葛鴻慶1 ，劉炎2 ，管華1 ，白玉龍3 ，陳文治1 1. 廣州中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院（廣東省中醫(yī)院）骨科，廣東 廣州 510405；2. 廣州中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院白云區(qū)醫(yī)院骨科；3. 奧派梅森（常州）醫(yī)療科技有限公司

摘要：目的 采用有限元分析肱骨近端骨折鎖定鋼板聯(lián)合內(nèi)側(cè)支撐螺釘、鎖定鋼板聯(lián)合腓骨支撐及外側(cè)鎖定鋼板聯(lián)合 內(nèi)側(cè)鋼板重建內(nèi)側(cè)柱3種內(nèi)固定模型的生物力學(xué)穩(wěn)定性。

方法?選取1名健康女性志愿者進(jìn)行肱骨近端CT掃描，按照 肱骨解剖頸下 5 mm截骨，建立肱骨近端內(nèi)側(cè)柱缺失型骨折模型，按不同內(nèi)固定方式分為 PC組、PF組、PP組。PC0組單 純應(yīng)用肱骨近端鎖定鋼板，PC1組采用肱骨內(nèi)側(cè)支撐螺釘聯(lián)合肱骨近端鎖定鋼板固定。PF0組單純采用鎖定鋼板聯(lián)合 腓骨支撐，PF1組置入內(nèi)側(cè)支撐螺釘并使用鎖定鋼板聯(lián)合腓骨支撐。PP0組單純應(yīng)用外側(cè)鎖定鋼板聯(lián)合內(nèi)側(cè)鋼板，PP1 組置入內(nèi)側(cè)支撐螺釘鎖定鋼板聯(lián)合內(nèi)側(cè)鋼板，采用三維有限元法分析間接暴力狀態(tài)下不同分組模型的生物力學(xué)穩(wěn)定 性。

結(jié)果?PP組的肱骨應(yīng)力明顯小于 PC、PF組，PP組相對(duì)位移最小，PC組相對(duì)位移最大；且應(yīng)用內(nèi)側(cè)支撐螺釘?shù)母鹘M 肱骨最大等效應(yīng)力、肱骨相對(duì)位移分別小于未應(yīng)用內(nèi)側(cè)支撐螺釘組。PC組鋼板最大等效應(yīng)力最大，PP組鋼板最大等效 應(yīng)力最??；且應(yīng)用內(nèi)側(cè)支撐螺釘?shù)母鹘M的鋼板最大等效應(yīng)力分別大于未應(yīng)用內(nèi)側(cè)支撐螺釘組。

結(jié)論?外側(cè)鎖定鋼板聯(lián) 合內(nèi)側(cè)鋼板重建內(nèi)側(cè)柱較鎖定鋼板聯(lián)合內(nèi)側(cè)支撐螺釘、鎖定鋼板聯(lián)合異體腓骨重建內(nèi)側(cè)柱相比均有明顯的力學(xué)優(yōu)勢(shì)， 而鎖定鋼板聯(lián)合異體腓骨重建內(nèi)側(cè)柱力學(xué)穩(wěn)定性則優(yōu)于鎖定鋼板聯(lián)合內(nèi)側(cè)柱支撐螺釘；同時(shí)行內(nèi)側(cè)支撐螺釘?shù)膬?nèi)固定 模型均比未行內(nèi)側(cè)支撐螺釘?shù)膬?nèi)固定模型有更好的力學(xué)穩(wěn)定性。?

