馬天勇，王德偉

文題釋義：

橋接內(nèi)固定系統(tǒng)髓內(nèi)固定技術(shù)：是作者所在團隊利用橋接內(nèi)固定系統(tǒng)髓內(nèi)固定治療鎖骨中段骨折的一種新型髓內(nèi)固定技術(shù)，旨在減少傳統(tǒng)髓內(nèi)釘松動移位以及器械相關(guān)的軟組織激惹。?技術(shù)要點是將連接棒從鎖骨外側(cè)入路逆行置入潛在髓腔，穿過復(fù)位骨折端接近鎖骨胸骨端，肩峰端髓外預(yù)留一定長度的連接棒，折彎緊貼骨皮質(zhì)，并安裝1枚固定塊螺釘組合鎖定。

髓內(nèi)固定鎖骨骨折的并發(fā)癥：在臨床應(yīng)用中，常見的髓內(nèi)器械固定鎖骨骨折都能取得比較滿意的療效。每種髓內(nèi)器械都有優(yōu)勢和缺陷，大多數(shù)都存在固定骨折的穩(wěn)定性不足，導(dǎo)致多種并發(fā)癥：髓內(nèi)釘松動移位、滑脫及釘尾凸起軟組織激惹、慢性疼痛、內(nèi)固定斷裂等。

摘要

背景：髓內(nèi)固定治療鎖骨中段骨折已是一種有效且安全的固定方式，然而髓內(nèi)釘松動移位、釘尾軟組織激惹等問題突出。部分帶鎖髓內(nèi)釘

手術(shù)操作難度大，難以推廣應(yīng)用。髓內(nèi)固定治療鎖骨骨折仍有較大的改進空間，有待設(shè)計出一種新型髓內(nèi)固定產(chǎn)品來減少這些問題。

目的：使用有限元分析方法探討橋接內(nèi)固定系統(tǒng)髓內(nèi)固定治療鎖骨中段骨折的生物力學(xué)穩(wěn)定性，為臨床應(yīng)用提供科學(xué)參考。

方法：利用1名青年志愿者的鎖骨CT數(shù)據(jù)通過相關(guān)軟件建立鎖骨中段橫行骨折的有限元模型，根據(jù)骨折內(nèi)固定原則，分別組裝成鎖定板、橋接內(nèi)固定系統(tǒng)和鈦制彈性釘內(nèi)固定有限元模型。最后使用ANSYS 15.0軟件進行網(wǎng)格劃分、施加載荷和數(shù)據(jù)處理，比較各模型鎖骨和內(nèi)固定的應(yīng)力分布、最大Von Mises應(yīng)力及最大位移情況。

結(jié)果與結(jié)論：①不同載荷下，橋接內(nèi)固定系統(tǒng)髓內(nèi)固定鎖骨中段骨折的應(yīng)力分布與鈦制彈性釘固定類似，髓內(nèi)連接棒在骨折斷端附近出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，異同點是橋接內(nèi)固定系統(tǒng)髓外鎖定處出現(xiàn)次級應(yīng)力集中，使橋接內(nèi)固定系統(tǒng)組整體應(yīng)力較鈦制彈性釘組更分散；②軸向壓縮載荷下，橋接內(nèi)固定系統(tǒng)組鎖骨最大Von Mises應(yīng)力為251.96 MPa，高于其他兩組；骨折面的最大Von Mises應(yīng)力為33.79 MPa，低于其他兩組；懸臂彎曲、順/逆時針扭轉(zhuǎn)載荷下，橋接內(nèi)固定系統(tǒng)組鎖骨和骨折面的最大Von Mises應(yīng)力均小于鈦制彈性釘組而大于鎖定板組；③不同載荷下，3組中植入物的最大Von Mises應(yīng)力均出現(xiàn)在骨折端附近，其中鈦制彈性釘?shù)膽?yīng)力峰值最大，橋接內(nèi)固定系統(tǒng)次之，鎖定板最??；④不同載荷下，各組中鎖骨的最大位移均在鎖骨遠端，其中鈦制彈性釘組中鎖骨遠端及骨折端的位移峰值最大，橋接內(nèi)固定系統(tǒng)組次之，鎖定板組及無損鎖骨較小；⑤提示橋接內(nèi)固定系統(tǒng)髓內(nèi)固定治療鎖骨中段骨折的生物力學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)于鈦制彈性釘固定，內(nèi)固定松動移位風(fēng)險較鈦制彈性釘?shù)?，但固定強度不如鎖定板。

