近端股骨生物力学特性分析的植入物移除

文摘

介绍。比较的生物力学稳定性股骨近端切除后股骨钉抗扭(PFNA-II)和动力髋螺钉(DHS)。材料和方法。56配对尸体股骨被用作实验和对照组。在实验组,PFNA-II和国土安全部是随机插入股骨两侧,然后删除。此后,压缩负载应用,直到发生断裂;相关的生物力学稳定性股骨和断裂模式进行了研究。结果。对照组的极限荷载和刚度N和N /毫米,分别。这些是明显高于实验组(< 0.001)PFNA-II删除后(N和N /毫米)和国土安全部(N和N /毫米)。没有发现这些值的统计差异之间的设备组(2,0.71),无论年龄群体。然而,断裂模式是不同的两个设备之间,转子间、转子下骨折。结论。近端股骨的力学稳定不切除后不同2固定设备无论年龄的不同。然而,它是一个完整的股骨相比显著降低。切除后不同的断裂模式已被证明有变化的不同的固定设备压力感应器的网站个人植入。

1。介绍

转子周围骨折区域的臀部是老年人最常见的问题之一,是一种常见的导致的发病率和死亡率在这组(1,2]。这些骨折治疗的目的是恢复病人的能力,尽快走3]。手术是治疗的选择和开发了植入治疗这些困难通过固定骨折3- - - - - -5]。其中,动力髋螺钉(DHS),一个类似装置,已被认为是数年来最好的设备治疗股骨粗隆间骨折(6,7),而髓内设备,包括伽马钉与各种修改,是通常用于不稳定转子间骨折8,9]。其皮毛Osteosynthesefragen (AO)集团修改了伽马钉和发达的近端股骨钉抗扭(PFNA-II)设备在2004年,它已广泛应用从那时起,几乎所有类型的转子骨折(3]。

一般来说,植入物用于治疗骨折(骨髓或髓内设备)不是近端股骨骨折后删除,因为这样的病人比其他类型的骨折,患者和移植removal-related并发症更常见(10,11]。虽然在近端股骨骨折植入物移除是辩论的缺点还有很多报告插入植入的生物力学,某些情况下不适等日常生活活动期间,痛苦的硬件,金属过敏,致癌性,金属检测需求植入物移除后骨折[联盟12- - - - - -14]。外科医生应该准备植入物移除和预期植入特定的并发症,因为骨缺陷造成的,骨髓内固定设备的不同位置,大小,和数字。PFNA-II髓内钉可以主要大转子骨缺损区与一个小骨钉缺陷对股骨轴锁紧螺钉。然而,DHS类似设备可以有一个主要和两个小骨缺陷转子下区域滞后和皮质螺钉、连续。此外,与预期寿命的增加在最近几十年,越来越多的人更愿意把这些植入物移除因为大腿的疼痛,stress-shielding这些设备的影响,心理不适的概念植入(15]。一项研究建议移除植入物,将保持在5年>或< 60岁的病人谁将生活多年(15]。然而,很少有研究调查如何删除一个髓内或类似设备影响的生物力学稳定性股骨近端。

这个尸体的研究目的(1)比较的生物力学稳定性股骨近端后PFNA-II和国土安全部去除通过应用股骨的轴向压缩载荷的极限荷载和刚度,(2)之间的比较这些生物力学因素> 65岁和< 65年,(3)评估骨折植入后删除。

2。材料和方法

2.1。尸体标本

二十配对成人尸体股骨从10男10女从解剖学系获得了这项研究。血液标本检查,代谢,转移性,和其他医学疾病和当地的病态,例如,以前骨折和肿瘤的条件。这是完成基于详细的病史捐赠的医疗记录和前后的射线照相的股骨视图。五个捐助者被排除在外:1股骨颈骨折治疗双相心脏血管,1与DHS治疗股骨粗隆间骨折,当地骨肿瘤,1和2例近端股骨转子间骨折畸形由于老malunited和内翻,分别。因此,本研究的实验组由15双股骨(从人类尸体(10男5女)。平均捐助的年龄,体重和身高7年,公斤,厘米,分别。

