研究背景:肱骨髁上骨折是一个发生肱骨远端干骺端区域开放或闭合的,但不包含带有髁间和同时跨内外侧柱的骨折。这是最常见的儿童骨折,约占所有儿童肘部骨折的58%。骨折分型源于损伤机制,一般按照力的作用方向和远端骨折端的移位方向分为伸直型和屈曲型骨折。肱骨髁上骨折的治疗策略是根据骨折的类型和特点制定的。闭合复位经皮穿针固定被认为是治疗移位的肱骨髁上骨折的金标准。然而,如何减少复位丢失的发生率仍然是许多小儿矫形外科医生关注的一个主要问题。然而,钢针的构造、直径、数量、钢针分散以及外科医生的技术错误被认为是复位丢失的最重要因素。这些技术上的错误包括:不能同时将两个或更多的钢针包含在两个骨折段内;未能实现两个或更多钢针的双皮质固定和无法在骨折部位实现足够的钢针分离。这些错误可以通过在骨折部位最大限度地分离钢针、钢针穿过骨折近段和远段充分的骨量并包含骨折近侧的内外侧柱,以及在放置两个外侧钢针后的考虑骨折稳定性时增加第三枚外侧钢针等方法而避免。但我们认为,除了这些原因,钢针的进入点或起始点和出针点也可能在最大限度地保持稳定和减少复位丢失的发生率方面发挥着重要作用。在大量的临床和生物力学研究中,交叉和外侧发散钢针均被认为有相似的刚度。然而,外侧钢针固定法是治疗不稳定肱骨髁上骨折的常用方法。大多数外科医生倾向打外侧针,因为它避免了医源性尺神经损伤的发生,同时对骨折提供了充足的稳定性。但是交叉针的使用在大多数情况下是不可避免的,尤其是一些骨折类型,如高位骨折、内侧斜行或内侧粉碎型骨折;这些可能在临床实践中骨折复位丢失发生率较高。而且很多医生选择交叉针是由于其抗扭转稳定性,而这是预防肘内翻的重要因素。然而,有利于获得骨折最佳稳定性的交叉针交点、出针点的高度和外侧向钢针入针点的要求还没有得到充分的研究。干骺端骨干交界区骨折作为肱骨髁上骨折非典型亚型,虽然相对较少,却很难复位,更易发生肘内翻和复位丢失术后并发症。经皮穿针固定广泛用于治疗儿童肱骨髁上骨折。由于在复位和固定骨折时所遇到的困难,可能在治疗干骺端骨干交界区骨折,尤其是在多发横形骨折,具有非常高的技术性挑战。即使取得了成功,经皮穿针并不能给这些骨折带来最佳的稳定性。其他固定技术,如外侧外固定架和弹性髓内钉已被使用,并且结果可以接受。然而,这些不同的固定技术疗效还没有被比较。我们研究的目的是寻找儿童不同骨折特征的肱骨髁上骨折最合适的固定技术。材料和方法:本项研究分了四个部分。第一部分:设计此生物力学研究的目的是在高位肱骨髁上骨折中,通过应用模型骨,比较克氏针、单臂外固定架和弹性髓内钉系统固定技术。分别对不同位置骨折线进行比较。我们对干骺端骨干交界区(metaphyseal-diaphyseal junction MDJ)肱骨远端骨折分低、中、高三种不同高度的变化进行了研究;以模拟高位伸直型肱骨髁上骨折。高位骨折组分别给予两枚交叉克氏针(1枚内侧和1枚外侧钢针)、外侧外固定支架或两枚弹性针固定;中位骨折组分别给予两枚交叉克氏针(1枚内侧和1枚外侧钢针)、3枚交叉克氏针(1枚内侧和2枚外侧钢针)、3枚外侧克氏针、单臂外固定架或两枚弹性针固定;低位骨折组分别给予两枚交叉克氏针(1枚内侧和1枚外侧钢针),3枚交叉克氏针(1枚内侧和2枚外侧钢针),3枚外侧克氏针,单臂外固定架或两枚弹性针固定。单臂外固定架由两个3.0mm的半螺纹针,一根4.0mm不锈钢连接杆,两枚连接器和一枚为防止远端骨折端移位外侧打入的2.0mm克氏针。模型均在屈曲、伸直、外翻、内翻、内旋和外旋六个方向测试,然后计算每个模型在这些方向的刚度。第二部分:在这项研究中,我们假设当与常规放置的外侧或内侧针结合使用时,后外侧柱(posterior lateral column,PLC)进入的钢针会提高高位横行肱骨髁上(distal metaphyseal diaphyseal junction,干骺端骨干交界区)骨折的稳定性。我们在36个肱骨模型骨的MDJ区建立了在冠状面上呈横行、矢状面倾角20度的高位伸直型肱骨髁上骨折模型。