關(guān)鍵詞：肱骨近端骨折；內(nèi)側(cè)柱重建；鎖定鋼板；植骨；有限元分析

? ? ? 肱骨近端骨折在成人骨折中發(fā)病率為 5%［1］，鎖 定鋼板在肱骨近端骨折治療中應(yīng)用廣泛［2-4］ ，然而老 年骨質(zhì)疏松患者因肱骨近端內(nèi)側(cè)柱為松質(zhì)骨與皮質(zhì) 骨過渡區(qū)，骨小梁薄弱，屬于力學(xué)薄弱區(qū)，骨折時(shí)易導(dǎo) 致內(nèi)側(cè)柱壓縮、丟失。單獨(dú)采用鎖定鋼板治療術(shù)后常 出現(xiàn)頸干角丟失、螺釘切出、內(nèi)翻畸形甚至肱骨頭壞 死等并發(fā)癥［5］ 。臨床上以鎖定鋼板聯(lián)合內(nèi)側(cè)支撐螺 釘、鎖定鋼板聯(lián)合異體腓骨重建內(nèi)側(cè)柱最為常見。內(nèi) 側(cè)支撐螺釘?shù)闹萌肼瘦^低，異體腓骨重建內(nèi)側(cè)柱常會(huì) 伴隨著醫(yī)源性感染及二期肩關(guān)節(jié)置換腓骨拔出困難 的風(fēng)險(xiǎn)［6］ ，因此聯(lián)合內(nèi)側(cè)鋼板手術(shù)仍是重建內(nèi)側(cè)柱的 重要方法。目前臨床上使用雙側(cè)鋼板建立內(nèi)側(cè)支撐 的方法主要有 2種，即外側(cè)鎖定鋼板聯(lián)合前內(nèi)側(cè)鋼板 手術(shù)與外側(cè)鎖定鋼板聯(lián)合內(nèi)側(cè)鋼板手術(shù)。由于置入 內(nèi)側(cè)鋼板術(shù)區(qū)顯露易損傷旋肱前動(dòng)脈，目前臨床應(yīng)用 較少。筆者采用有限元分析方法，比較肱骨近端鎖定 鋼板聯(lián)合內(nèi)側(cè)支撐螺釘、鎖定鋼板聯(lián)合腓骨支撐、外 側(cè)鎖定鋼板聯(lián)合內(nèi)側(cè)鋼板重建內(nèi)側(cè)柱 3 種不同固定 方式的力學(xué)穩(wěn)定性，探討內(nèi)側(cè)鋼板在內(nèi)側(cè)柱缺失型肱 骨近端骨折中重建內(nèi)側(cè)柱的應(yīng)用價(jià)值，報(bào)道如下。

1 資料與方法?

1.1 樣本數(shù)據(jù)的獲取 選擇1名健康女性志愿者，無 肩部外傷、腫瘤、畸形病史，年齡 65 歲，體重 58 kg，身 高 160 cm，合并一定程度骨質(zhì)疏松。取肩部 CT 螺旋 掃描數(shù)據(jù)，生成圖像并保存為 DICOM 格式，將數(shù)據(jù)導(dǎo) 入 Mimics 19.0 軟件，經(jīng)閾值分割，獲取肱骨皮質(zhì)骨大 致輪廓，利用腔隙填充得到完整實(shí)心肱骨模型，復(fù)制 1份經(jīng)光滑處理后導(dǎo)出為 stl格式文件；相同操作得到 皮質(zhì)骨蒙版，經(jīng)手動(dòng)修改皮質(zhì)骨區(qū)域得到髓腔中空肱 骨模型，利用軟件“邏輯非”功能將此模型與上述實(shí)心 肱骨蒙板組合，得到髓腔模型以 stl 格式導(dǎo)出。將實(shí) 心肱骨、髓腔模型的 stl 格式文件導(dǎo)入 Geomagic Wrap 軟件中，行表面光滑、劃分網(wǎng)格、探測(cè)輪廓線及擬合曲 面等處理，保存為 stp 格式后導(dǎo)入 Soildworks 2017 軟 件，進(jìn)行裝配組合得到肱骨中空模型，并參考 Sanders 等［7］ 的截骨方法在肱骨外科頸處模擬寬度為 5 mm 的 骨質(zhì)缺損肱骨近端內(nèi)側(cè)柱缺失型骨折模型（圖 1）。對(duì)于骨折近端模擬實(shí)心松質(zhì)骨結(jié)構(gòu)，利用刪除面功能 填充，并利用“組合”功能得到近端松質(zhì)骨區(qū)域模型， 模型保存為 prt格式。在 Solidworks中按照 PHILOS系 統(tǒng)、重建鋼板建立 CAD 模型，螺釘省略螺紋以簡(jiǎn)化計(jì)算過程；腓骨長(zhǎng)度及直徑選擇根據(jù)解剖學(xué)研究［8］ ，選 取長(zhǎng) 60 mm，直徑 9 mm 的實(shí)心圓柱體建立；重建鋼板 選擇 5孔重建鋼板建立模型，長(zhǎng)度 60 mm，將 3種模型 保存為 prt 格式。根據(jù)相關(guān)有限元研究［9-11］ 改變骨組 織的彈性模量的方式建立骨質(zhì)疏松性骨模型使之與 臨床情況更加接近。

