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各種鎖定骨板系統介紹 Introduction of Locking Plate Systems 2012 TCVS WINTER SYMPOSIUM

林建良 Jian-Liang Lin

“現任”中興大學獸醫教學醫院總醫師

2012/12/16

Trauma Vet Locking System - Fixin

ALPS Locking Plate System

Synthes Locking Compression Plate (LCP) System

SOP Locking Plate System

動力加壓骨板 Dynamic Compression Plate

DCP – the “loose screw” system

骨板孔洞與螺絲大小 + 光滑的骨板與骨頭表面

= 無任何既有的穩定力 (inherent stability)

當螺絲鎖入骨頭，將骨板推向骨頭 (將骨頭拉向骨板)

螺絲與骨板之間的摩擦力 + 骨板與骨頭之間的摩擦力 =骨固定器的穩定性

摩擦力來自螺絲在骨頭內鎖緊時所產生的力量

骨板必須正確地整形以服貼骨頭表面

螺絲在骨頭內鎖緊時所產生的力量來自螺絲的螺紋與骨頭的交界(bone-screw interface)的完整性,<1 mm for 3.5mm 皮質螺絲 (cortical bone screw)

當鎖緊螺絲時,扭力(torque)越大時,在骨板和骨頭間產生更大力量

但過度鎖緊(over-tightening)時,可發生”崩牙”(stripping),造成固定器的失敗

未成年,骨質疏鬆,薄的骨頭

骨頭的黏著性與彈性(viscoelasticity)

骨重塑(remodelling)

動力加壓骨板 Dynamic Compression Plate

DCP – the “loose screw” system

鎖定骨板 Locking plate

螺絲與骨板間維持穩定角度 (angular stable)

骨頭不再被螺絲拉向骨板,保存骨膜血液供應

穩定性不是單獨來自摩擦力或骨頭-螺絲交界

螺絲抵抗拔出的力量(pullout strength)變得較不重要


不易崩牙(stripping)

不易發生螺絲拔出(screw pull-out)和植入物鬆脫(implant loosening)

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一律為buttress功能骨板

螺絲在鎖定骨板中扮演橫向支撐,承受懸臂彎曲力量(cantilever bending)

Locking plate - Internal Skeletal Fixator


螺絲抵抗拔出的力量(pullout strength)變得較不重要

適用於海綿骨和骨質疏鬆的骨頭

螺絲-骨板交界處的疲勞壽命(fatigue life)變得重要

臨床上螺絲是否咬合(engage)雙層皮質變得較不重要

增加螺絲的數目顯得重要,不論是單皮質或雙皮質螺絲,都可增加疲勞壽命(fatigue life)


當受力時,力量自較不堅硬的螺絲傳導至較堅硬的骨板,將在螺絲-骨板交界形成壓力集中點(stress riser)

當週期性過度的受力,螺絲的中心將彎曲且出現冷加工(cold working),而變脆

從彈性變形(elastic deformation)變成塑性變形(plastic deformation)間的屈服點壓力(yield point)會變小,裂縫出現後螺絲最終將疲勞斷裂(fatigue failure)

理論上每主要斷骨應有4根螺絲避免疲勞斷裂(fatigue failure)

FIXIN

Trauma Vet, Italy 2007

獸醫專用鎖定骨板系統

技術來自於人醫15年歷史骨板系統

多樣式的獸醫鎖定骨板

FIXIN

骨板與螺絲固定角度(angle stable fixation)

骨板不需完全與骨頭表面貼合(contouring of plate is not required),簡化手術步驟

提供穩固的固定(stable fixation) + 減少軟組織剝離(reduced soft tissue dissection) = 容許盡早活動(early mobilization)

多樣式依據不同用途設計的骨板,包含骨折修復(traumatology)、骨矯正骨切開術(corrective osteotomies)、腕/踝關節固定術(carpus/tarsus arthrodesis)、全關節固定術(panarthrodesis)

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FIXIN

不銹鋼骨板主體(support)

”內襯”(insert)

螺絲(screw)

不銹鋼骨板主體(Steel support)

316LVM stainless steel

厚度1.2, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0mm

孔洞具有螺紋(Threaded holes),容納”內襯”

(threaded insert)