關(guān)鍵詞：鎖骨骨折；髓內(nèi)固定；橋接內(nèi)固定系統(tǒng)；髓內(nèi)釘；鎖定板；有限元分析；生物力學(xué)；并發(fā)癥

0?引言?Introduc■on

在骨科創(chuàng)傷中，鎖骨骨折是最常見的損傷之一，占肩部損傷的?35%-44%，占所有骨折的?2.6%-10%[1]，交通事故和運動損傷是最常見的骨折成因?[2]。鎖骨骨折根據(jù)受損部位分為中段?1/3、內(nèi)側(cè)?1/3?和外側(cè)?1/3?骨折，中段?1/3?骨折占所有鎖骨骨折的?69%-82%?，并且中段骨折更容易移位?[3]。雖然大多數(shù)無移位的鎖骨骨折可以進行保守治療，但對于一些移位或者粉碎的骨折，現(xiàn)多主張手術(shù)治療，手術(shù)治療包括髓外固定和髓內(nèi)固定?[4-5]，切開復(fù)位鋼板螺釘內(nèi)固定被認為是治療鎖骨中段骨折的“金標準”。鋼板螺釘固定雖然提供剛性固定和有效控制骨折端壓縮、旋轉(zhuǎn)，但是多個臨床應(yīng)用研究報道，鋼板固定常需切開復(fù)位，可能存在損傷鎖骨上神經(jīng)、骨折端血運破壞大、術(shù)后鋼板凸起于皮下、嚴重的應(yīng)力遮擋效應(yīng)引起斷釘斷板、內(nèi)固定去除后再發(fā)骨折等風(fēng)險?[6-8]，導(dǎo)致患者術(shù)后滿意度下降。對于鎖骨中段移位骨折，髓內(nèi)固定在臨床中的應(yīng)用越來越廣泛?[9]，其更符合骨折“BO”理念，具有間接復(fù)位骨折、彈性固定、保護骨折斷端血運、減少內(nèi)固定裝置應(yīng)力遮擋效應(yīng)等優(yōu)勢。目前，使用髓內(nèi)釘已被證明是治療鎖骨中段骨折的一種有效且安全的固定方式。JU?等?[10]?通過?Meta?分析表明鋼板和髓內(nèi)固定治療鎖骨中段骨折的患者長期功能結(jié)果沒有差異，髓內(nèi)固定神經(jīng)損傷、術(shù)后感染、肥厚性瘢痕等并發(fā)癥發(fā)生率更低，患者皮膚美觀更滿意。髓內(nèi)器械雖然手術(shù)切口小、軟組織損傷小、可避免鎖骨上神經(jīng)損傷，內(nèi)固定皮下凸起減少、獲得生物學(xué)固定促進骨折愈合，但其髓內(nèi)釘松動、釘尾軟組織激惹、生物力學(xué)穩(wěn)定性不足等問題突出?[8-9]。

為此作者所在團隊提出了一種新型髓內(nèi)固定技術(shù)，改變既往使用橋接內(nèi)固定系統(tǒng)?(ortho-bridge system，OBS)?髓外橋接固定鎖骨中段骨折，在手術(shù)方式上進行改進，將連接棒從鎖骨外側(cè)入路逆行置入潛在髓腔，穿過復(fù)位骨折端接近鎖骨胸骨端，肩峰端髓外留一定長度的連接棒，折彎緊貼骨皮質(zhì)，并安裝?1?枚固定塊螺釘組合鎖定。該固定方式遵循骨折“BO”理念，將?OBS?和微創(chuàng)髓內(nèi)固定的優(yōu)勢巧妙地結(jié)合，增加髓內(nèi)固定鎖骨中段骨折的穩(wěn)定性，手術(shù)操作靈活簡單，骨折愈合后可在局麻下取出內(nèi)固定。該技術(shù)在承受外力后的受力情況尚不清楚，此次實驗通過有限元分析方法，探討了?OBS?髓內(nèi)固定技術(shù)與鎖定板、鈦制彈性釘?(tanium elasticnail，TEN)?固定治療鎖骨中段骨折的生物力學(xué)性能差異，為OBS?髓內(nèi)固定技術(shù)后續(xù)的內(nèi)固定改進、實驗室尸體測試及臨床應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1?對象和方法?Subjects and methods

1.1?設(shè)計計算機模擬實驗，三維有限元分析。

1.2?時間及地點實驗于?2022?年?1-5?月在遵義醫(yī)科大學(xué)第五附屬?(?珠海?)?醫(yī)院完成。

1.3?對象在遵義醫(yī)科大學(xué)第五附屬?(?珠海?)?醫(yī)院招募一名?35歲健康男性志愿者為研究對象，身高?168 cm，體質(zhì)量?75 kg，經(jīng)?X?射線片檢查排除鎖骨損傷、畸形和腫瘤等病變。采用Siemens 64?排螺旋?CT(?德國，西門子公司?)?從上頸椎至胸椎中段進行掃描得到二維橫斷圖像，將?CT?圖像存儲為醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信?(Digital Imaging and Communication in Medicine，DICOM)?格式文件保存，見圖?1A-C。根據(jù)定量?CT?數(shù)據(jù)的估計值，該志愿者的骨量正常。該志愿者對實驗方案知情同意且已簽署知情同意書，實驗已通過遵義醫(yī)科大學(xué)第五附屬(珠海?)?醫(yī)院倫理委員會審批，倫理審批編號?[2021] 2021ZH0088號，批復(fù)日期：2021-12-23。

