塑形紙質支架夾板是江蘇省中醫系統應用較為廣泛的一種外固定夾板,其是根據南京中醫藥大學無錫附屬醫院名老中醫劉秉夫主任,在“動靜結合”理念的指導下,以馬糞紙和鉛絲為材料,經過幾十年臨床應用及探索,設計改造而成。
40余年的實踐運用已明確肯定其良好的臨床療效。該型夾板具有成本低,制作簡單,使用方便的特點,相比較于傳統小夾板的局限性,此種能提供良好的彈性、韌性、透氣性、可塑性及顯影性,是一種新型的舒適性與匹配性夾板,能有效實現“動靜結合”的“彈性固定”,促進骨折愈合。但由于該夾板力學性質及定量關系仍不清楚,且臨床操作與生產模式均不規范,影響了其推廣應用。本試驗通過對“塑形紙質支架夾板”與傳統的柳木夾板進行力學性能對比,并比較馬糞紙-鉛絲不同復合比例的塑形紙質支架夾板的生物力學性能,選出擁有較好力學性能的一種作為規范化生產的依據,為“塑形紙質支架夾板”的臨床推廣應用提供條件?，F報告如下。
1、材料與方法
1.1塑形紙質夾板和柳木夾板對比試驗
塑形紙質支架夾板由馬糞紙、8#或10#鉛絲組成,共20套。柳木夾板為天津醫院假肢廠生產的常用colles夾板20套。
試驗全部在XJ838型電子萬能材料試驗機上進行。將兩種夾板水平置于加載臺上,構成3點加載,然后對兩種夾板施以縱向壓力,測量塑形紙質支架夾板和柳木夾板對應的撓度位移D1,及其在撤去對應外力后塑形紙質支架夾板和柳木夾板彈回后的殘余位移D2。
1.2兩種不同復合比例塑形夾板的對比試驗
根據不同馬糞紙和鉛絲的復合比例的可分為兩類:紙質鉛絲大夾板由10#鉛絲和3層馬糞紙黏合而成、紙質鉛絲小夾板由8#鉛絲和2層馬糞紙黏合而成,各10套。電子萬能材料試驗機取140mm跨度為測試對象,試驗速度為20mm/min,采用三點加載法使夾板產生彎曲應力和變形,測試兩種夾板的彎曲強度極限、撓度、彎曲強度、彎曲彈性模量。對紙質鉛絲大夾板、紙質鉛絲小夾板進行壓縮的力學分析,測量壓縮強度極限、最大變形及壓縮強度。
1.3統計學方法
數據采用SPSS16.0軟件統計分析,計量資料以均數±標準差\\(x±s\\)表示,兩組間比較采用獨立樣本t檢驗,不滿足正態分布及方差齊性時,采用Wilcoxon秩和檢驗。以P≤0.05為差異具有統計學意義,P>0.05為差異無統計學意義。
2、結果
2.1塑形紙質支架夾板的D1及D2均顯著小于柳木夾板\\(P<0.001\\),表明塑形紙質支架夾板在強度和殘余位移方面都優于柳木夾板\\(見表1\\)。塑形紙質支架夾板的應力應變曲線較對照組規則,說明塑形紙質支架夾板的材料力學性能較柳木夾板更穩定\\(見圖1\\)。塑形紙質支架夾板殘余應力-應變曲線較柳木夾板規則,說明其材料力學性能較穩定。塑形紙質支架夾板在0~55N范圍內處于負載的線性階段。而柳木夾板組在0~20N處于負載的線性階段。塑形紙質支架夾板組線性階段的閾值高于柳木夾板組\\(見圖2\\)。
由以上的數據可以得出兩種夾板所能承載的線性階段范圍是:0~20N,在此范圍內,依據彈性公式:彈性=位移量/加力,比較二者的彈性\\(見表2\\)。
2.2抗彎試驗
紙質鉛絲大夾板的彎曲強度極限明顯大于紙質鉛絲小夾板\\(P<0.001,t=10.14\\),對應的撓度明顯小于紙質鉛絲小夾板\\(P=0.005,t=-3.156\\),兩者彎曲強度及彎曲彈性模量比較差異有統計學意義\\(P<0.001,t=8.04;P<0.001,t=8.637\\),說明紙質鉛絲大夾板在剛度方面要優于紙質鉛絲小夾板,紙質鉛絲大夾板的應力-應變曲線較紙質鉛絲小夾板規則,說明其材料力學性能更穩定\\(見表3和圖3\\)。