1.2 肱骨近端骨折模型的建立 肱骨近端外側(cè)鎖定 鋼板按照 PHILOS 系統(tǒng) 1∶1 建立鋼板及螺釘模型，鋼 板選擇 3 孔 PHILOS 鋼板，其中 E 釘為內(nèi)側(cè)柱支撐螺 釘。內(nèi)側(cè)柱鎖定鋼板按照重建鋼板1∶1建立鋼板及螺 釘模型，重建鋼板選擇5孔鋼板，遠(yuǎn)近折端各置入2枚 螺釘固定。模型裝配將上述肱骨、外側(cè)鎖定鋼板螺 釘、內(nèi)側(cè)重建鋼板螺釘、腓骨模型在Solidworks中進(jìn)行 裝配組合，組合按照肱骨近端骨折治療原則［12］ ，外側(cè) 鋼板放置于肱骨外側(cè)，上端距大結(jié)節(jié)頂點(diǎn) 5~7 mm，內(nèi) 側(cè)距結(jié)節(jié)間溝外側(cè) 5 mm，裝配組合螺釘；重建鋼板位 于肱骨內(nèi)側(cè)，腓骨置于髓腔中心，與肱骨及鋼板縱軸 平行，腓骨下段至于髓腔最狹窄處。

? ? ? 模型分組按不同內(nèi)固定方式分為 PC 組、PF 組、 PP 組。PC 組為單獨(dú)應(yīng)用肱骨近端鎖定鋼板組，其中 PC0 組未置入內(nèi)側(cè)支撐螺釘單純應(yīng)用肱骨近端鎖定 鋼板，PC1組采用肱骨內(nèi)側(cè)支撐螺釘聯(lián)合肱骨近端鎖 定鋼板固定。PF 組為鎖定鋼板聯(lián)合腓骨支撐組，其 中 PF0組未置入內(nèi)側(cè)支撐螺釘，單純采用鎖定鋼板聯(lián) 合腓骨支撐，PF1組置入內(nèi)側(cè)支撐螺釘并使用鎖定鋼 板聯(lián)合腓骨支撐。PP組為外側(cè)鎖定鋼板聯(lián)合內(nèi)側(cè)鋼 板重建內(nèi)側(cè)柱組，PP0 組未置入內(nèi)側(cè)支撐螺釘，單純 應(yīng)用外側(cè)鎖定鋼板聯(lián)合內(nèi)側(cè)鋼板，PP1組置入內(nèi)側(cè)支 撐螺釘鎖定鋼板聯(lián)合內(nèi)側(cè)鋼板（圖 2）。將 3組模型保 存為 X_T 格式。材料屬性設(shè)置及網(wǎng)格劃分將上述模 型導(dǎo)入 Ansys Workbench 軟件中，肱骨材料均設(shè)定為 各向同性的彈性材料，各材料彈性模量及泊松比［13-14］ 見表 1。肱骨、鋼板、螺釘及腓骨均采用 10 節(jié)點(diǎn) 4 面 體單元（C3D4），不同模型節(jié)點(diǎn)及單元見表2。

1.3 約束條件及載荷 將肱骨頭與盂的界面設(shè)置為 完全固定，在肱骨近端骨折內(nèi)固定模型中，鋼板和皮 質(zhì)骨間無摩擦，鋼板與鎖定螺釘為綁定，螺釘與皮質(zhì) 骨和松質(zhì)骨設(shè)定為完全綁定，螺釘與腓骨設(shè)定為綁 定，腓骨與松質(zhì)骨設(shè)定為摩擦，摩擦系數(shù)為 0.2。所有 材料均定義為各向均質(zhì)的彈性材料。根據(jù)何仿［15］ 的研 究確定加載點(diǎn)，模擬體重為 60 kg的成人，每一個(gè)功能位置上經(jīng)肱骨大結(jié)節(jié)均施加 50 N 水平載荷，并同時(shí) 在肱骨遠(yuǎn)端加載100 N軸向載荷。

2 結(jié) 果?

