板治疗56例胫骨远端Pillon骨折的临床疗效观察[J].中国医学创新,2013,10(14): 105-106.

[21] 高展军,阚世廉,丁尔勤,等.解剖型钢板和锁定钢板内固定修复胫骨远端Pilon骨折[J].中国组织工程研究,2012,16(17): 3111-3115.

[22] Sagi HC.Technical aspects and recommended treatment algorithms in triangular osteosynthesis and spinopelvic fixation for vertical shear transforaminal sacral fractures. J Orthop Trauma 2009;23:354-360.

[23] Santos ER,Sembrano JN,Mueller B,et al. Optimizing iliac screw fixation: a biomechanical study on screw length, trajectory,and diameter. J Neurosurg Spine;2011,14(2): 219-225.

[24] 周翔.后路张力带钢板与经皮骶髂关节螺钉固定治疗骨盆后环骨折脱位的比较研究[D].浙江大学,2012.

[25] König MA,Jehan S,Boszczyk AA,et al. Surgical management of U-shaped sacral fractures: a systematic review of current treatment strategies. Eur Spine J.2012;21(5): 829-836.

[26] 赵勇,张树栋,孙涛,等.三种骶髂螺钉固定方式治疗单侧Tile C型骶骨骨折的稳定性比较[J].中华急诊医学杂志,2013,22(5): 530-533.

引言

不稳定性骨盆骨折是临床上常见的骨科疾病，骨折后病情相对严重常伴有其他脏器损伤，如果不采取积极有效的方法治疗，将会诱发其他疾病，严重者将威胁患者生命^[1]。目前，临床上对于不稳定骨盆骨折不同时期治疗目的不同，对于骨折早期主要以降低临床死亡率为主，治疗后期以重建骨盆连续性、稳定性为主，进一步提高患者劳动、生活能力，降低并发症发生率^[2-3]。常规骨盆后环内固定方法包括：经髂骨棒、骶髂螺钉、三角固定系统等，这些方法由有其优缺点及适应症，并且固定失败率一般在2%-17.3%，难以达到预期的治疗效果^[4]。

张力带钢板(tension band plate，TBP))固定技术是不稳定骨盆骨折患者中常用的固定方法，该方法利用塑形钢板固定在髂骨外板后方，完成骨盆的固定和重建^[5]。国外学者研究显示：经皮微创采用张力带钢板治疗不稳定骨盆骨折能取得理想的治疗效果，该方法具有微创、并发症发生率低等特点，并且治疗时不会直接产生加压作用，不会对骶神经产生损伤^[6]。国内学者进行了一次实验，实验中采用经皮张力带钢板和经皮骶髂螺钉对不稳定骨盆骨折进行治疗，结果显示：经皮张力带钢板治疗时风险较低^[7]，围术期透视相对较小，并且该方法具有微创、操作简单、便于复位及固定可靠等优点^[8]。但是，张力带钢板治疗不稳定骨盆骨折时容易受到固定位置的影响，且缺乏统一的标准，导致张力带钢板在重建骨盆后环及整体骨盆环中获得最佳生物力学性能、稳定性需要进一步研究和探讨^[9]。同时，从生物力学角度来说：张力带钢板固定不稳定骨盆骨折时不同的位置获得的稳定性不同，导致内固定失败率较高。因此，研究张力带钢板在不稳定骨折中的治疗效果及生物力学性能情况能为不稳定骨盆骨折治疗提供思路^[10]。

实验将张力带钢板运用于不稳定骨盆骨折中，探讨三种张力带钢板不同固定位置在不稳定骨盆骨折中的治疗效果及生物力学性能情况。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

材料方法

1.1 设计 不稳定骨盆骨折标本治疗对比试验。

1.2 时间及地点 于2014年12月至2016年6月在河南大学附属郑州市骨科医院完成。

1.3 实验标本 取9具成人防腐骨盆标本(由河南大学附属郑州市骨科医院实验室提供，每一骨盆标本均带有L₄-L₅椎体，去除标本周围软组织，充分保留骨盆部位的韧带、骶骨关节等。标本中，男5例，女3例，年龄(45.3±2.5)岁。排除不符合临床诊断标准者；合并肿瘤、风湿、结核等引起的骨盆破坏者；骨质疏松症者。将入选标本完成正常骨盆检测后制作成不稳定骨盆损伤模型，根据张力带钢板不同固定位置不同分为A组、B组和C组。标本采用双层塑料薄膜进行包裹、备用。