在对照组,完整股骨或股骨完全愈合状态包括植入物移除后,我们使用6成对成人尸体股骨()。平均捐助的年龄,体重和身高年,公斤,厘米,分别。同一preexperimental考试过程描述为实验组进行所有捐献对照组股骨。

2.2。形态学检查

所有软组织和周围的肌肉都脱光衣服,只有骨部分被用于分析。股骨头的直径、颈部和轴和neck-shaft角测量与数字卡钳和测角仪。机械测试之前,前后的射线照片的股骨获得,以确保没有任何畸形或病理条件。所有图片仔细检查使用图像存档和通信系统(LG无穷,首尔,韩国)数字化之后。

2.3。骨矿物质密度测量

15×17×30厘米丙烯酸容器是用来测量骨密度(BMD)。容器充当一个幻影盒和模拟在活的有机体内在股骨骨在骨密度测量条件(16,17]。股骨是放置在容器和固定在大约15°内部旋转和淹没在水15厘米的高度和宽度来模拟软组织在射线照相。BMD测量使用双能x线吸收仪和月球神童扫描仪(美国通用电气医疗集团,密尔沃基,WI)。一名有经验的放射科技师执行这些测量,数据评估月球神童安可2005软件(通用电气医疗集团)。区域骨密度和骨矿物质含量测量在接下来的3股区域:颈部、大转子,和整个股骨近端,推荐的国际社会对临床测密度术(2]。

2.4。骨制备

每一对配对股骨被随机分配到PFNA-II或DHS组。一个外科医生进行手术根据制造商的指示下图像增强器各自组的指导。

PFNA-II组,PFNA-II®设备(辛迪思,瑞士日内瓦),由一个钉子和螺旋叶片,插入和删除后固定。指甲长170毫米,近端和远端直径是16.5和9毫米,分别。螺旋叶片直径是10.3毫米,筒体直径为11.0毫米。它集中放置在25毫米从头部的轮廓。远侧地,一个4.9毫米锁定静态螺栓使用。

国土安全部是用于与PFNA-II的生物力学稳定性进行比较。国土安全部的方头螺钉®设备(辛迪思)是由一个螺纹头12.5毫米直径和一个圆柱形的身体直径7.9毫米。这是插入中央tip-apex < 25毫米的距离。4-hole国土安全部端板和一个8.0毫米直径筒固定股骨使用两个4.5毫米直径bicortical螺丝。同时插入国土安全部,是注意不要overdamage外侧皮质需要一个精确的实验。完成程序后,射线照片获得确保植入位置是正确的。

2.5。生物力学评价

在生物力学实验中,植入后骨条件移除被认为是最严重的生物力学条件,因为没有愈合过程如愈伤组织的形成和骨重建删除网站。

所有植入物被移除当天测试(图1)。虽然移除植入物,是注意不要造成额外的破坏骨骼的物质包括大脑皮层和松质骨。植入物移除后,额外的骨损伤是通过射线照相法进行了复查。标本被从这项研究如果断裂股骨皮质骨在任何部分的或明确损伤的松质骨熔炉femorale或股骨颈区域被发现。

股骨远端髁切除和股骨的轴是垂直放置在一个20毫米金属使用有机玻璃管。在测试过程中,每一个股骨在钢铁虎钳25°内收在冠状面和矢状面垂直,一个位置选择模拟力量的方向(单腿立场18]。

每个股骨受到静态压缩负荷作用垂直股骨头。压缩载荷逐渐增加858年25-N /秒增加使用一个迷你Bionix®2测试系统(MTS系统公司,伊甸草原、锰、美国)(15]。载荷和位移曲线记录每隔1 Hz。

加载直到股失败的发生。股骨后可能发生的破坏载荷极限载荷点的成就,作为梁进行突然下降。我们假设股失败发生超出这一点的形式构造,不能保持其解剖框架下加载。随后,极限荷载和刚度测量和计算弹性区域内的荷载位移曲线的指数初始样品的稳定性进行了分析;此外,断裂模式形态和放射学评估(数字2和3)。

2.6。统计分析

使用SPSS统计分析®,版本13.0(美国SPSS Inc .,芝加哥,IL)为Windows®。数据报告为平均值±标准偏差。的Mann-Whitney和克鲁斯卡尔-沃利斯测试被用来比较非参数的措施。一个值< 0.05被认为是具有统计学意义。