? ? ? PC 組與 PF 組肱骨最大等效應(yīng)力均集中在骨折 端附近，而 PP 最大等效應(yīng)力分布于肱骨遠(yuǎn)端。PP 組 的肱骨應(yīng)力明顯小于PC、PF組，且應(yīng)用內(nèi)側(cè)支撐螺釘 的 PC1組、PF1組、PP1組的肱骨最大等效應(yīng)力分別小于未應(yīng)用內(nèi)側(cè)支撐螺釘 PC0 組、PF0 組、PP0 組；PC 組 最大等效應(yīng)力主要分布于鋼板的骨折端，PF 組最大 等效應(yīng)力主要分布于內(nèi)側(cè)支撐螺釘與腓骨支撐結(jié)合 部，PP 組最大等效應(yīng)力主要分布與鋼板遠(yuǎn)端。PC 組 鋼板最大等效應(yīng)力最大，PP 組鋼板最大等效應(yīng)力最 小。且應(yīng)用內(nèi)側(cè)支撐螺釘?shù)?PC1組、PF1組、PP1組的 鋼板最大等效應(yīng)力分別大于未應(yīng)用內(nèi)側(cè)支撐螺釘 PC0 組、PF0 組、PP0 組；PP 組相對(duì)位移最小，PC 組相 對(duì)位移最大。且應(yīng)用內(nèi)側(cè)支撐螺釘?shù)?PC1 組、PF1 組、PP1組的相對(duì)位移分別小于未應(yīng)用內(nèi)側(cè)支撐螺釘 PC0組、PF0組、PP0組。見表3。

3 討 論?

? ? ? ? 鎖定鋼板固定手術(shù)作為肱骨近端骨折的最常用 術(shù)式，在肱骨近端骨折治療中有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于 肱骨近端內(nèi)側(cè)柱缺失型骨折，手術(shù)關(guān)鍵在于重建內(nèi)側(cè) 柱，目前肱骨近端重建內(nèi)側(cè)柱已成為了減少肱骨近端 內(nèi)固定失效的主要手段。李仁斌等［16］ 認(rèn)為內(nèi)側(cè)柱要 盡可能維持復(fù)位，且維持良好頸干角，才能保證肱骨 頭的血運(yùn)，降低肱骨頭壞死率。外側(cè)鎖定鋼板聯(lián)合內(nèi) 側(cè)鋼板重建內(nèi)側(cè)柱作為重建內(nèi)側(cè)柱的重要方法，而內(nèi) 側(cè)鋼板的選擇目前尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

? ? ? 1/3 管形板是最先應(yīng)用于內(nèi)側(cè)支撐的鋼板，Wan? ner 等［17］ 通過應(yīng)用內(nèi)外側(cè) 1/3 管型鋼板治療肱骨近端骨折，其中 2個(gè)鋼板以 90°排列臨床療效顯著，但其未 評(píng)估內(nèi)側(cè)柱的穩(wěn)定性。有學(xué)者認(rèn)為外側(cè)鎖定鋼板聯(lián) 合倒置的1/3管形板比內(nèi)側(cè)支撐螺釘具有更高的剛度 與極限載荷。有學(xué)者應(yīng)用可變角度橈骨遠(yuǎn)端鎖定鋼板 治療肱骨近端內(nèi)側(cè)柱缺失型骨折，可變角度橈骨遠(yuǎn)端 鎖定鋼板位于大結(jié)節(jié)后方，為內(nèi)側(cè)柱提供間接的支 撐。Di Tullio 等［18］研究了外側(cè)鎖定鋼板與非鎖定前 內(nèi)側(cè)板的生物力學(xué)穩(wěn)定性，前內(nèi)側(cè)鋼板為 1/3 管形鋼 板，且放置于結(jié)節(jié)間溝內(nèi)側(cè)，結(jié)果顯示與內(nèi)側(cè)支撐螺 釘相比，雙鋼板聯(lián)合固定比鎖定鋼板聯(lián)合內(nèi)側(cè)支撐螺 釘具有更高的失效最終載荷。張學(xué)東［19］ 認(rèn)為外側(cè)鎖定 鋼板與后側(cè)鎖定鋼板的聯(lián)合固定治療內(nèi)側(cè)柱缺失型 肱骨近端骨折具有良好穩(wěn)定性。本研究選擇重建鋼板 作為內(nèi)側(cè)支撐鋼板，具有可塑性的同時(shí)又具有較好的 強(qiáng)度，可為肱骨近端內(nèi)側(cè)柱提供良好的支撐。