这些肱骨模型经解剖复位和两或三枚2.0mm克氏针固定如下:两枚常规交叉针(2CC),两枚常规外侧针(2CL),两枚常规交叉针加一枚后外侧柱针(3PC),两枚常规外侧针加一枚后外侧柱针(3PL),一枚常规内侧针加一枚后外侧柱针(2PC),一枚常规外侧针加一枚后外侧柱针(2PL)。常规钢针是指直接从内侧或外侧上髁直接进入的钢针,而后外侧柱(PLC)钢针是指从外侧柱缘后内侧方向上紧贴着外上髁上方进入。在屈曲、伸直、外翻、内翻、内旋和外旋六个方向测试,然后计算每个模型骨在这些方向的刚度。第三部分:第三部分的目的是在解剖精确的计算机3D模型上,比较交叉和单纯外侧钢针技术。我们的假设是钢针的稳定性受肱骨远端结构影响,即经肱骨小头进入的钢针比直接从外侧进入的钢针更稳定;和高位交叉的交叉针比低位的更稳定。我们用Simpleware软件以一个6岁儿童肘关节CT数据建立了一个解剖精确的儿童肱骨模型。此肱骨模型有完整的肱骨小头骨化核和肱骨远端软骨。将重建后的肱骨表面模型导入Solid Works中进行实体模型生成。通过一系列Solid Works上的三维建模工具,生成了一个典型的经鹰嘴窝水平,横行、矢状面倾斜20度的肱骨髁上骨折模型。应用直径1.6mm的圆柱作为钢针共生成10种固定模型;包括5种不同高度的交叉针固定模型(钢针在5个不同出针区域:CP1至CP5);与3种外侧针模型。二枚外侧针中的内侧针打入点在矢状位相对于肱骨小头骨化核发生改变,产生3种固定构型:2LCap,2LP,2LD;冠状位位置保持不变。对所有固定模型在屈曲、伸值、外翻、内翻、内旋和外旋进行测试,计算每个模型在六个方向的刚度以及分析针上的应力分布。第四部分:本研究的目的是回顾性分析最外侧针的出针点、入针点的特点和可能的影响因素,前瞻性的调查出针点位置是否可以人为控制,以及找到如何实现最外侧钢针高位的出针点的方法来确保外侧针构型最大分散。记录2016年3月至2017年12月的所有伸直型肱骨髁上骨折患者的数据。纳入标准为:1,患者行闭合复位并用两个或多个克氏针固定;2,克氏针为经外侧(桡侧)进入的构型;3,患者术中透视图像质量好且完整;4,患者平稳的愈合,在移除钢针前无并发症。排除标准为:1,在侧位透视下最外侧针的尖端穿透了肱骨前/后皮质;2,肱骨内存在弯曲的钢针;3,图像不是标准的前后位和侧位;4;屈曲型肱骨髁上骨折。不锈钢克氏针为棱锥形尖,直径为1.6mm和2.0mm。从2016年3月到2016年12月,所有的医生都在按照上述的规定自行地进行手术,收集和分析此期间的数据作为回顾组。记录统计年龄、性别、损伤侧别、骨折类型、Gartland’s分型、骨折线的位置和形式以及所使用钢针的型号。在应用石膏前,最后一次的前后(AP)和侧位片图像用于观察并确定最外侧钢针的出针点。基于髁间线至MDJ区上边界的距离,此线的上下区域进一步分为相等的四区(-4至+4)作为出针区。冠状面钢针角度α为钢针和髁间线交角,而矢状面钢针角度β由钢针与垂直于肱前线的直线之交角。这项研究的前瞻性部分从2017年1月开始,到2017年12月结束。基于回顾性研究的发现,其中的两位外科医生开始从肱骨小头骨化中心外侧和后方进针,有意瞄准+1区进针。而另外两名医生不知道正在进行的研究,继续根据常规流程工作,来自他们的数据被归为随机组。与在回顾性研究中类似,记录了骨折特点和测量数据。使用SPSS 22对收集的数据进行统计分析。分类数据比较采用x2检验和Fisher精确比检验,通过独立样本t检验比较连续数据,回归分析用于确定钢针角度和可能的影响因素之间的关联。以p<0.05为显著统计差异。结果:第一部分:仿真骨的统计分析显示,三种骨折组在所有固定技术方面都有显著性差异(p<0.001),以及在所有测试方向上(p值:屈曲<0.001,伸展0.001,外翻0.003,内翻0.003,内旋0.019,外旋0.019)。对于高位骨折,在压力载荷下弹性针具有最佳的整体刚度,而在旋转载荷下最佳的是2C,但仅屈曲和外旋存在显著性差异。2C和弹性针两两比较显示在屈曲(p=0.009)和外旋(p<0.001)有显著性差异。