1.4?實驗方法

1.4.1?鎖骨三維模型的構(gòu)建將該志愿者?CT?圖像以?DICOM?格式導(dǎo)入醫(yī)學(xué)圖像處理軟件?Mimics 19.0(Materialise?公司，比利時?)?中，使用閾值分割法?(?閾值?662-1 613 HU)?和動態(tài)區(qū)域增長算法對導(dǎo)入Mimics的鎖骨圖像分割，清晰分離骨骼與脂肪、肌肉等軟組織，構(gòu)建得到鎖骨三維幾何模型，見圖?1D，以igs?文件格式輸出模型。然后導(dǎo)入逆向工程軟件?GeomagicStudio 2012(Raindrop?公司，美國?)?中對原始模型進行降噪、封裝、光順修復(fù)和擬合曲面等優(yōu)化處理，構(gòu)建了幾何外形與實物標本高度符合的右側(cè)鎖骨模型，見圖?2。

1.4.4?邊界定義、材料賦值與網(wǎng)格劃分將上述?4?種模型導(dǎo)入至有限元軟件?ANSYS 15.0 Workbench(ANSYS?公司，美國?)中進行前處理，參考以往文獻定義邊界條件?[11-12]，接觸界面在鈦制彈性釘、橋接棒與骨之間設(shè)置?Frictional?接觸，摩擦系數(shù)為?1；骨折斷面之間設(shè)置?Frictional?接觸，摩擦系數(shù)為?1；其余部件之間設(shè)置?Bonded。此次研究中各材料視為均質(zhì)、連續(xù)和各向同性的線性彈性單元，材料屬性具體數(shù)值見表1。進一步通過?ANSYS DS?軟件的?mesh?模塊對各實驗?zāi)Ｐ蛣澐志W(wǎng)格單元，劃分網(wǎng)格后得到的節(jié)點及單元數(shù)見表?2。

1.4.2?骨折內(nèi)固定模型的建立將上述鎖骨三維模型在相關(guān)軟件中模擬從中?1/3?切除?1 mm?寬的骨質(zhì)，體現(xiàn)骨折后局部骨質(zhì)不連續(xù)且骨折線與骨干垂直，創(chuàng)建出鎖骨中段橫行骨折模型。在計算機輔助設(shè)計軟件?Creo 2.0(PTC?公司，美國?)?中參照臨床上應(yīng)用的內(nèi)固定實物參數(shù)建模，分別建立了?8?孔“S”型鎖定板系統(tǒng)、OBS?和?TEN?模型。內(nèi)固定材質(zhì)組成均為鈦合金，已經(jīng)應(yīng)用于臨床，生物相容性好，可長期保存于體內(nèi)。在?Creo 2.0軟件中，實現(xiàn)內(nèi)固定模型與鎖骨骨折模型的裝配，創(chuàng)建鎖骨中段骨折內(nèi)固定模型。

1.4.3?模型分組實驗根據(jù)內(nèi)固定方式不同分為?4?組：①無損鎖骨組，見圖?3A；②鎖定板組：將?3.5 mm?厚度的鎖定板附于鎖骨上表面，中間兩螺孔曠置，骨折兩端各擰入?3?枚鎖定螺釘固定，見圖?3B；③?OBS?組：從鎖骨外側(cè)入路逆行將直徑?3 mm的連接棒置入潛在髓腔，穿過復(fù)位骨折端接近鎖骨胸骨端，肩峰端髓外預(yù)留一定長度的連接棒，折彎緊貼骨皮質(zhì)后安裝?1?枚固定塊螺釘組合鎖定，見圖?3C；④?TEN?組：從鎖骨外側(cè)入路將直徑?3 mm?的?TEN?置入鎖骨髓腔，穿過骨折端接近鎖骨胸骨端，肩峰端骨皮質(zhì)外露部分彈性釘并折彎，見圖?3D。

1.4.5?施加載荷及約束條件設(shè)置實驗將鎖骨近端胸鎖關(guān)節(jié)面設(shè)置為固定，著力點為鎖骨遠端。①軸向壓縮載荷：模擬人體側(cè)方摔倒，肩關(guān)節(jié)著地遭撞擊暴力，沿鎖骨長軸方向施加?250 N?的軸向壓力；②懸臂彎曲載荷：模擬人體上肢重力作用于鎖骨遠端，這是日常生活中鎖骨受力的主要方面。給予鎖骨遠端垂直于鎖骨長軸向下施加?250 N?的壓力；③軸向扭轉(zhuǎn)載荷：在鎖骨的長軸方向施加載荷，扭矩為?200 N?mm，分別模擬順時針和逆時針旋轉(zhuǎn)肩關(guān)節(jié)兩種情況。

1.5?主要觀察指標①記錄無損鎖骨及各內(nèi)固定組中植入物的應(yīng)力分布云圖；②比較各組間鎖骨、骨折面及植入物的最大?Von Mises?應(yīng)力差異；③比較各組間鎖骨遠端及骨折端在載荷方向上的最大位移情況。

2?結(jié)果?Results

2.1?不同載荷條件下無損鎖骨的應(yīng)力云圖如圖?4?顯示，鎖骨的整體受力和應(yīng)變情況比較均勻，應(yīng)力集中現(xiàn)象表現(xiàn)在鎖骨中?1/3，并向兩端緩慢過渡，且下表面的應(yīng)力集中比上表面更明顯，此為鎖骨中段的力學(xué)薄弱部位，這與臨床所見的鎖骨骨折好發(fā)于鎖骨中段相吻合?[3]。