3所示。结果

3.1。实验组

3.1.1。形态学评价

平均直径股骨头的脖子,轴,,厘米,分别。neck-shaft角为133.53°±2.8°。在解剖学上,没有显著差异的控制,PFNA-II, DHS组。描述的详细测量值表1。

3.1.2。BMD测量

意味着BMD的脖子,大转子,整个股骨近端毫克/厘米²,毫克/厘米²,毫克/厘米²,分别。意味着BMD的脖子,大转子,和整个股骨近端也评估了< 65 > 65年组,有显著性差异(,,)(表2)。

3.1.3。生物力学评价

指PFNA-II极限载荷和DHS组N和03分别。3 N。没有统计上的显著差异在两组之间的极限载荷()(图4)。刚度是N /毫米,PFNA-II。3 N /毫米,DHS组,分别为()。基于年龄、极限载荷和刚度在65年>,< 65年的组N和分别。3 N (),N /毫米与分别为N /毫米()。

PFNA-II的极限荷载和刚度和国土安全部组织根据65年>,< 65年组还分析和PFNA-II和DHS组之间无显著差异(表2)(图5)。

3.1.4。断裂模式

形态和影像学分析PFNA-II集团的近端股骨骨折线透露,从大转子的尖端附近的入口点钉,退出小转子下方(长斜式)在所有情况下(图2 (b))。DHS组,骨折线从下面股骨侧皮层的入口点和扩展远低于小转子的水平(横向或反向斜类型)在所有情况下(图3 (b))。

3.2。对照组

3.2.1之上。形态学评价

形态因素以实验组也用对照组和详细的测量值表中描述1。

3.2.2。BMD测量

实验组的BMD测量因素也以对照组;描述的详细测量值表1。没有控制之间的显著差异,PFNA-II, DHS组。

3.2.3。生物力学评价

对照组的极限荷载和刚度测量和描述表1。测量65年>,< 65年的子组中描述表2。

3.2.4。断裂模式

形态和影像学分析对照组股骨近端显示各种在股骨颈骨折行。所有骨折线位于股骨颈区(图6)。

4所示。讨论

周围的植入物用于修复骨折近端股骨据报道是痛苦的源泉骨折后联盟(19]。许多研究报告不适的发生由于植入,可影响日常生活活动约10 - 40%患者(12,13,19- - - - - -25]。这些不适会导致植入物移除。然而,考虑到体育活动的需要和并发症后,植入物移除一直保留年轻病人。现在由于延长寿命和促进老年体育活动,需要植入物移除已成为一个越来越明显的趋势在老年患者。事实上,Gardenbroek等人发现,持续不适PFN植入术后患者年龄> 70年促使去除简单PFN植入患者的6.8%,4.3%的患者PFNA-II植入(21]。因此,外科医生应考虑植入后的股骨生物力学改变根据所使用的植入物移除和可能出现的并发症。

在这项研究中,进行生物力学测试使用位置密切与静态压缩荷载,模拟单腿立场反映mid-stance阶段走在在股骨应力集中(26,27]。允许的最大载荷为实验组高出力髋关节的经历,这是一般身材大约3000 N, 70公斤(表人1)。与对照组比较这些结果数据,表现出没有统计上的显著差异从实验组织解剖或放射检查(即。BMD),断裂的极限荷载和刚度没有断裂的初稳性显著降低(,实验组的平均值),但仍较3000年> N(表1)。这意味着尽管骨折不能发生在单腿立场,股骨的植入物被被认为是结构性疲弱愈合之前完成。

