颞下颌关节紊乱病是一种常见病和多发病，临床患病率为13%～ 87%。目前，常见的非手术治疗包括药物治疗、颌垫治疗、物理治疗和局部注射治疗，而对于病情严重的患者通常使用手术治疗。

本期带来的是上海交通大学医学院附属第九人民医院选取10例颞下颌关节置换手术的患者为研究对象，对新型锚固钉及其抗压力性进行评估。

张善勇博士、教授、主任医师、博士生导师。现任中华口腔医学会颞下颌关节病及牙合学专业委员会常务委员、上海市口腔基础医学专业委员会常务委员、上海市口腔颌面外科专业委员会委员、国际口腔颌面外科医师协会（IAOMS）会员。

长期从事颞下颌关节病及牙槽外科（即刻种植）方面的研究。主持科研项目30余项，以第一作者或通信作者发表论文100余篇，申请版权和专利14项，授权12 项；其中1项为国际发明专利，获得俄罗斯、日本及以色列的授权，并推广应用到国外6家以及国内20余家大学及医院。

新型锚固钉的抗力性分析

周知航 ^1*，毛 懿 ^1*，陈旭卓 ^1*，张善勇 ^1#, 孙守福 ^2#，甄锦泽 ^1# 

上海交通大学医学院 1. 附属第九人民医院口腔外科，上海 200011；2. 附属同仁医院口腔外科，上海 200336

目的：对新型锚固钉及其抗力性进行评估。

方法：实验包括拉力测试和有限元分析2个部分。在第一个部分，分别将传统锚固钉和新型锚固钉植入髁突皮质骨，使用拉力机对其进行拉力测试；第二个部分，建立植入新型锚固钉后的下颌髁突三维有限元模型，并从3个不同方向施加力的作用，进行三维有限元分析。

结果：三维有限元分析表明，传统锚固钉和新型锚固钉所能承受的合力分别为48.8N和200.0N；配合3-0缝线使用的传统和新型锚固钉在抗拉强度上比较，差异具有统计学意义 (P=0.033)；此外，3-0缝线的传统锚固钉和2-0缝线的新型锚固钉相比，差异也具有统计学意义(P=0.000)。

结论：相比传统锚固钉，新型锚固钉抗力性能更佳，配合使用2-0缝线时尤其明显。

【关键词】颞下颌关节锚固术；下颌髁突；锚固钉；锚固线；张力测试；有限元分析

[中图分类号] R782.2 [文献标志码] A

1.1 拉力测试 

1.1.1  受试者及样本  选取10例于2015年8月—2016年6月在上海交通大学医学院附属第九人民医院接受颞下颌关节置换手术的患者为研究对象。其中，男性4例，女性6例，年龄20～72岁。收集手术切取的髁突作为样本，用生理盐水浸湿的纱布对其进行包裹，于-20 ℃下保存。本实验已获得上海交通大学医学院伦理委员会的审批。 

1.1.2  锚固钉  传统锚固钉和新型锚固钉（宁波慈北医疗器械有限公司）均由钛合金制造。传统锚固钉的总长度为7.0mm，其中螺母厚1.5mm、螺纹长5.5mm、螺母直径2.8mm、螺纹直径2.0mm，在螺母头和螺纹间采用光滑连接，此处设计有一个3-0缝线专用的小槽（图1A）。新型锚固钉总长度为6.0mm，直径3.0mm，在锚固钉的中上部有一个小孔，小孔两侧上方设计有光滑的凹槽，用于放置和打结缝线（图1B）。

1.1.3 缝线  使用3-0和2-0的尼龙缝线（ETHIBOND  EXCEL® Polyester Suture，Ethicon公司），且缝线带针，线长为90.0cm。每条缝线在中间被分成两部分。 

1.1.4  植入过程  在髁突后斜面的下边缘处分别植入传统的和改良的锚固螺钉，深度10～15mm。2个锚固螺钉放置对称，其间距>3mm（图2）。

1.1.5  拉力测试  采用宁波慈北医疗器械有限公司的拉力测试仪（Grandtry）对拉力进行测验。髁突下端用钢丝固定在下端夹板（钢丝将髁突标本固定），上端夹板固定锚固线，长度留取5cm，并使锚固钉长轴与拉力的方向垂直；仪器启动后，上下两端的夹板自动匀速（100mm/min）向相反的方向运动，直到被测试的锚固线断裂而自动停止，显示器显示此时的拉力数据（图3）。

1.1.6  统计学分析  采用SPSS 17.0软件对实验数据进行统计分析。用描述性统计方法分析缝合线的最大可承受拉力。采用t检验比较传统锚固钉2种缝合线拉力读数的差异（传统锚固螺钉与2-0缝合线不匹配）。采用非参数秩和检验比较新型锚固钉3-0和2-0锚固线的差异。P<0.05表示差异具有统计学意义。

1.2 有限元分析 

1.2.1 有限元分析工具 使用三维建模软件（Hypermesh， Altair Engineering 公司）和分析程序（LS-DYNA，LSTC 公司）在计算机上对网络结构进行调节，使其更加均匀；创建实体模型，并对有限元程序进行应力分析。 

1.2.2  有限元模型  三维计算机辅助设计、建立三维锚固钉模型，并将其作为有限元网格模型。该模型包括一阶四面体网格，共139 000个单元以及29 000个节点（图 4）。