2.2?不同加載模式下各模型中植入物的應(yīng)力分布云圖①鎖定板組：由于鎖定板的保護，受力通過鎖定板傳導(dǎo)，改變了原有鎖骨力學(xué)傳導(dǎo)機制，鎖定板應(yīng)力主要集中于骨折端上方周圍，即鎖定板中段?2?孔曠置之間應(yīng)力最集中，并向兩端緩慢過渡；②?OBS?組：與?TEN?固定類似，屬軸心固定，不同載荷下均見髓內(nèi)連接棒在骨折處出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，差異是OBS?髓外鎖定處出現(xiàn)次級應(yīng)力集中區(qū)，使?OBS?組的整體應(yīng)力較?TEN?組更分散；③?TEN?組：不同載荷下?TEN?在骨折端周圍均出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，懸臂彎曲載荷下應(yīng)力集中更明顯，向兩端快速過渡。其次是?TEN?與骨質(zhì)接觸部分出現(xiàn)一定應(yīng)力，其余應(yīng)力較分散。見圖?5。

2.3?不同加載模式下鎖骨和骨折面的最大?Von Mises?應(yīng)力軸向壓縮載荷下各組鎖骨最大?Von Mises?應(yīng)力比較：OBS?組(251.96 MPa) > TEN?組?(202.44 MPa) >?鎖定板組?(142.38 MPa) >無損鎖骨?(10.40 MPa)，骨折面的最大?Von Mises?應(yīng)力：鎖定板組?(139.35 MPa) > TEN?組?(34.92 MPa) > OBS?組?(33.79 MPa)；其余3?種載荷下各組鎖骨和骨折面的最大?Von Mises?應(yīng)力均出現(xiàn)以下趨勢：TEN?組?> OBS?組?>?鎖定板組?>?無損鎖骨，見表?3。

2.4?不同加載模式下植入物的最大?Von Mises?應(yīng)力?4?種加載模式下，觀察到?3?組中植入物的應(yīng)力峰值均集中在骨折線附近，比較應(yīng)力峰值大小可見?TEN?最大，OBS?次之，鎖定板最小。結(jié)果表明在相同條件下，OBS?組中植入物比?TEN?組能承載更大的載荷應(yīng)力，所以與?TEN?組相比，OBS?組可能降低了植入物折彎、斷裂的風(fēng)險，見表?4。

2.5?不同加載模式下鎖骨遠端及骨折端的最大位移不同加載模式下?3?種內(nèi)固定骨折模型的位移分布云圖見圖?6，各組鎖骨的最大位移部位均在鎖骨遠端，這是因為模擬鎖骨骨折術(shù)后肩關(guān)節(jié)受力特點，固定鎖骨胸骨端，受力作用部位為鎖骨遠端。實驗結(jié)果如表?5?顯示，不同載荷下各組鎖骨遠端和骨折端的最大位移值均為?TEN?組最大，OBS?組次之，鎖定板組及無損鎖骨組依次減小。結(jié)果表明，OBS?組在抗壓縮穩(wěn)定性與?TEN?組不相伯仲，抗彎曲和抗扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定性強于?TEN組；鎖定板組抗失穩(wěn)和抗變形的能力均強于?OBS?和?TEN?髓內(nèi)固定。

3?討論?Discussion

臨床處理移位的鎖骨中段骨折仍然具有挑戰(zhàn)性，選擇手術(shù)或非手術(shù)治療以及選擇哪種手術(shù)方案仍然比較困難?[13]。手術(shù)以髓外鋼板固定和髓內(nèi)彈性釘固定為主，每種固定方式都有自身的優(yōu)勢和不足，目前臨床上尚沒有一種手術(shù)治療的“金標準”[4-5]。鋼板固定是治療成人鎖骨中段移位骨折的主要手術(shù)方式?[14]，鋼板固定屬于偏心堅強固定，常需切開復(fù)位，易損傷鎖骨上神經(jīng)、骨折端血運破壞大、鋼板凸起于皮下、有明顯應(yīng)力遮擋效應(yīng)等缺點，增加了患者術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率?[6-8]。CHARLES?等?[6]?回顧性調(diào)查了?198?例鎖骨中段骨折并接受切開復(fù)位鋼板內(nèi)固定的患者，記錄顯示術(shù)后并發(fā)癥的總體發(fā)生率為?27.3%，其中?9.1%?的患者因并發(fā)癥需要再次手術(shù)，并發(fā)癥主要包括骨不連、骨延遲愈合、深部或淺表感染、切口裂開、切口周圍麻木等。解剖學(xué)研究報告在胸鎖關(guān)節(jié)2.7 cm?以內(nèi)及肩鎖關(guān)節(jié)?1.9 cm?以內(nèi)為鎖骨上神經(jīng)通路的常見外圍“安全區(qū)”，沿鎖骨干縱向切開入路鋼板固定容易損傷鎖骨上神經(jīng)?[15]。LEMIEUX?等?[16]?回顧性調(diào)查分析了?86?例接受切開復(fù)位鋼板內(nèi)固定的鎖骨干骨折患者，結(jié)果顯示?90%?的患者證明在術(shù)后經(jīng)歷了某種程度的感覺障礙，麻木是最常見的癥狀?(64%)，其次是皮膚燒灼感?(12%)。