? ? ? 將重建鋼板置于內(nèi)側(cè)重建內(nèi)側(cè)支撐需對(duì)肱骨內(nèi) 側(cè)血運(yùn)進(jìn)行解剖，肱骨近端的血供往往是評(píng)估手術(shù)方 式的重要因素。從前內(nèi)側(cè)穿過的肱骨近端旋肱前動(dòng) 脈的升支和弓形分支是肱骨頭的血液供應(yīng)重要來源， 將鋼板放置在肱骨頭的前內(nèi)側(cè)區(qū)域會(huì)增加血管受傷 的風(fēng)險(xiǎn)。Chen 等［20］ 觀察到肱骨近端旋肱前動(dòng)脈的起 點(diǎn)在盂下結(jié)節(jié)、喙突、肩峰和鎖骨中線之間的平均距 離分別為 26.9 mm、49.2 mm、67.0 mm 與 74.9 mm。在 解剖學(xué)上內(nèi)側(cè)、后內(nèi)側(cè)和外側(cè)區(qū)域?qū)τ陔殴腔匦Х?支的進(jìn)入至關(guān)重要，術(shù)中顯露及置入內(nèi)固定時(shí)應(yīng)避免 損傷［21］ 。將鋼板置于肱骨的前內(nèi)側(cè)，可減少術(shù)中出現(xiàn) 血管損傷的風(fēng)險(xiǎn)。Lambert 等［21］ 指出，即使后內(nèi)側(cè)皮 質(zhì)有明顯的分裂及粉碎，肱骨頭也能完成血管重建， 因在三角肌和肱骨近端旋肱前動(dòng)脈之間存在明顯的 吻合口。內(nèi)側(cè)支撐鋼板應(yīng)至少使用四孔鋼板，鋼板孔 應(yīng)位于大圓肌上緣，位于干骺端動(dòng)脈環(huán)上方。鎖定鋼 板聯(lián)合內(nèi)側(cè)支撐螺釘、鎖定鋼板聯(lián)合異體腓骨重建內(nèi) 側(cè)柱是最常用的重建內(nèi)側(cè)柱方式，本研究通過有限元 分析證明肱骨近端外側(cè)鎖定鋼板聯(lián)合內(nèi)側(cè)鋼板重建 內(nèi)側(cè)柱較鎖定鋼板聯(lián)合內(nèi)側(cè)支撐螺釘、鎖定鋼板聯(lián)合 異體腓骨重建內(nèi)側(cè)柱相比在肱骨及鋼板的最大等效 應(yīng)力、骨折端相對(duì)位移均有明顯的力學(xué)優(yōu)勢(shì)。行內(nèi)側(cè) 支撐螺釘?shù)膬?nèi)固定模型在肱骨及鋼板的最大等效應(yīng) 力、骨折端相對(duì)位移方面均比未行內(nèi)固定支撐螺釘?shù)?模型更有優(yōu)勢(shì)。無論是否置入肱骨內(nèi)側(cè)柱支撐螺釘， 內(nèi)側(cè)鋼板重建內(nèi)側(cè)柱相對(duì)另外兩種固定方式均具有 較好的穩(wěn)定性。

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