中位骨折固定技术中存在显著的总体差异(p=0.007);但是这些技术在六个加载方向均没有存在显着差异。3C(1-内侧和2-外侧钢针)技术,在中位骨折组中具有最好的整体刚度,其次为弹性针的压缩载荷和2C的旋转载荷。对于低位骨折,在所有固定技术中也有显著差异(p=0.011)。3C钢针技术在所有加载的方向上仍然有最好的整体刚度,接下来是在压缩载荷下的3L和在旋转载荷下的2C。但是,仅在屈曲和伸展(p值分别为0.001和0.029)方向具有显著差异。在两两比较中,2C和3C在各个方向上也无显著差异。弹性针具有最弱的整体压缩刚度而LEF具有最弱的旋转加载刚度。在三种骨折模型中比较2C、弹性针和LEF,在低位骨折模型压缩应力下他们都有最强的刚度,然而,在低位骨折模型中旋转载荷下2C具有最强的刚度,而在高位骨折模型中弹性针和LEF最强。然而,尽管近期弹性针在经典型肱骨髁上骨折治疗中的得到了支持,但在我们的模型中随着骨折位置的降低其稳定性亦明显降低。尤其是矢状位上的斜位骨折,骨折部位越低,骨折远段髓内的针越短。这就意味着,尤其是在伸展,内翻和外翻的工况下,在矢状面上骨折线越是倾斜,则弹性针固定越是不稳定。弹性针通常用于长骨骨干骨折。虽然在“非经典弹性针策略”下的肱骨远端骨折(骨折线位于MDJ区,距钢针弯曲部分很远)临床应用中取得了良好效果,但其并不遵守弹性针三点节段固定原则。在典型的骨干骨折中,骨折部位针的中部产生弹簧效应,增加了骨折固定的稳定性。相对的,钢针的弯曲也显著增加了对矢状面上力和旋转力的抵抗性。因此,位于MDJ区下部的骨折因不能被钢针远端短短的部分紧紧的把持住而不稳定。然而,在高位骨折中,骨折线与交叉针的交叉点非常接近,使旋转中心非常靠近骨折线,因此,交叉针的抗旋转能力也大大减弱,而使骨折容易受旋转力影响。此外,骨折线越高,交叉针的技术要求也就越高。其优势随着骨折高度的降低而增加。换句话说,在低位区域骨折,交叉针比弹性针表现出更卓越的稳定能力。第二部分:在研究二中,三针构型在测试的各个方向上都增强了刚度。总的来说,除了外翻时3PC构型刚性显著的更强,3PL构型在其他所有方向上均具有统计上显著较高的刚度,但是两种技术在两两对比中在六个加载方向上没有显著差异。在二枚钢针构型中,2CC在外翻和内旋时刚度明显的更强,2PC在外旋时明显更强,而2CL在伸展和内翻应力下刚度稍强。在交叉两钢针构型中,除了2PC在外旋方向上刚性更强,在其他所有方向上2CC均比2PC更强。在外侧两钢针构型中,处于伸展、外翻和内翻应力下2CL比2PL稍强,而在屈曲、内外旋时2PL稍强。除了在内旋上,2CC和2PL之间的刚度差异不显著。第三部分:第三部结果提示,交叉针的稳定性在所有工况下,固定刚度随着交叉点和出针点高度的增加而增大。在压缩载荷工况,CP4和CP5表现出最大而相似的刚度,但是在扭转工况,CP4的刚度比CP5大;在外翻和内翻工况,CP4和CP5这两种高位交叉固定刚度变化非常大。在内旋和外旋两种工况,从CP3固定构型开始,刚度值发生明显变化。对比两根外侧针固定时,发现直接穿过肱骨小头骨化中心置针固定技术(2LCap)在所有工况产生了最大刚度。相比交叉固定,在两针固定模型中2LCap构型在压缩工况具有最大刚度值。在扭转工况,CP4在所有固定模型中产生了最大刚度值。在所有构型当中应力分布区域主要集中在骨折部位。交叉针的最低和最高应力分别发生在矢状面和冠状面载荷下。CP4交叉针产生了最低的总等效应力值,同时CP1产生了最高的总等效应力值。在压缩工况下,CP1-CP3最大等效应力值出现在内侧针上而CP4和CP5出现在外侧针上。然而在旋转工况,最大等效应力都出现在内侧针上。外侧针当中,2LD固定技术产生了最低的总等效应力值,2LP固定产生了最高的总等效应力值。最低和最高应力分别出现在矢状面和扭转面载荷工况。内侧针或骨化中心针上单独产生了最高的等效应力值在外侧针固定中。