隨著治療理念的更新和髓內(nèi)固定技術(shù)的進步，對于移位、非粉碎性鎖骨中段骨折，采用髓內(nèi)釘進行髓內(nèi)固定已是一種微創(chuàng)有效的治療方法?[10，17-18]。鎖骨髓內(nèi)固定器械的發(fā)展經(jīng)歷了由最初的克氏針，到空心釘、彈性釘，再到新一代髓內(nèi)固定產(chǎn)品的演變，都傳承髓內(nèi)軸向固定的方式。因為髓內(nèi)固定治療鎖骨中段骨折更符合骨折“BO”理念，手術(shù)中間接復(fù)位骨折盡量減少骨膜剝離損傷，充分保護骨折斷端及周圍軟組織血運、軸心彈性固定減少內(nèi)固定裝置應(yīng)力遮擋效應(yīng)，有利于骨折愈合。其髓內(nèi)固定切口小、微創(chuàng)操作、手術(shù)時間短、感染發(fā)生率低、骨折愈合快、術(shù)后肩部皮膚美觀等優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)，已成為一種廣受歡迎的固定方式?[19-20]。但鎖骨是髓腔不規(guī)則的“S”形管狀骨，鎖骨中部的髓腔直徑最小，此最小徑線在成年人中直徑為?(6.7±2.6) mm，附近有重要神經(jīng)、血管經(jīng)過?[21]，這些鎖骨解剖特征和個體差異可能限制了髓內(nèi)固定器械的設(shè)計應(yīng)用?[19，22-23]。目前多種髓內(nèi)器械固定治療鎖骨中段骨折進行生物力學(xué)對比研究都顯示髓內(nèi)器械的穩(wěn)定性欠佳，這種共性生物力學(xué)缺點也與臨床應(yīng)用觀察到的并發(fā)癥相符?[24-25]。曾浪清等?[26]、樊友亮等?[27]?通過有限元分析探討了鋼板與髓內(nèi)釘?shù)纳锪W(xué)差異，在不同載荷條件下髓內(nèi)釘固定均表現(xiàn)出與正常鎖骨相似的應(yīng)力分布，但穩(wěn)定性明顯比鋼板差，鋼板固定骨折間隙穩(wěn)定性強，不愈合風(fēng)險小，鋼板螺釘應(yīng)力低。傳統(tǒng)髓內(nèi)固定裝置無法靜態(tài)鎖定，控制骨折端旋轉(zhuǎn)及維持骨折端長度力量相對較弱?[28]，同時也存在釘尾松動穿透皮膚、軟組織激惹問題，術(shù)后可能發(fā)生髓內(nèi)釘移位而不適合于治療復(fù)雜骨折。

理想的髓內(nèi)固定應(yīng)該是兼具手術(shù)操作簡便微創(chuàng)的同時具有符合骨折愈合的生物力學(xué)穩(wěn)定性。目前多篇文獻報道了新一代鎖骨髓內(nèi)固定產(chǎn)品的相關(guān)研究，如?Anser?鎖骨針、Echidna?釘、彈性帶鎖髓內(nèi)釘、解剖鎖定髓內(nèi)釘?(Sonoma CRx)等，與傳統(tǒng)髓內(nèi)器械相比，新一代髓內(nèi)固定器械顯示出了一些設(shè)計上的優(yōu)勢，在傳統(tǒng)髓內(nèi)釘?shù)幕A(chǔ)上增加髓內(nèi)釘縱向把持力，使髓內(nèi)固定穩(wěn)定性有所增加，術(shù)后內(nèi)固定遷移的風(fēng)險減小?[9，19]。但有關(guān)臨床使用療效的研究較少，缺乏大樣本的循證醫(yī)學(xué)依據(jù)。Anser?鎖骨針?(?荷蘭?)?是一種新型髓內(nèi)裝置，HOOGERVORST?等?[29]?的一項前瞻性病例研究顯示，20?例鎖骨中段移位骨折患者行?Anser?鎖骨針固定，術(shù)后隨訪患者均骨折愈合，無感染、鎖骨上神經(jīng)損傷表現(xiàn)，但其中發(fā)生了?3?例與器械相關(guān)的并發(fā)癥?(15%)，包括鎖骨針變形、針尾凸起軟組織激惹、鎖骨針固定失效。非器械相關(guān)并發(fā)癥發(fā)生率低，未來應(yīng)重點預(yù)防此次研究出現(xiàn)的器械相關(guān)并發(fā)癥。趙志輝等?[30]?回顧性對比分析了兩種固定方式治療鎖骨中段骨折的療效，認為彈性帶鎖髓內(nèi)釘與解剖型鎖定鋼板均是治療鎖骨中段骨折的有效手術(shù)方式，均可取得良好臨床效果，但術(shù)后3-6?周，髓內(nèi)釘組?23?例隨訪患者中有?6?例發(fā)生釘尾皮膚刺激及滑囊炎。另一項由?SIDHU?等?[31]?完成的生物力學(xué)研究結(jié)果認為，與?Knowles?釘相比，Echidna?釘髓內(nèi)固定鎖骨中段骨折顯示出更高的彎曲剛度和拔出強度，二者的抗扭剛度無顯著差異。Echidna?釘是目前市場上可用的新型鎖骨髓內(nèi)固定裝置，其設(shè)計特點是釘體具有可伸縮的側(cè)針，固定后與鎖骨髓腔內(nèi)壁鉚合增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，降低了釘體移位風(fēng)險，且Echidna?釘取出方便。CRx?裝置應(yīng)用于臨床以來，初步臨床結(jié)果令人滿意。KING?等?[32]?認為?Sonoma CRx?固定鎖骨骨折愈合后無需常規(guī)取出，并臨床記錄顯示具有良好的骨折愈合率。HOOGERVORST?等?[24]?一項?Meta?分析表明，Sonoma CRx?雖能獲得良好的功能效果和骨折愈合率，但是與其他新型鎖骨髓內(nèi)器械一樣，都有明顯的器械相關(guān)并發(fā)癥，認為髓內(nèi)治療鎖骨中段骨折仍有較大的改進空間。