多種根據不同用途特別設計,包含骨折修復(traumatology)、骨矯正骨切開術(corrective osteotomies)、腕/踝關節固定術(carpus/tarsus arthrodesis)、全關節固定術(panarthrodesis)、TPLO, TPO,

內襯(bushing-insert)

鈦合金 Titanium alloy Ti-6A-4V

外圍 – 具螺紋,可鎖入骨板主體,完成骨板

內部 – 2°圓錐形(2°tapered cone),容納螺絲頭部(screw head)

避免螺絲與骨板間發生cross threading

植入物移除容易

FIXIN螺絲(FIXIN screw)

鈦合金 Titanium alloy Ti-6A-4V

2°圓錐形螺絲頭部(2° conical head),可鎖入相對應的“內襯“(insert)

自攻牙(self-tapping)

與傳統螺絲相比,其螺紋高度（深度）較小,螺絲中心直徑較大(Smaller thread and larger core

diameter than non-locking screws)

增加螺絲對折彎力和剪力的抵抗強度(screw

bending and shearing strength)

FIXIN – Surgical technique

建議約略地調整骨板曲度,使符合骨頭表面

避免在”內襯”(insert)位置上折彎骨板

鑽孔前先將骨板暫時固定在骨頭上

使用drill-guide,確保鑽孔垂直骨板

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The 3.0-3.5 Instrumentation Set (>10kg)

Bushing Extractor 3,0-3,5 Series

Screwdriver 3,0-3,5 Series (Hex Ø 2.5mm)

T Screwdriver 3,0-3,5 Series (Hex Ø 2.5mm)

Depth Meter 3,0-3,5 Series

Drill Guide Ø 3,0 mm


Drill Bit Ø 2,9 ( for ø3,5 Screws)

Drill Bit Ø 2.5 (for ø3,0 Screws)

Screw Case Ø 3,0 - 3,5

The 1.9-2.5 Instrumentation Set (<10kg)

Screwdriver 1,9-2,5 Series (Hex. ø 2.0)

Depth Meter ø 2.0 (only for 2,5 Screws)

Drill guide 1.9 -2.5 Series

Drill Bit Ø 2.0mm (for ø2,5 screws)

Drill Bit Ø 1.5mm ( for ø1,9 Screws)

Screw Case Ø 1,9 - 2,5

Bushing Extractor 1,9-2,5 Series

Drill Bit Ø 2.5 (for ø3,0 Screws)


Drill Bit Ø 2,9 ( for ø3,5 Screws)


將drill guide鎖入近端和遠端的孔洞,以利骨板操作和放置

暫時將骨板固定於骨頭上

抵抗旋轉力量

避免在鎖入鎖定螺絲時產生直升機效應(helicopter effect)

數種不同技術可使用

使用具螺紋的骨釘和停止器(Threaded Pin With Pin Stopper)

使用drill guide內的螺絲(Locking screw in the drill guide)

使用傳統螺絲(Conventional Bone Screw)

使用k-wire

使用骨鉗(Reduction Forceps)

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FIXIN – Surgical technique

每個主要斷骨應至少3個雙皮質鎖定螺絲(3 bicortical

screws in each segment)

螺絲直徑應為25%骨頭直徑

在近關節處可植入單皮質螺絲或移除內襯(insert),植入傳統3.5或4.0螺絲

可使用兩片Fixin骨板並列或直角排列,增加穩定性

可並用其他植入物(IM pin, cerclage wire, tension

band, lag screw)

使用螺絲起子移除植入物

使用bushing extractor移除植入物

使用screw extractor移除植入物

FIXIN

在screw head和bushing insert-plate之間圓錐形密合設計鎖定機制

Bushing insert鎖定螺絲也鎖入骨板

Bushing insert解決了因cross threading, cold welding, screw recess損壞而產生的無法移除植入物的問題

FIXIN

適合微創手術技術Minimally invasive approaches

Vet Comp Orthop Traumatol 2010; 23: 250–253

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Advanced Locking Plate System(ALPS)

DCP的缺點與LC-DCP發展

1990s, point-contact Fixator (PC-Fix)

Point-Contact Fixator (PC-Fix) 圓錐形設計的螺栓/螺絲頭部 (Conical head of threaded

bolt) – 螺栓/螺絲鎖定功能 (locking function)