第四部分:共有161名患者参与了回顾性研究,平均年龄为5.2岁(1-13岁),6岁以下112例(69.6%),6岁以上49例(30.4%);男89例(55.3%),女72例(44.7%);右臂受伤63例(39.1%),左臂受伤98例(60.9%);GartlandⅡ型52例(32.3%),GartlandⅢ型109例(67.7%);固定采用1.6mm钢针有100例(62.1%),采用2.0钢针有61例(37.9%)。冠状面上钢针角平均为58.4(40.7~75)°,侧位上钢针角平均为90.5(74.3~102)°。至于出针点,88例(54.7%)位于-1区,26例(16.1%)位于-2区,38例(23.6%)位于+1区,9例(5.6%)位于+2区域。在前后位片上看,151例(93.8%)的外侧钢针从肱骨小头骨化中心外或外1/3进入(使用“肱骨小头”代表“下文中侧方入路的肱骨小头骨化中心”),10例(6.2%)穿过了小头。在侧位片中,143例(88.8%)从小头后方或经小头后三分之一进入,18例(11.2%)穿过小头前三分之二。我们研究了可能影响出针点高度的因素。钢针尺寸和年龄组在钢针的角度和分布上没有差别。在前后位片中,内侧入针的冠状位角比外侧入针稍大(63.9±6.43 vs.58.0±6.26,p=0.005),在侧位片上,后方进入的钢针比在小头内的更倾斜(89.8±5.96 vs.96.2±3.38,p<0.001),但在出针位置上的钢针分布没有上述显著差异。然后我们试图找出相对出针点相对较高的一些特征性模式(表2)。尽管在前后位片上大多数钢针从小头外侧、侧位片上在小头后方进入(85.1%),但差异并无统计学意义(p=0.308)。前瞻性研究从2017年1月持续到2017年12月,预期组共72例,随机组89例。除钢针的尺寸和矢状位角外,两组的构型并无差异。在冠状面上,随机组中最外侧针的角度平均为57.9(34.9~70.7)°,而预期组中为59.7(46~71.6)°。钢针角差异比较无统计学意义。在随机区和预期组之间,最外侧钢针出针点的分布有显著差异(p=0.006)。在矢状面上,随机组中最外侧针的角度平均为90.4(78.5~109.4°),而预期组为88.5(75~101)°,差异有统计学意义(p=0.031)。然后,我们试图在预期的组中找出可能影响钢针出针点分布的因素,年龄和针的尺寸似乎有一些影响;p值分别为0.046和0.012;性别和Gartland分型没有影响,p值分别为0.965和0.647。结论:本研究第一部分显示了MDJ骨折从生物力学的角度来看最合适的固定方法。弹性针会在MDJ上部分区域骨折中产生最佳的整体刚度。研究一表明,在中、低位骨折中,钢针在所有方向上表现出足够的刚度和抗旋转能力。在这些组中,交叉针比弹性针和外固定架拥有更好的整体刚度。除了在外翻时,交叉针与外侧针差不多,其余方向上外侧针明显劣于交叉针。这项研究表明,经皮穿针固定在稳定下段骨折方面更为优越。两枚外侧针加1枚内侧针构成最稳定的构型,并推荐作为低位MDJ骨折的钢针技术选择。研究二表明,在与其余外侧钢针联合使用的情况下,经后外侧柱打入钢针会给高位肱骨髁上骨折更佳的稳定性。PLC钢针不论在常规交叉针还是外侧针中,都可以提高稳定性。既然一枚外侧加一枚后外侧柱钢针(2PL)技术与2枚常规交叉针(2CC)看起来同样稳定,其在SCH骨折中可以代替交叉针。如果对稳定性仍有怀疑,二枚外侧加一枚后外侧钢针构型(3PL)是最优的。本研究第三部分从生物力学的角度为移位的肱骨髁上骨折钢针技术提供了初步的计算结果。在压缩应力试验中,包含通过肱骨小头中心最大经的第二枚发散的外侧钢针比所有交叉钢针强度更高。然而,在扭转试验中,外侧针不如交叉针。交叉针的出针点以及外侧针是否经过肱骨小头骨化中心是对钢针构型稳定性影响最大的因素。双外侧针构型中第二枚针位于肱骨小头骨化核的,比骨化核后1/3或后方入的针刚性更强,并使肱骨髁上骨折在压缩力下的稳定性最好。对于扭转力,两枚交叉针以出针点位于干骺端骨干交界区上界时对肱骨髁上骨折提供最佳的稳定。入针点位于肱骨小头骨化中心的外侧及后方更容易获得高位的出针点。刻意的打钢针可以将出针点从肘关节提高到MDJ线以上。年龄小的患者和采用1.6mm钢针固定的患者更容易获得高位的出针点。