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研究生:簡志訓
研究生(外文):Chih-Hsun Chien
論文名稱:使用在張力帶鋼絲及固定遠端橈骨骨折的新型鋼釘之研發及生物力學研究
論文名稱(外文):The Developments and Biomechanical Evaluations of New Wire-Locked Devices
指導教授:謝瑞香陳文斌陳文斌引用關係
指導教授(外文):Jui-Hsiang HsiehWeng-Pin Chen
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:醫學工程研究所
學門:生命科學學門
學類:生物化學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:50
中文關鍵詞:張力帶鋼絲自鎖式釘孔感染
外文關鍵詞:tension band wireself-lockingpin-tract infection
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張力帶鋼絲(Tension band wire)固定方式主要應用於特定部位之骨折,如髕骨(patella)、尺骨鷹嘴突(Ulnar olecranon process)、足踝(malleolus)及鎖骨末端(distal clavicle)骨折,可提供骨折處良好之固定效果。一般常用之手術方式是使用二支平行的鋼針(Kirschner wire)加上一個8字型的鋼絲環,固定於骨折的張力面,轉換骨折受肌肉之拉力與剪力為促進癒合的壓負載。但在臨床追蹤中,常見的手術後併發症為:鋼針向後滑脫(Back-out),此併發症會造成病患不適感與活動不便,以及影響患處美觀。為了改善傳統手術固定方式的缺失,本研究設計新型鋼釘來防止向後滑脫,減少手術後併發症。此外,台灣已步入高齡化的社會,罹患骨質疏鬆症之人口也逐漸增加,常見的骨折損傷為:腕部橈尺骨遠端骨折,一般治療腕部橈尺骨遠端骨折的方式,常是以經皮鋼針鎖定,再以石膏加以固定,手術後恢復過程中,折彎之鋼針會暴露於皮膚外,待骨折癒合後再拔除,容易造成患處釘孔感染(pin-tract infection)及鋼針脫位,新型設計之鋼釘也可以使用在橈尺骨遠端骨折的固定,固定後鋼釘頭埋入皮膚內避免感染與滑脫。本研究主要目的是進行新型鋼釘之生物力學試驗以及評估新型鋼釘之成效。根據相關之力學試驗,證實新設計之鋼釘確實可以防止鋼釘後突的副作用,且證實新型鋼針之力學特性優於現行常用之傳統式鋼針,可提供足夠的固定效益,提高手術固定之穩定性,此外,根據拉出試驗之結果,證實新型鋼針之力學特性優於現行常用的傳統式鋼針,可提供足夠的固定力量,以勝任遠端橈骨骨折之固定,而利用此項新型鋼針可以提高手術的便利性,防止鋼釘滑脫,而且螺帽可以埋入皮膚內,減低患處感染的風險以及鋼針脫位後造成之骨折移位。
The tension band wiring technique is accepted worldwide in the operative treatment of many fracture around joints. It provided secure stability in fracture fixation. The method essentially involves placing a figure-of-8 wire loop over the tension side of the fracture. Besides, two Kirscher wires were frequently placed into the fracture site. The two pins are used to act as an internal splint neutralizing rotational and bending displacement forces. The wire loop is used to act as a tension band to convert the distractive and shear forces tending to separate the fragment into compressive forces across the fracture site. However, in clinical observation, back-out of the Kirschner wires is a common complication that made patient discomfort and pain. The purpose of this study is to design a wire-self-locking screw-pin to prevent the back-out of the pins. This design will prevent of this complication and provide rigid fixation to allow early mobilization that quickly restores functional status. Besides, this new pin can also be applied in fixation of distal radial fracture. Usually we fixed distal radial fracture with percutaneous pinning. Pin-tract infection and back-out of pins were the common problems. The new pin can avoid these problems by burying the head of the pin into skin. The study also provides a biomechanical evaluation of this new-design pin before clinical application. According to the results of our tests, the bending stiffness of the whole construct after fracture fixation with new pin is better than that of using the Kirscher wire. The pull-out strength of this new pin is much better than the Kirscher wire. This study demonstrates that this new pin can provide enough and greater strength in fixation of tension band wiring and distal radial fracture. Besides, the concept of the new pin can avoid the potential risk of complications of back-out of the pins and pin-tract infection.
