山东理工大学 山东淄博255000
摘要：研究压板连接在空钉与不空钉情况下对骨折后期治疗的影响。测试压板骨头在不同状态下随空钉数目变化应变的大小，进行数据分析与处理。实验证明空钉与非空钉压板连接治疗粉碎性非缺损性长管状骨骨折的固定失效率存在着显著差异，且其差异性与空钉的数目有关，空钉数目越多，固定失效率越高。得出的结论是非空钉情况下，压板连接可用于治疗非缺损粉碎性长管状骨骨折，空钉压板连接不适用于长管状粉碎性非缺损性骨折的治疗。
关键词：钢板；加压；弯曲；扭转
Abstract: We study the effect of the connected plate on the late treatment of fractures on condition of empty nail and not empty nail. Test the strain of bone in different states with the changes of the nail number, and process the data. Prove that significant differences exist in the cure of comminuted fractures of long bone defects of the fixed failure rate, and the difference related to the number of empty nail. The greater the number is, the higher the fixed failure rate is. At last conclude that under a non-empty nail, plate connection can be used for treatment of non-impairment of comminuted fractures of long tubular bones, and plate connection of empty nail does not apply to long tubular defect of non-comminuted fractures.
Keyword: nickelclad；pressurize；bent；twist
引言
随着社会的发展,交通伤、坠落伤等日益增多[1]，经淄博市某医院急救站接诊状况分析后发现，创伤患者占65%。其特点是高速、高能、作用时间短暂，作用力复杂，能量释放集中，往往表现为严重粉碎性骨折、多发骨折和复合伤，更多的骨折病人需要手术治疗。正确认识骨折治疗后骨与固定物结构整体动态稳定性，依照骨折稳定性选择正确的固定方法及合理的后续治疗措施对减少或避免失败具有重要的意义，也是目前骨科领域不断研究的重点课题 。压板连接是骨折治疗常用的四种连接方式之一，是目前应用广泛的骨折连接方式[2]。研究空钉与非空钉在压板连接治疗长管状非缺损粉碎性骨折中对结构整体动态稳定性有无差异、差异大小、空钉数目对稳定性差异的影响，对长管状骨非缺损粉碎性骨折内固定器械的选择及空钉压板连接的后续治疗具有指导作用，为规范压板连接治疗长管状骨骨折的适应症、禁忌症提供依据。对减少或避免治疗失败，减少伤残率，恢复病人劳动能力具有重要意义。
1 实验过程
实验中用到的钢板（即压板）有九个孔，三个缝的位置分别对应中间三孔的位置，钢钉从缝中穿过。拆钉时的顺序是按先两边后中间的顺序。在实际的测量过程中分别在骨头两边和钢板的中间粘贴应变片，实验步骤如下：
（1）首先将固定好钢板的骨头贴上应变片（如图1所示。），用引线连至静态应变仪（图2）的电桥盒上，力传感器（图3）也通过电桥盒与应变仪相连。之后，将应变仪的输出连至无纸记录仪（图4）的四个通道，用来记录和观察数据。
（2）先在骨头第五个孔的位置锯开一个缝，钢钉从缝中穿过。
（3）用支架将骨头一端固定，通过固定于骨头上端的砝码来施加力，进行骨头加压的实验。
（4）在骨头的一端固定以钢钉，在钢钉上悬挂重物进行骨头扭转的实验。
（5）将骨头两端固定，在钢板第四个孔与第五个孔之间加力，进行骨头弯曲的实验。
（6）然后将第五个钢钉拆掉再重复（3）-（5）的步骤。
（7）在第四个孔的位置再锯开第二个缝，在不空钉、空一钉、空两钉的（拆钉时先拆第四个钉）情况下重复（3）-（5）的步骤。