1.4 材料

1.4.1 主要设备及器械 CSS-44020生物力学实验机 (山东医用器械有限公司)；骨盆外固定架、直径为6 mm schanz钉 (河北衡水医疗器械公司)；C型臂X射线透视机(荷兰飞利浦制造)。

1.4.2 张力带钢板选择国产3.5 mm重建钢板，使用过程中根据骨盆标本及固定位置进行确定。为了保证治疗时钢板的初始张力，使用前应进行调整，同时，张力带钢板配合4枚螺钉固定，均为一四孔重建钢板^[11]。

1.5 实验方法

1.5.1 实验模型制作将入选的8具标本进行正常、完整检测，待检测完毕后首先采用线锯将耻骨联合锯开，切断关节连接部位的韧带，保证骶髂关节完全脱位，制作不稳定骨盆环损伤模型。待模型制备后根据不同分组采取相应的方法进行固定，见图1。

1.5.2 张力带钢板治疗不稳定骨盆骨折 A组钢板固定在双侧髂后上棘水平，钢板两端与耻骨向平行；B组钢板固定在髂后上棘水平，钢板两端指向前方；C组钢板在髂后上棘下方水平，钢板两端指向前上方方法。

A组：将重建钢板在双侧髂后上棘部位水平跨过骶骨、骶髂关节、髂后上棘，然后沿着髂骨外板指向前下方耻骨联合方向进行固定，见图2^[12-13]。采用3枚螺钉完成钢板与髂骨的固定与重建。其中，2枚螺钉用于髂骨侧方固定，另1枚螺钉实现内、外钢板的固定。

B组：将张力带钢板在双侧髂后上棘上方水平跨过骶骨、骶髂关节、髂嵴后上方，两端的钢板沿着髂骨外板指向前方进行固定，见图3^[14]。采用3枚螺钉完成钢板与髂骨的固定与重建。其中，2枚螺钉用于髂骨侧方固定，另1枚螺钉实现内、外钢板的固定。

C组：张力带钢板在双侧髂后上棘下方水平部位跨过骶骨、骶髂关节及髂后上棘与髂后下棘间的切迹，两端均沿着髂骨外板指向前方，见图4^[15]。采用3枚螺钉完成钢板与髂骨的固定与重建。其中，2枚螺钉用于髂骨侧方固定，另1枚螺钉实现内、外钢板的固定。

为了降低实验中存在的认为误差，3组标本在固定时均由医院同一位医师独立完成^[16-17]。

1.5.3 生物力学测定 ①轴向刚度测量。将制备的模型一次放置在生物力学试验机上，在第4腰椎部位进行垂直加压，试验机以10 N/s速度进行加压，直到加载到500 N，设置相关参数，加载前采用游标卡尺测定量螺钉之间的外缘距离，从而测定耻骨联合及骶髂骨关节的位移大小，每次测量3次，取平均值。每次测量前重新调整外固定，保证骨盆能完全复位^[18]；②扭转刚度计算。利用试验机上的角度位移传感器完成骨盆环扭转角度的测定，利用自带侧孔系统记录骨盆模拟加载时的扭矩和角位移，绘制负荷-位移关系曲线，每个标本测定3次，取平均值^[19]；③骨盆后环位移测量。取3组不同位置固定的标本放置在试验机上，周围安放高精度非接触式磁栅位移传感器，测量损伤侧骶髂关节部位和髂骨垂直、左右及前后方向上的位移，每个标本测定3次，取平均值^[20]。

1.6 主要观察指标 ①各组张力带钢板固定不同位置骨盆环轴向刚度比较；②各组张力带钢板固定不同位置扭转刚度水平比较；③各组张力带钢板固定不同位置垂直方向位移水平比较。