為此，作者設(shè)計出一種新型髓內(nèi)固定技術(shù)并已在臨床上開展，用?OBS?連接棒從鎖骨外側(cè)入路逆行置入潛在髓腔，穿過復(fù)位骨折端接近鎖骨胸骨端，肩峰端髓外預(yù)留一定長度的連接棒，折彎緊貼骨皮質(zhì)后安裝?1?枚固定塊螺釘組合鎖定，達到釘、棒及鎖骨互相鎖定為一體，組成一個穩(wěn)定的髓內(nèi)連接固定結(jié)構(gòu)，有效控制髓內(nèi)連接棒旋轉(zhuǎn)和縱向移動，維持骨折端的穩(wěn)定，克服常用鎖骨髓內(nèi)釘固定技術(shù)穩(wěn)定性不足的弊端。該技術(shù)延續(xù)髓內(nèi)固定微創(chuàng)操作，骨折端血供保護良好。為研究其生物力學(xué)性能如何？作者使用有限元方法分析?OBS髓內(nèi)固定鎖骨中段骨折的生物力學(xué)穩(wěn)定性，為其臨床應(yīng)用提供理論參考。盡管鋼板、傳統(tǒng)髓內(nèi)釘固定技術(shù)有諸多劣勢，但在更有效的內(nèi)固定裝置開發(fā)出來之前，鎖定板、TEN?固定依然是治療鎖骨中段骨折最常用的固定方式，因此該實驗把鎖定板及?TEN?固定作為對照組。

在此次實驗?zāi)Ｐ彤a(chǎn)生的應(yīng)力云圖上可見?3?種內(nèi)固定模型的骨折面都產(chǎn)生了一定的應(yīng)力，這些應(yīng)力比內(nèi)固定應(yīng)力要小，每個固定模型的最大?Von Mises?應(yīng)力主要集中在內(nèi)固定上，這與骨折愈合早期內(nèi)固定物承擔主要應(yīng)力這一預(yù)期相符合。在具體實驗數(shù)據(jù)上看，軸向壓縮載荷下骨折面的最大Von Mises?應(yīng)力為鎖定板組最大，為?139.35 MPa，OBS?組、TEN?組分別為?33.79，34.92 MPa；其余?3?種載荷下骨折面的最大?Von Mises?應(yīng)力對比均為?TEN?組最大，OBS?組次之，鎖定板組最小。作者認為主要原因是該實驗鎖定板為?8?孔“S”型，而兩種髓內(nèi)固定物為直型設(shè)計固定于鎖骨骨折模型上，這樣的模型設(shè)計在壓縮載荷下髓內(nèi)固定骨折處應(yīng)力更多集中在植入物上傳導(dǎo)，而鎖定板由于受力時“S”型改變使骨折面產(chǎn)生了更大的應(yīng)力，此現(xiàn)象對固定牢靠的鎖定板組穩(wěn)定性影響較小。可以看出，OBS?組骨折面產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力與?TEN?組差異微小，彎曲應(yīng)力和旋轉(zhuǎn)應(yīng)力差異明顯，OBS?組骨折面最大?Von Mises?應(yīng)力在鎖定板組和?TEN?組之間，結(jié)合既往臨床病例觀察和生物力學(xué)研究，可推測?OBS?組可提供適當?shù)墓钦鄱藟嚎s應(yīng)力，降低了在彎曲載荷和旋轉(zhuǎn)載荷下產(chǎn)生有損骨折愈合的折彎及旋轉(zhuǎn)應(yīng)力，可能比?TEN?固定更有利于骨折愈合。有研究報道，當骨折處骨的應(yīng)變在?1 000-3 000 με、應(yīng)力在?20-60 MPa?區(qū)間時促進骨組織生長，但是過高或過低的骨組織應(yīng)變應(yīng)力環(huán)境都會對骨組織生長產(chǎn)生不利影響?[33]。