（8）在第六个孔的位置据开第三个缝，在不空钉、空一钉、空两钉、空三钉（拆钉时先拆第四和第六钉，再拆第五钉）的情况下重复（3）-（5）的步骤。
在以上骨头加压、扭转、弯曲的试验中，所测应变大小均是在施力之后30秒内所计的值，每两次数据之间都间隔一段时间，待骨头恢复形变。
2 数据处理及分析
在实验过程所测数据中，由于骨头两端数据变化不明显，所以只使用了钢板上所测应变值[3-5]。
2.1 加压
以下是给骨头加压时，不同重量物体所测的不同空钉情况下的应变值。
2.2 扭转
以下是对骨头进行扭转时，不同重量物体所测的不同空钉情况下的应变。
由以上式可看出在扭转时应变随空钉数目的增加也近似成线性变化。
2.3 弯曲
以下是对骨头进行弯曲时，不同重量物体所测的不同空钉情况下的应变。
图七是在两个裂纹下所拟合的弯曲曲线，其回归方程如下：
图八是在三个裂纹下所拟合的弯曲曲线，其回归方程如下：
由以上式可看出在弯曲时应变随空钉数目的增加近似成线性变化。
3 失效及差异性分析
3.1 差异性分析
这里的差异性指的是骨头空钉数目变化引起应力变化的大小。由前面测量数据中所得结果可知，不同工作状态下的差异性如下：
（1）加压时差异性
由（1）和（3）、（2）和（4）式得拟合直线的斜率如下表
将斜率按不等精度测量列处理[5]，权的大小分别为3、4，由此得到2kg时斜率的加权平均值为29.4，其标准差为1.43。同理可得5kg时斜率加权平均值为63.7，其标准差为4.83。
所以加压时2kg的差异性用斜率的加权平均值29.4表示，5kg时用63.7表示。由此看出差异行还是很明显得。
由（5）和（6）可以看出在不空钉时不同裂纹的差异性不明显可忽略不计，所以不空钉时固定骨折时，骨与固定物复合体的稳定性受裂纹多少的影响不大。
（2）扭转时差异性
由（7）和（8）、（9）和（10）式得拟合直线的斜率如下表
跟对骨头加压时所做的一样，将2kg和5kg的斜率按不等精度处理，可得2 kg加权平均值为98.7，标准差为5.6，5kg斜率加权平均值为102.7，标准差为1.35。
所以扭转时2kg的差异性用斜率的加权平均值98.7表示，5kg时用102.7表示。由此看出差异行还是很明显得。
由（11）和（12）可以看出在不空钉时不同裂纹的差异性不明显可忽略不计，所以不空钉时固定骨折时，骨与固定物复合体的稳定性受裂纹多少的影响不大。
（3）弯曲时差异性
由（13）和（14）、（15）和（16）式得拟合直线的斜率如下表
如对骨头加压时所做的一样，可得2kg加权平均值为27.1，标准差为0.84。5kg的斜率加权平均值为103.5，标准差为2.11。
所以扭转时2kg的差异性用斜率的加权平均值27.1表示，5kg时用103.5表示。由此看出差异行还是很明显得。
由（17）和（18）可以看出在不空钉时不同裂纹的差异性不明显可忽略不计，所以不空钉时固定骨折时，骨与固定物复合体的稳定性受裂纹多少的影响不大。
3.2 失效分析
钢板正常工作状态指在静应力强度允许范围内工作。设钢板的许用应力为 [σ]，弹性模量为E,不空钉时所加最大应力为σMAX,不同工作状态下应变随空钉数目不同增加的速度为△ε，空钉数目为n。由前面分析所得结果可知骨头在加压、扭转、弯曲等不同状态下空钉数目应满足如下要求[6]：
4 结论
从以上骨头在加压、扭转、弯曲的数据处理及分析中可以总结出，无论在那种工作状态下，应变与空钉数目增加成线性变化，而且斜率的大小在相同钢板材质及相同的受力大小时基本为一定值。由此只要知道在不空钉时某一固定作用力的大小，就可以推算出在相同固定力下空钉数目不同时应变的大小，也就知道钢板失效与空钉数目的关系，如此在给病人固定钢板的过程中，可根据骨头粉碎的情况，在空钉数目固定下来之后，结合病人在实际生活中骨折处所受力的具体大小，选择合适强度的钢板，以防钢板的折断。此外，在相同作用力的情况下，不同裂纹时不空钉的应变差异不大，可以忽略。
参考文献：
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[7]杨可桢,程光蕴，李仲生.机械设计基础[M].北京：高等教育出版社.2006.5.112-114.
论文作者:王庆云 王辉林
论文发表刊物:《临床医学教育》2018年1期
论文发表时间:2018/3/20
标签：骨头论文; 斜率论文; 应变论文; 压板论文; 差异性论文; 钢板论文; 钢钉论文; 《临床医学教育》2018年1期论文;