确定骨质量变化衰老过程的影响,近端股骨的极限荷载和刚度测量按照年龄> 65 < 65年(表2)。股骨是同样善于容忍正常负重加载后植入植入物类型和年龄不管移除。然而,一些> 65年标本(/ 16)失败的< 3000 N,这些值明显低于对照组(> 4000 N;)。刚度是不受年龄影响的实验组和对照组。这一现象的原因被认为是保护皮质骨,主要充当稳定器的股骨,和股骨的直径的变化从衰老过程。然而刚度在> 65 < 65年在统计学上减少植入后去除由于股骨皮质断裂,说明结构性弱点(,)。基于这些结果,我们建议需要更多的照顾病人> 65岁植入物移除后,如果植入物移除应该执行的这个年龄段的病人痛苦的硬件或大腿疼痛植入物周围的应力集中,不增加后续的骨缺损和骨水泥或重新装设小型或应考虑匹配的植入物。此外,基于假设一个完整的股骨类似于一个完全愈合状态后植入物移除尽管一些限制,外科医生应该多练习谨慎关于早期植入去除由于低承载力的被治疗的股骨。

没有统计上显著的差异PFNA-II极限载荷和刚度和国土安全部组织(,)(图4)。这个结果与我们的预期不同,从先前的研究结果相比,股骨生物力学伽马钉和国土安全部切除后28]。在一个研究部门等。28),作者得出的结论是,创建所需的破坏载荷尸体股骨骨折是高股骨的国土安全部植入被比股骨的伽马钉被移除。之前的发现,我们的研究之间的差异可能是由于不同的设计PFNA-II设备和伽马钉。标准伽马钉(胡志明市)在先前的研究中使用第一代设备。因此,胡志明市的近端和远端轴直径是17毫米和12毫米,分别和胡志明市有medial-lateral轴的弯曲角(马丁角)10°。相比之下,PFNA-II的近端和远端直径是16.5毫米和9毫米,分别和马丁角5°。由于这些差异,胡志明市创造更广泛的骨质疏松股骨近端比PFNA-II在我们的研究中,更多的过度压力集中在去除指甲区域由于大型轴直径和过度马丁胡志明市(角29日]。这导致相对较低的断裂载荷在胡志明市组在前面的研究比PFNA-II集团目前的研究。我们还对比PFNA-II和国土安全部65 >和< 65年组。也没有显著差异(图5);最终,PFNA-II和国土安全部删除不影响股骨稳定与年龄无关。我们认为可能的原因是最小的破损侧皮层和熔炉femorale PFNA-II由于设计改进。

关于断裂模式,长,倾斜式转子间骨折PFNA-II组的观察,而横向或反向倾斜式转子下骨折DHS组中观察到。开幕式由PFNA-II的大转子可能作为起点沿着转子间线的裂纹传播导致转子间骨折,开放的侧壁股骨与DHS可能增加压力,导致骨折。这些断裂模式与我们preexperimental预期,尽管他们不同与先前报道的生物力学研究[28]。

在一项由部门负责et al .,胡志明市切除组的断裂模式复杂:一个转子间骨折有或没有股骨颈骨折;然而,只有简单的转子间骨折在PFNA-II观察组在我们的研究中。这些不同的断裂模式髓内设备之间的差异可能是插入的大小和设计设备和注册尸体股骨的解剖差异(26,27]。首先,PFNA-II螺旋叶片直径是10.3毫米(身体)中期前11.0毫米(中期后),同时,胡志明市,方头螺钉直径螺纹部分,也就是说,方头螺钉的头部,是12毫米。因此,如果螺旋叶片和方头螺钉插入和删除沿侧壁股骨头,会有更大的骨质流失在胡志明市组相比我们PFNA-II组。特别是骨质流失比例会高得多的股骨颈因为解剖这个区域是最窄的区域的近端股骨30.,31日]。假设股骨颈有真正的圆形,骨质流失的比例在最窄的股骨颈可以计算的π×(叶片或方头螺钉直径/ 2)²来π×(股骨颈直径/ 2)²。根据这种方法,骨质流失的比例%,% PFNA-II和胡志明市,分别基于我们的颈部直径的数据样本。这些值之间存在显著差异()。因此,只有简单的转子间骨折被观察到在我们的研究中。亚洲人口是其次,股骨颈长度短和子宫前倾比白种人32]。这种差异在股骨近端几何长度等子宫前倾,皮质宽度股骨头颈直径可以导致不同的应力状态在股骨颈和转子间区域压缩负载测试。考虑生物等效性控制的实验室环境下的重要性,上述解剖差异会导致PFNA-II和胡志明市切除后不同断裂模式。