既往研究表明彈性髓內(nèi)釘?shù)纳锪W(xué)缺點之一是髓內(nèi)釘在骨折附近產(chǎn)生過度應(yīng)力集中現(xiàn)象，容易導(dǎo)致髓內(nèi)釘從中段折彎、斷裂?[14，26，34]。有學(xué)者通過有限元分析認為，與直型髓內(nèi)釘相比，Sonoma CRx?結(jié)構(gòu)更有利于穩(wěn)定骨折端，然而其在骨折附近高應(yīng)力可能引起固定失效是?CRx?的一個主要問題?[34]。此次實驗在?4?種載荷下，3?種內(nèi)固定物均在骨折附近出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，三者應(yīng)力峰值比較顯示?TEN?組最大，其次為?OBS?組，鎖定板組最小。與?TEN?組比較，OBS?組雖然內(nèi)固定最大?Von Mises?應(yīng)力減小不顯著，但根據(jù)實驗結(jié)果作者認為該實驗設(shè)計在鎖骨遠端、釘和棒之間存在綁定約束，該處也產(chǎn)生了一定的應(yīng)力集中，有利于分散?OBS?髓內(nèi)固定整體應(yīng)力，降低了內(nèi)固定和骨折端的應(yīng)力，結(jié)果提示?OBS?組內(nèi)固定折彎、斷裂等失效風(fēng)險較?TEN?組低。除非意外傷害暴力作用，此次研究載荷力量遠大于實際生活中患者術(shù)后肩部所承擔的力量。鎖定板組的應(yīng)力情況與先前的研究結(jié)果相似?[35-36]，骨折遠近端通過鎖定板進行偏心連接，固定牢靠，但存在一定的應(yīng)力遮擋效應(yīng)。

鎖骨骨折內(nèi)固定模型的整體位移水平反映了內(nèi)固定抗變形和抗失穩(wěn)能力，位移越小表示整體穩(wěn)定性越好。此文?4?種載荷下，OBS?組和?TEN?組鎖骨遠端及骨折處的最大位移明顯大于鎖定板組，OBS?組和?TEN?組之間比較，OBS?組最大位移值小于?TEN?組。該結(jié)果提示鎖定板固定可有效地控制鎖骨遠端和骨折處的軸向、垂直及旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定，術(shù)后可逐步進行功能鍛煉。而兩種髓內(nèi)固定均對控制鎖骨遠端和骨折處的穩(wěn)定性明顯比鎖定板弱，但?OBS?髓內(nèi)固定的穩(wěn)定性要優(yōu)于?TEN?固定，術(shù)后都須注意對患肢進行適當懸吊制動。這主要得益于?OBS髓內(nèi)連接棒在鎖骨遠端髓外螺釘固定，在承受載荷時能夠分散應(yīng)力，發(fā)揮有效制動髓內(nèi)連接棒的作用，比?TEN?固定更有利于骨折端穩(wěn)定。熊川等?[37]?應(yīng)用有限元分析一種表面增加螺紋設(shè)計的彈性螺紋髓內(nèi)釘?shù)纳锪W(xué)性能，并與鎖定板、無螺紋彈性髓內(nèi)釘進行對照，顯示出與此次研究中?OBS?髓內(nèi)固定類似的內(nèi)固定穩(wěn)定性變化趨勢，認為彈性螺紋髓內(nèi)釘固定鎖骨中段骨折在維持骨折端穩(wěn)定方面優(yōu)于彈性髓內(nèi)釘，螺紋與髓腔內(nèi)壁接觸固定連接骨折兩端，但這種穩(wěn)定作用有限，對鎖骨遠端的控制有待加強。

因此就生物力學(xué)而言，OBS?髓內(nèi)固定技術(shù)通過肩峰端髓外鎖定使得髓內(nèi)連接棒與鎖骨遠端穩(wěn)固地固定在一起，與TEN?固定相比可提供更好的錨固作用，并有助于降低內(nèi)固定及骨折端應(yīng)力，減小骨折和內(nèi)固定移位，可為骨折愈合創(chuàng)造良好的力學(xué)環(huán)境。

此次研究尚存在一些局限：①此文鎖骨模型設(shè)定為均質(zhì)連續(xù)和各向同性的彈性材料，材料賦值未明確區(qū)分骨質(zhì)和髓腔，但實際上人體骨骼為各向異性、骨質(zhì)髓腔形態(tài)各異的物質(zhì)，所以材料屬性設(shè)置可能會影響有限元實驗結(jié)果。但是，此次實驗?zāi)繕耸茄芯挎i骨骨折不同內(nèi)固定狀態(tài)下整體受力變化趨勢而不是準確值，所以此次實驗對模型構(gòu)建做了必要的簡化可以認為是合理的；②該實驗構(gòu)建的是理想的鎖骨中段橫行骨折有限元模型，而臨床中其骨折種類多樣，此次實驗結(jié)果不能解釋其他骨折類型的力學(xué)特性；③此次實驗?zāi)Ｐ偷膽?yīng)力條件未添加生理狀態(tài)下附著于鎖骨的肌肉韌帶的額外力學(xué)狀態(tài)；④鎖骨遠端的載荷值是基于既往類似研究設(shè)定的?[35，37]，與正常生理條件下鎖骨遠端的受力大小可能不同，但?4?種負荷都是模擬上肢日常生活中鎖骨最常見的幾種受力模式，生理條件下的力學(xué)載荷形式復(fù)雜多樣，其具體值目前未見報道。盡管存在一些局限，此次研究所構(gòu)建的無損鎖骨、鎖定板及鈦制彈性釘固定鎖骨骨折模型的生物力學(xué)性能與既往報道的實驗結(jié)果表現(xiàn)趨勢相似?[26，35-37]，證明此次實驗建立的有限元模型是可行的，但鎖骨模型參數(shù)、植入物形態(tài)及固定方式的差異可能解釋了不同的結(jié)果。