螺絲功能如同骨外固定骨釘 (Screws function as ESF pins)

單皮質螺絲 (Monocortical bolts/screws) –減少對骨內血管的傷害 (reduction of the trauma to the endosteal vascularity)

骨板底部的切跡 (Undercut surface) 將骨板與骨頭的接觸面減少至點的接觸 (results the plate contacts only at small points) – 減少對骨膜血液供應的破壞 (reducing damage to

periosteal blood supply)

內固定架 (internal fixator)

Point-Contact Fixator (PC-Fix)

Hass N. et al 2001

Point-Contact Fixator (PC-Fix)

臨床與實驗結果顯示: PC-Fix的術後感染率1.1% (1.6 for open fx, closed procedure 1.0%),明顯低於DCP與LC-DCP (可高達5.5%)

減少對骨內及骨外的血液供應的破壞可縮短骨癒合所需時間 (>91% healed in 4-6 months)

PC-Fix 從未上市

2007 Dr. Slobodan Tepic (Kyon)延續了PC-Fix的概念,發展了ALPS

鈦合金,增加生物相容性,增加抵抗感染的能力(resistance to infection

提高強度的骨板設計,減少壓力集中(stress concentration)的區域

3.5 DCP vs ALPS10, equivalent strength, ½ stiffness

Advanced Locking Plate System(ALPS) Advanced Locking Plate System(ALPS)

點的接觸 (point contact),保存血液供應

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可使用傳統與鎖定螺絲 (both standard and

locking screws)

Advanced Locking Plate System(ALPS) Advanced Locking Plate System(ALPS)

保存提供斷骨間壓迫的能力 (interfragmentary

compression)

Through the plate

Independent of the plate


可經骨板孔洞使用 lag screw 技術


Locking screw drill sleeve


Drill stopper 防止意外在遠側皮質鑽孔

Screw length + 2mm


將骨板底部橫向切跡放置在骨折線上

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雙骨板

直角或對面排列 (ESF 1b or 2)

較小的第二個骨板


容許不同平面的骨板彎曲 (in-plane and out-of-plane

bending)


Cutting iron

Bending iron


ALPS 5,8,10 數字代表骨板寬度 (mm)

1.5, 2.4, 2.7 mm 標準皮質螺絲

2.4, 3.2, 4.0 mm 鎖定螺絲

每主要斷骨 3-4 個螺絲

其鎖定螺絲鎖入時,亦將骨板向骨頭壓迫

骨板應與骨頭表面接觸,達到足夠的穩定性

骨板與骨頭表面接觸並不影響骨表面血液供應


復位後放置骨板

骨板應調整至符合骨頭表面

在近端和遠端主要斷骨上先使用標準皮質螺絲，使骨板和骨頭緊貼

剩餘孔洞植入鎖定螺絲

建議植入單皮質螺絲

皮質螺絲可換成鎖定螺絲

可能不適合使用在胸腰椎體的背外側


骨板問世時…

骨板和螺絲所建構的內固定 (Internal fixation

with bone plates and screws)

解剖學上的重建與堅固的內固定 (anatomical

reconstruction and rigid internal fixation)

軟組織的破壞造成癒合能力的降低,形成不癒合 (nonunion)

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強調骨折生物性的保存 (fracture biology)

主要斷骨空間上的重新排列 (spatial

realignment)

生物性骨接合術 (biological osteosynthesis)


獨特孔洞設計，可容納鎖定螺絲和傳統螺絲提供壓迫(combination locking and compression holes – Combi holes)


“Slipper toe”設計利於進行微創手術時,在軟組織之下推進骨板,


骨板底部切跡如同 LC-DCP

減少對骨外血液供應的破壞

使骨板有一致的 area moment of inertia


螺絲設計須承受負重產生的剪力 (shear load)

較大的中心直徑 (core diameter),較小的螺紋深度和間距

星芒設計的凹槽 (withstands 65% greater torque)

傳統骨板仰賴骨板和骨頭間(plate-bone)以及螺絲和骨頭間介面(screw-bone interface)的摩擦力維持骨折的穩定

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傳統骨板的螺絲鬆動時將造成失敗

系統仰賴每個螺絲抵抗拔出(pull-out)和鬆動(loosening)的強度


固定角度 fixed angle construct

不仰賴骨板和骨頭間(plate-bone)以及螺絲和骨頭間介面(screw-bone interface)的摩擦力

仰賴的是具螺紋的螺絲-骨板交界 (threaded screw-plate interface)