總目錄
摘要 I
ABSTRACT II
謝誌 III
總目錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章 緒論 1
1-1前言 1
1-2 研究背景 4
1-3研究目的 4
第二章 研究方法 6
2-1鋼針的設計及基本結構 6
設計理念 6
2-2鋼針的細部結構 8
鋼針前段(圖10) 8
螺紋部分(圖11) 8
螺帽部分(圖12) 9
鋼針材料 9
2-3鋼釘之力學試驗 9
1. 拉出(Pull-Out)測試 10
2. 骨折固定後抗彎測試(bending test ) 16
3-1 鋼針拉出試驗 (PULL-OUT TEST) 23
1. 新式骨釘穿透單側皮質骨或雙側皮質骨之拉出強度 23
2. 傳統式骨鋼針穿透單側皮質骨之拉出強度 25
3-2 模擬骨折手術後之彎矩試驗 27
1. 傳統鋼釘平行打入骨折的肋骨不加入tension band wire固定 27
2. 傳統鋼釘加上tension band wire固定 28
3. 新型鋼釘加上tension band wire固定 29
第四章 討論 33
第五章 結論 38
參考文獻 39

表目錄
表 1人造骨材詳細尺寸規格_單側皮質骨 11
表 2人造骨材詳細尺寸規格_雙側皮質骨 12
表 3. 傳統鋼釘不加入tension band wire 固定後之勁度與破壞負載 28
表 4. 傳統鋼釘加上tension band wire固定後之破壞應力 29
表 5. 新型鋼釘加上tension band wire固定後之破壞應力 30

圖目錄
圖 1. Left ulnar olecranon fracture which was fixed with tension band wire. 1
圖 2. Left bimalleolar fracture which was fixed by tension band wire. 2
圖 3. Right distal clavicle fracture which was fixed 2
圖 4. Left patellar fracture was fixed by tension band wire 2
圖 5. A : Force applied concentrally to bone results in equal compressive force across fracture site. B, Force applied eccentrically to bone results in tensile forces acting on the convex surface and compressive forces acting on the concave surface. The neutral axis is the collection of pinits where neither compression nor tension arises. C, Tension-band fixation applied to the convex surface of the fracture site causes the neutral axis to fall on itself, resulting in compression occurring across the entire fracture. 3
圖 6. 常見的併發症,鋼針的向後位移(backing-out) 3
圖 7. 鎖定機制(以尺骨鷹嘴突骨折為例) 6
圖 8. (A)photo of C-arm, percutaneous pining (B) 鋼釘固定骨折後露在皮膚外 7
圖 9. 新型鋼釘固定於橈骨遠端骨折的示意圖,鋼釘可以貼近骨頭埋入皮膚 7
圖 10. 鋼針前段模型圖 8
圖 11. 鋼針螺紋模型圖 8
圖 12. 鋼針螺帽圖: (A) 側視圖;(B) 上視圖 9
圖 13. 新型鋼針實體圖 9
圖 14. 人造骨材 11
圖 15. 傳統式骨釘 11
圖 16. 市售電鑽機 13
圖 17. 六角旋轉桿 13
圖 18. 骨釘實際植入人造骨材 13
圖 19. 雙層皮質骨之人造骨材 15
圖 20. 單層皮質骨之人造骨材 15
圖 21. 拉出試驗組別之分類:(A)平滑鋼針穿透雙側皮質骨;(B) 平滑鋼針穿透單側皮質骨;(C) 螺紋鋼針穿透雙側皮質骨;(D) 螺紋鋼針穿透單側皮質骨 15
圖 22實驗室利用人造骨材執行骨釘拉出(Pull-Out)之相關力學測試情形。上端夾具為一特殊設計,具自行調整角度功能之萬向夾具(Universal Grip),可隨不同之試件接觸面角度而自行調整方向(Self-alignment)。下端則利用自製夾具夾持人造骨材。 16
圖 23. 切骨手術後之豬肋骨X光照片 17
圖 24. Kozin等學者於1996年發表之相關實驗設計圖 17
圖 25. 豬肋骨用鋸子於近端2公分處製造出一橫斷骨折以新型鋼釘或一般鋼釘加上tension band wire 固定骨折固定後及彎曲測試實驗架構圖 18
圖 26. 實驗試片組別之分類:(A)新型鋼釘加上tension band wire之固定方式;(B)傳統鋼釘加上tension band wire之固定方式;(C)傳統鋼釘平行打入骨折的肋骨之固定方式 19
圖 27. 豬肋骨彎矩試驗之整體裝置示意圖 21
圖 28. 骨釘固定骨折後之豬肋骨最終施予下壓負載至破壞示意圖 22
圖 29新型鋼針之五組樣本之拉出試驗之力量位移曲線 23
圖 30新型鋼針之五組樣本之拉出試驗之力量位移曲線 23
圖 31新型鋼針之五組樣本之拉出試驗之力量位移曲線 24
圖 32新型鋼針之五組樣本之拉出試驗之力量位移曲線 24
圖 33傳統式鋼針之五組樣本之拉出試驗之力量位移曲線 25
圖 34. 傳統鋼針之五組樣本之拉出試驗之力量位移曲線 25
圖 35傳統式鋼針之五組樣本之拉出試驗之力量位移曲線 26
圖 36新型鋼針之五組樣本之拉出試驗之力量位移曲線 26
圖 37傳統鋼針與新型鋼針之拉出負載 27
圖 38. 傳統鋼釘不加入tension band wire 固定後之力量-位移曲線 27
圖 39. 傳統鋼釘加上tension band wire固定後之力量-位移曲線 28
圖 40. 新型鋼釘加上tension band wire固定後之力量-位移曲線 29
圖 41. 三種固定方式整體結構勁度比較之柱狀圖 30
圖 42. 三種固定方式整體結構破壞負載比較之柱狀圖 30
圖 43. 傳統鋼釘不加入tension band wire 固定破壞實驗後之照片 31
圖 44. 傳統鋼釘加上tension band wire固定破壞實驗後之照片 31
圖 45. 新型鋼釘加上tension band wire固定破壞實驗後之照片 32
圖 46. 本鋼釘已通過台灣新型專利第209415號 32
參考文獻
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