1.2.3  材料参数   2种医用锚固钉材料均包括90%钛、5.5%铝、3.5%钒、1%碳、1%铁、1%氮以及1%氧（表1）。

1.2.4  数据分析   有限元分析结果为由变形逐渐累积的应力结果。因此，有限元分析（finite element analysis，FEA）将工程应力-应变曲线转换为真实应力-应变曲线。转换公式：真实应力=（1+ 工程应变）×工程应力；真实应变=ln（1+工程应变）。根据颞下颌关节盘运动的研究结果^[6,8,14]，选择对其施加垂直、水平和垂直旋转方向的力，并用有限元分析确定锚固钉的主要受力点。

在植入过程中，未见皮质骨骨折或锚固钉断裂、脱落的发生，即锚固钉均成功植入髁突皮质骨。而在拉力测试中，只有缝线发生断裂，皮质骨和锚固钉均无损伤。达到拉力测试仪的最大拉力读数50N后，新型锚固钉配用的2-0缝线依然没有断裂，因此可以认为其抗拉强度在50N以上（表2）。

传统锚固钉于下颌骨髁突有限元分析的最小纵向拔出力F1为481.5N，最小横向拔出力F2为261.6N，最小旋出拉力F3为48.2N，即传统锚固钉最小拔出力为48.2N。而新型锚固钉于下颌骨髁突有限元分析的F1为795.9N，F2为516.0N，F3为200.0N，即新型锚固钉最小拔出力为200.0N。传统型锚固钉与新型锚固钉比较，纵向拔出力、横向拔出力和旋出力均较小；且2种锚固钉在水平拔出时力量均小于纵向拔出力。在两者拔出时，无论给予哪个方向的力量，主要受力点均在髁突骨皮质部分，骨松质部分基本不受力（图5）。

锚固钉常用于修复内眦韧带、肌肉重新附着、颞下颌关节盘复位，并用于其他颅面部手术^{[1, 15-16]}。2001年，Mehra等^[16]率先报道使用MiTek锚定螺钉复位颞下颌关节盘，效果良好。但由于该实验使用的为尸体标本，与新鲜标本相比，尸体骨的密度较低、脆性较高，发生骨折的风险更高，因此实验中观察到的骨损伤发生风险明显偏高。在拉力测试中，本研究设计了自体对照实验，将不同的螺钉植入同一个新鲜标本以排除个体差异的影响，并模拟真实的临床情况；且拉力测试中施加的力与锚固钉的长轴平行，拉出时的最小力>50N。

Mehra等^[16]使用的锚固钉都是在使用特殊穿孔器后植入皮质骨的，一旦发生排异反应或者锚固钉变形、损伤、移位等，均很难将它们移除。此外，一些使用传统锚固钉的患者术后外耳道前壁有明显的异物感，这可能与突出的锚定螺帽有关。本研究在MiTek锚定螺钉和He等^[17]使用的锚固钉基础上，对其进行了改良。相比之下，新型锚固钉则更加容易植入和取出。

对传统和新型锚固钉进行拉力测试后发现，不同锚固螺钉所使用的缝合线的最大抗拉强度各不相同。对于3-0缝合线，改良和传统锚固螺钉的抗拉强度有显著差异；配合传统锚固钉使用3-0缝线的抗拉强度高于配合新型锚固钉使用3-0缝线。检测结果显示，3-0和2-0缝线间差异具有统计学意义。因此，新型锚固钉配合2-0缝线优于传统或新型锚固钉配合3-0缝线。在植入后，3-0缝线的抗拉强度在不同的锚固螺钉之间没有明显的差异，将缝合线与锚固螺钉连接的方法对缝线的抗拉强度影响不大。

与整形手术中使用的大缝合固定螺钉^[15]相比，本研究中的2个锚定螺钉的抵抗力较低。其他研究通常中常选择在猪股骨或人体其他骨密度更高的部位进行，由于上述部位皮质骨较薄，锚固钉的接触区则更大。另外，新型锚固钉植入皮质骨的长度和直径都比传统锚固钉长。

在三维有限元研究中，本研究对2种锚固钉施加相同类型和大小的力。此外，通过建立标准化模型，避免了不同个体间的误差。当施加垂直向应力时，由于锚固钉在轴向旋转受限引起相当大的摩擦力，将锚固钉轴向拉出时则需要更大的力量。对于水平力，横向力大小与力臂之间存在反比例关系。由于锚固钉是一种非对称结构，在侧向力变化后，侧向拔出力会略有不同。当给出垂直拔出力时，锚固钉与骨之间的摩擦系数被假定为接近无穷大，因此纵向拔出力通常比较大。此外，由于锚钉和骨都有较小的摩擦系数，且锚钉主要是在较弱的松质骨中被植入，继而几乎无法抵抗锚钉旋转的发生。因此，一个小的纵向张力就可以使锚钉脱落。本研究对2种螺钉施加了完全相同的条件，因此可有效模拟锚钉在应力状态下的真实情况。

传统锚固钉和新型锚固钉均能成功地植入髁突，而不发生锚固钉折断或者皮质骨破坏。相比于传统锚固钉，新型锚固钉能承受更大的轴向力。新型锚固钉可以配合使用2-0缝线，极大提高了该锚固钉的抵抗力。相比于Mitek锚固钉，新型锚固钉植入和取出的操作更加方便^[9]。通过拉力测试和三维有限元分析比较，本研究认为，新型锚固钉比传统锚固钉抵抗力更强。因此，新型锚固钉具有一定的临床使用潜力，但还需要进一步的动物实验和临床试验加以验证。

【文章来源】上海交通大学学报（医学版）