剪力(shear stress)轉換成螺絲-骨頭間介面的壓迫(compressive stress)

受力(loads)重新導引成垂直於螺絲長軸


鎖定骨板不一定要精準地服貼骨頭表面(precisely contouring)

先復位斷骨

使用任何傳統螺絲時,應先植入傳統螺絲

最後才植入鎖定螺絲


適應範圍

骨品質不佳病患 (poor bone quality), 骨質疏鬆(osteoporosis),骨髓炎(osteomyelitis)

複雜關節周圍骨折(complex periarticular fracture),骨板整形不易或不易達到足夠螺絲數目時

當骨不癒合來自傳統螺絲崩牙或退出時

骨折無法重建

人工假體周圍骨折(periprosthetic fracture)

只能採用bridge plating的骨折

微創骨折修復(minimally invasive fracture

repair)


LCP骨板與近端骨表面距離<2mm

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Plate Span Ratio = plate length/fracture length (2-3)

Plate Screw Density=number of screws/number of plate screw holes (0.4-0.5)


每主要斷骨2-3各鎖定螺絲(最少3個皮質）

Plate Working Length(PWL) = 最接近骨折的兩個螺絲間的距離

PWL高,固定器的順從度(construct compliance)高,疲勞壽命(fatigue life)較長;但過高可能造成過大的interfragmentary strain或骨板變形

Synthes Locking Compression Plate (LCP) System 限制

鎖入鎖定螺絲時,需使用扭力限制器(torque limiting attachment),避免過度鎖緊及螺絲頭部和骨板間發生冷焊接(cold welding)

螺絲角度無法改變,可能難以避開骨折線、IM pin或關節

當失敗發生時,可能造成螺絲切開骨頭(bone slice)


String of Pearls (SOP)

內固定架Internal-external fixator

支撐型骨板Buttress plating system

3.5 SOP和 LCP, DCP, LC-DCP 相比,

50% stiffer

16-30% greater bending strength

使用標準皮質螺絲 - 便宜但螺絲中心直徑小 (minor

diameter)

螺絲斷裂


連續的圓柱(cylindrical)和球形(spherical)結構,硬度幾乎一致,螺絲孔不再是最脆弱的點(weak point)

圓柱結構(internode)的area moment of inertia比同size的 LCP, DCP, LC-DCP大

抵抗折彎強度 (bending strength) 3.5mm 比傳統骨板多30%, 2.7mm多50%

骨板更厚 1.5mm

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球形結構內有一段標準螺紋並有一部分供螺絲頭部陷入

螺絲鎖入球形部時發生壓接(壓配,press fit),避免鬆脫

SOP截面積約20mm2,螺絲中心截面積約5mm2

每斷骨至少3個,最好4個螺絲

斷骨長度不足時,可增加第二根SOP於對側(contralateral),緊鄰(side by side)或成直角(orthogonal side)

SOP-骨釘(rod),明顯增加硬度和避免疲勞斷裂(fatigue failure)


可能發生冷焊接 (cold welding)

螺絲與 SOP骨板交界處形成壓力集中點(stress

riser)

當週期性過度的受力,螺絲的中心將彎曲且出現冷加工(cold working),而變脆

Bone slicing – 失敗可能發生於螺絲在脆弱的骨頭中緩慢位移(failure will occur through slow

creep of the screw through the weak bone)


各方向平面彎曲 (6 degree of freedom)

Up-down/ down-up/

side to side bending

扭轉 twisting

骨板彎曲(bending)降低硬度(stiffness)和強度(strength)達 1/3

SOP折彎40°硬度仍接近3.5DCP(96%), 扭轉(twist)20°仍比 DCP硬度更高(stiffer)


球形結構比圓柱結構要硬(greater stiffness),避免變形

調整骨板時應使用 bending tee,避免孔洞變形,確保鎖定設計及功能


在相鄰兩球型部之間調整骨板(contouring)


可進行任何角度象限彎曲骨板

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扭轉 twisting techniques


鑽孔(drilling)與攻牙(tapping)專用的袖套(drill guide)