断裂模式观察DHS组也不同于先前的研究。部门等人观察股骨颈骨折DHS组;然而,我们在研究中观察到的转子下骨折28]。我们推测,这可能是由于植入物的设计和注册尸体股骨的解剖差异33,34]。首先,在之前的研究中,侧壁的开幕式是12毫米,这项研究是在12°内收。然而,侧壁的开放在我们的研究中是12.5毫米由于方头螺钉的头部大小,和生物力学研究是在25°内收的28]。内收角度增加时,压缩力的股骨头更加垂直作用于股骨颈区。因此,脖子部分是抗压缩力。然而,压缩力更集中在大转子的面积较小,因为这是在冠状面股骨的顶点。因此,这一领域变得容易断裂。与之前的研究相比,更大的开放的侧壁股骨和加合物的位置在我们的研究中可能导致了转子下骨折区域而不是股骨颈。第三,由于亚洲人和白种人之间的解剖变异,植入和股骨几何之间的不匹配可能PFNA-II和国土安全部植入设计基于高加索股骨的数据。这种不匹配也可以给在股骨结构破坏,可不同的断裂模式之间的可能的原因和先前的研究。

从临床的角度来看,患者接受PFNA-II去除可能更多手术的骨折(转子间骨折)相比,患者接受除国土安全部(转子下骨折),因为转子间骨折的外科治疗是相对容易的,比转子下骨折并发症更少。

本研究有一定的局限性。(1)施加于股骨的负载是一个简单的压缩力(特别是轴向载荷,考虑简单,可用性有限的尸体,和再现性实验设计)的实验研究。因此,各种类型的力可能作用于股骨无法验证。(2)尽管各种髓内和骨髓移植可用于矫形外科医生;我们比较只有一个类型的骨髓和髓内设备。(3)我们执行这项研究使用正常解剖尸体股骨骨折愈合过程;因此,骨折愈合过程中形态的变化,例如,愈伤组织的形成,重塑,微妙的malreduction和股骨颈缩短,无法评估。(4)设备的行为在股骨骨生长的活着的人或骨愈合过程不能预期也不解释。因此,股骨的最终状态消除后,设备不能占据在这项研究中,因为它可以根据不同病人的治疗情况。(5)之间的解剖变异在这项研究中没有考虑种族。 There are anatomical differences in structure of proximal femur between different races. This difference can affect the fracture pattern and complications after implant removal depending on races [35]。

然而,考虑到限制准备大量的尸体股骨研究各种条件和获得统计学上有意义的融合的困难与各种解剖尸体股骨近端股骨骨折后变形,我们的研究设计适当可考虑作为一个初步研究,阐明了发展医学话题。此外,一个测试应用压缩进行了完整的股骨上的负载。因此,刚度变化的比较分析股骨颈后植入物移除是可能的。使用这些数据,内部之间的影响的差异,除骨髓移植后对股骨颈可以验证。

总之,我们的结果表明,切除后的极限荷载和刚度(PFNA-II)髓内钉装置的静态压缩荷载相似,类似传统的固定装置(DHS)与年龄无关。基于这些结果,我们可以认为广泛使用最近的髓内钉设备(PFNA-II)和骨髓一样安全设备(DHS)在早期的条件下没有愈伤组织形成和骨植入切除后重建。然而,由于加载失败> 65年股骨(11/16)可以低于可接受的极限载荷(3000 N),护理是必要的,当患者早期不同的植入物类型,还考虑断裂模式,根据不同类型的设备。考虑到本研究的局限性等各种解剖尸体股骨的变化和使用有限元方法模拟研究为保证本研究的结论,比较多种植入类型,新鲜尸体的测试,涉及多个类型的生物力学测试负载和反复应力疲劳测试应确认删除后的生物力学稳定性一种髓内钉装置。

信息披露

作者确认,他们同意作者的顺序列出。没有任何参与的卫生部,福利和家庭事务,无论这个研究的一部分。

相互竞争的利益

作者确认没有已知的相互竞争的利益与此相关刊物和没有重大金融支持这项工作,可能影响其结果。

确认

本研究支持韩国医疗技术研发项目的资助,部健康、福利和家庭事务,大韩民国(A110416)。作者要感谢卫生部、福利和家庭事务,允许他们进行这项研究。

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