1.7 统计学分析 采用SPSS 18.0软件处理，计数资料采用n(%)表示，行卡方检验，计量资料采用x(_)±s表示，行t 检验，P < 0.05提示差异有显著性意义。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

讨论

不稳定性骨盆骨折是临床上常见的骨科疾病，多数患者由于高能量损失引起，并且患者发病后常伴有严重的血管、神经及周围脏器损伤，发病后如果不采取积极有效的方法治疗，将会造成较高的致残率和死亡率^[21]。目前，临床上对于不稳定骨盆骨折早期治疗降低临床死亡率为主；后期治疗则提高骨盆功能，实现骨盆的重建及稳定性，降低治疗过程中并发症发生率，促进患者早期恢复。随着医疗技术的不断发展，骨盆骨折的治疗取得了较大的发展，但是患者治疗后实现骨盆环修复重建尚存在较大的争议^[22]。

从结构角度来说：骨盆后环位置特殊，在人体中具有承重、负载等作用，也是维持骨盆环境稳定的重要结构^[23]。数据报道显示^[24]：后环在人体骨盆环稳定中作用占70%，而前环对骨盆环稳定性作用占30%。目前，临床上对于骨盆后环重建及固定方法较多，不同的固定方法各有优缺点，导致患者治疗时缺乏针对性。近年来，张力带钢板在不稳定骨盆骨折中的得到应用，且效果理想。张力带钢板是近年来固定较多的一种新型技术，该方法具有微创、操作简单等优点，使其在不稳定骨盆骨折中广泛使用。但是，临床上对于张力带钢板治疗不稳定骨盆骨折后的生物力学性能缺乏报道。骨盆的稳定性主要靠后方骶髂关节和前方耻骨联合再加上周围韧带等进行维持，这些链接和韧带将骨盆不同的骨块紧密的绑在一起，再加上骨盆本身具备保护盆内脏器、连接躯干、下肢、传递重力等作用。本研究中，研究中，同一标本测量3次获得的骨盆环轴向刚度差异无显著性意义(P > 0.05)；A组骨盆环轴向刚度，显著高于C组与B组(P < 0.05)；C组骨盆轴向刚度，显著高于B组(P < 0.05)。

文献报道显示：经皮张力带钢板和经皮骶髂螺钉两种固定方法在不稳定骨盆骨折中均能取得理想的治疗效果^[25]，但是经皮张力带钢板术后不会产生并发症。从后环解剖结构、形态角度来说，张力带重建钢板连接在髂骨后方，与损伤部位距离较远，对于骨盆环和后环稳定并不是一种直接固定方法，也并非单一采用钢板的夹持、连接实现，该固定方法类似于“箍桶”技术力学原理，主要通过钢板固定在两端髂嵴时产生的张力从而模仿正常骨盆后韧带结构产生的张力带作用，通过与前环配合，产生一个紧箍力学，从而能将骨折紧紧的扎牢固。本研究中，同一标本测量3次获得的扭转刚度水平差异无显著性意义(P > 0.05)；B组与C组扭转刚度水平差异无显著性意义(P > 0.05)；A组扭转刚度水平，显著低于B组与C组(P < 0.05)。人体骨盆后环中髂骨后方存在相对较大的解剖范围，能作为张力带钢板的固定位置，对于双侧髂后上棘即S₂椎体平面，由于骶骨耳状关节面更多的集中在S₁-S₃，导致临床固定时可以将其作为骶髂关节中心标志。本研究中，同一标本测量3次获得的垂直方向位移水平差异无显著性意义(P > 0.05)；B组垂直方向位移水平，显著高于A组与C组(P < 0.05)；C组垂直方向位移水平，显著高于A组(P < 0.05)。由此看出：不同的固定位置对张力带钢板修复重建效果影响较大，应根据每一位患者情况选择合适的位置固定，提高治疗效果^[26]。同时，患者在选择张力带钢板固定时应密切观察患者生命体征，动态了解患者恢复及耐受情况，对于出现异常患者应立即停止治疗或调整治疗方案。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程