鎖上螺絲時，先逆轉至感覺到螺絲螺紋卡入球形部分內的螺紋

螺絲旋轉一整圈後,螺絲尖端將正好突出骨板底部

骨板將緊貼骨頭表面


若希望骨板不緊貼骨頭,螺絲必須先突出骨板

螺絲每轉一圈,前進1.25mm


使用技術Application Techniques

傳統打開骨折區手術技術(conventional open approach)

微創技術(minimally invasive)

“Open-but-do-not-touch”

http://www.downsvets.co.uk/review-article-sop-plating/


以粉碎性股骨骨折為例(comminuted,

diaphyseal femoral fx is used as an example)

骨釘與SOP並用(Rod and Bean

fixation)

20-40%骨髓腔直徑骨釘(IM pin

of 20-40% the diameter of the medullary canal)

Normagrade pinning

http://www.downsvets.co.uk/review-article-sop-plating/

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Pin打入遠端主要斷骨後，確定骨頭的排列(alignment)

利用骨膜剝離器(elevator)在股骨外側製造一隧道(tunnel),放入SOP

適當但不須完美的調整骨板形狀(contour)

Vet Comp Orthop Traumatol 2009; 22: 175–182


SOP近端可扭轉讓螺絲可進入股骨頸

遠端可依照股骨髁向後彎曲

http://cal.vet.upenn.edu/projects/saortho/chapter_29/29mast.htm


近端遠端主要斷骨各至少4個螺絲

單皮質螺絲和骨折區留下未填滿的孔洞是可以接受的

鑽孔和螺絲的方向必須垂直對應的球形部

SOP不必完全緊貼骨頭表面，可能有幾個或完全沒有接觸的區域，但應盡量接近


髖臼窩骨折(acetabular fx)

確認骨板的形狀調整和每個孔洞的方向

第一個螺絲鎖入後,其他螺絲的方向也跟著被決定了

扭轉骨板後,方向相異的螺絲(divergent screws)可大幅提升抵抗被拔出的能力(pull-out resistance)


技術指引Guidelines-股骨 femur

SOP-Rod

IM pin約20-40%骨髓腔直徑

順行性(normograde)或逆行性(retrograde)

打開(open)或封閉(closed)式植入

近端(proxiaml)及遠端(distal)斷骨各4個螺絲

單一2.7mm SOP (+pin), <10kg

單一3.5mm SOP (+pin), <35kg

兩個3.5mm SOP (+pin), >35kg


技術指引Guidelines-肱骨骨幹 humerus diaphysis

SOP-Rod

IM pin約20-40%骨髓腔直徑

順行性(normograde)或逆行性(retrograde)

打開(open)或封閉(closed)式植入

內側上髁(medial epicondyle)

近端(proxiaml)及遠端(distal)斷骨各4個螺絲

可自遠端內上髁反向植入骨釘

單一2.7mm SOP (+pin), <10kg (內、外側或螺旋)

單一3.5mm SOP (+pin), <35kg (內、外側或螺旋)

兩個3.5mm SOP (+pin), >35kg (內、外側或螺旋)

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技術指引Guidelines-肱骨遠端 humerus T-Y

內外側approach

利用 lag screw 進行解剖學重建

內外側各一SOP

重建後的內外髁部分(condyle fragment)共4個螺絲

近端斷骨共四個螺絲

2 x 2.7mm SOP, <20kg

2 x 3.5mm SOP, >35kg


技術指引Guidelines-橈尺骨 radius-ulna

尺骨(ulna)植入小IM pin

SOP固定橈骨,近端(proxiaml)及遠端(distal)斷骨各4個螺絲

在遠端SOP在內側或背側

在近端SOP在前側

2.7mm SOP (+pin), <10kg

3.5mm SOP (+pin), >10kg


技術指引Guidelines-腸骨 ilium

骨折前側和後側至少各兩個螺絲

扭轉前側的SOP增加在薄骨的穩定性

2.7mm SOP , <20kg

3.5mm SOP , >15kg


技術指引Guidelines-髖臼窩骨 acetabulum

打開復位並以k wire或骨鉗暫時固定

骨折前側和後側至少各兩個螺絲

穩定的butterfly骨片內一個螺絲是可接受的

2.7mm SOP , <35kg

3.5mm SOP , >35kg

Thank you for your attention

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