綜上所述，由于鎖骨中段骨折的不同固定方式產(chǎn)生了不同的力學(xué)特性?[25，38]，臨床應(yīng)用中各有優(yōu)勢和缺點。髓內(nèi)釘固定有微創(chuàng)、軸心微動固定、骨折愈合快等優(yōu)勢，但其力學(xué)穩(wěn)定性不足，術(shù)后髓內(nèi)釘松動移位風(fēng)險不容小覷，患者術(shù)后常需輔助前臂懸吊制動而限制了早期功能鍛煉，這些都成為髓內(nèi)釘治療鎖骨中段骨折的絆腳石?[9，24，39]。此文研究提示?OBS?髓內(nèi)固定鎖骨中段骨折在維持骨折和內(nèi)固定物穩(wěn)定方面優(yōu)于?TEN?固定，有效降低內(nèi)固定松動、移位風(fēng)險；對于部分長斜形或粉碎性骨折，骨折端聯(lián)合縫線捆綁法固定，臨床適用范圍比單純髓內(nèi)釘廣，術(shù)后功能鍛煉可早期進行。

目前，OBS?髓外固定鎖骨骨折鮮有生物力學(xué)研究報道，只有個別醫(yī)師報道了臨床病例療效。OBS?髓外固定鎖骨骨折手術(shù)操作靈活、多向置釘三維彈性固定、骨膜保護促進骨折愈合?[40]。由于鎖骨的解剖特性，OBS?髓外固定的臨床應(yīng)用也出現(xiàn)了一些并發(fā)癥和不足之處，如內(nèi)固定結(jié)構(gòu)組件多，經(jīng)皮微創(chuàng)手術(shù)操作難度大，體型偏瘦的患者肩部皮膚薄，容易形成皮下釘棒凸起?,?一定程度上會影響外觀及出現(xiàn)皮膚激惹?[41]。

與?OBS?髓外固定鎖骨骨折相比，此次研究中?OBS?髓內(nèi)固定除了具備髓外固定的優(yōu)勢外，還具有手術(shù)操作簡便的特點：①術(shù)中首先使用克氏針肩峰端定位開孔擴髓，將連接棒從鎖骨外側(cè)入路逆行置入潛在髓腔或由骨折端順行入路從肩峰端穿出開孔，然后逆行穿過復(fù)位的骨折端進入近端髓腔；②直徑3 mm?的連接棒型號小，具備一定彈性和可塑性，術(shù)中小幅度折彎棒尾即可緊貼骨面；③多向靈活置釘，固定可靠；④更微創(chuàng)、器械要求簡便，術(shù)中只需在鎖骨后外側(cè)和骨折上方各行2 cm?左右小切口置入?1?釘?1?棒?1?固定塊；取內(nèi)固定時操作方便，只需在鎖骨外側(cè)原切口處行一小切口即可取出。但該技術(shù)固定強度不及鎖定板，鎖定板臨床應(yīng)用較為廣泛，針對骨質(zhì)疏松性骨折、陳舊性骨折、部分粉碎性骨折及髓內(nèi)固定困難時仍具有不可替代的好處?[42]，而此類患者該技術(shù)可能不合適。

作者團隊在遵義醫(yī)科大學(xué)第五附屬醫(yī)院骨二科采用?OBS髓內(nèi)固定治療了?28?例鎖骨中段骨折患者，隨訪觀察?28?例均骨折愈合，肩關(guān)節(jié)功能良好，無感染、無皮膚麻木、無內(nèi)固定變形、松動等現(xiàn)象。其中?1?例術(shù)后釘棒尾部出現(xiàn)皮下凸起，術(shù)后?5?個月釘尾刺破皮膚，釘尾外露軟組織慢性炎性刺激，取出內(nèi)固定后傷口換藥痊愈?？紤]為術(shù)中留置釘棒尾部過長及折彎不足，尾部與鎖骨貼附不良，引起釘尾皮下刺激，另外患者過于消瘦，皮下軟組織較少。此并發(fā)癥可通過技術(shù)改進解決，減少發(fā)生率。由于該技術(shù)臨床病例數(shù)量不足，隨訪未完成，其結(jié)果還未成文發(fā)表，該技術(shù)也未見其他文獻報道。作者團隊正在進行臨床應(yīng)用研究，結(jié)合生物力學(xué)實驗結(jié)果早期發(fā)現(xiàn)問題并進行干預(yù)改進，以期設(shè)計出一款更適合臨床應(yīng)用的鎖骨髓內(nèi)固定器械。

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