2.3抗壓試驗
紙質鉛絲大夾板的壓縮強度極限與壓縮強度與紙質鉛絲小夾板 相 比 差 異 無 統 計 學 意 義 \\(P=0.068,t=-1.939;P=0.068,t=-1.939\\),最大變形顯著小于紙質鉛絲小夾板\\(P<0.001,t=-10.683\\)\\(見表4\\)。兩種夾板抗壓縮性能相當,而紙質鉛絲大夾板抗變形能力更好。紙質鉛絲大夾板的壓縮應力-應變曲線較紙質鉛絲小夾板規則,說明其抗壓縮力學性能更穩定\\(見圖4\\)。
3 、討論
塑形紙質支架夾板僅通過馬糞紙及鉛絲制作而成,構造簡單,取材方便,價格低廉,在臨床上應用較多。制作材料:馬糞紙及8#或10#鉛絲;制作方法:紙板按照肢體的具體形狀裁剪,兩塊紙板間涂漿糊,并將鉛絲放在兩紙中央黏牢,再在兩面各放第二層紙板并黏合,也可輔以綿紙包黏美化。
從試驗測試結果可以發現塑形紙質支架夾板的剛度是優于柳木夾板的,并且彈性與柳木夾板相當,說明塑形紙質支架夾板是一種理想可靠的小夾板。從兩種夾板的位移量及殘余位移量與加力曲線我們可以得出一個結論,兩種曲線基本上分成兩個階段:
1\\)彈性階段,在此階段中負載和應變之間呈現線性關系,其比值為彈性模量,符合胡克定律。2\\)非線性階段,此階段負載與應變不存在線性關系,隨著負載的增加應變可能只是緩慢上升,是一種非臨床的工作階段。塑形紙質支架夾板在0~55N范圍內處于負載的線性階段,遠大于柳木夾板的0~20N,并且在非線性階段中,塑形紙質支架夾板的殘余位移量較柳木夾板小,說明塑形紙質支架夾板在彎曲時的剛度要明顯優于柳木夾板,我們可以得出這樣的結論:塑形紙質支架夾板在有效固定骨折方面擁有比柳木夾板更好的力學剛度,更符合臨床上固定骨折時的剛度要求。并且在不同力的作用下,塑形紙質支架夾板的曲線表現出比柳木夾板更加規則,說明其力學性能穩定。柳木夾板從樹木中取材,其機械性能跟所選取的木材的種類、生長年齡、紋理走向、濕度、溫度等因素相關。研究表明傳統柳木夾板治療骨折的模式是粘彈性固定模式,加載卸載時其應力-應變曲線不重合,表現出一定的滯后性,機械性能不穩定,對骨折治療會產生不利的影響。塑形紙質支架夾板的力學性質穩定,剛度與彈性均符合臨床應用的要求,同時多年確切的臨床療效也印證了這一點。
塑形紙質支架夾板由于取材簡單,力學性能穩定,適合機械規范化生產,并且不存在像柳木夾板手工制作的不確定性。因此,塑形紙質支架夾板作為局部外固定治療骨折的外部杠桿,具有良好的剛度與彈性等力學性能,以保持骨折端的相對穩定,預防骨折再移位和糾正殘余畸形,符合小夾板的彈性固定原理。從測試結果還可以得出,根據馬糞紙和鉛絲不同復合比例制作紙質鉛絲大夾板和紙質鉛絲小夾板在材料剛度及穩定性方面,紙質鉛絲大夾板要明顯優于紙質鉛絲小夾板,但是紙質鉛絲小夾板彎曲彈性和壓縮最大變形要大于紙質鉛絲大夾板。
通過繪制兩種夾板抗彎和抗壓的應力-應變曲線,從兩種夾板的應力-應變曲線可以看出,紙質鉛絲大夾板的剛度和材料的穩定性要優于紙質鉛絲小夾板,更適合規范化生產和推廣。由于有關條件的限制,本試驗只對塑形紙質支架夾板從材料力學中最基本的幾個屬性進行了測試,從測試的結果來看,塑形紙質支架夾板的力學性能是值得肯定的,且強度優于柳木夾板,達到了本試驗預期效果。同時兩種不同復合比例的塑形紙質支架夾板中,塑形紙質大夾板從抗彎實驗上要明顯優于塑形紙質小夾板,抗壓試驗兩者的性能相當,塑形紙質支架大夾板在抗最大變形方面略好于塑形紙質小夾板。但是還存在以下問題:
①本次試驗只進行了抗彎試驗和抗壓試驗,要更加全面了解這種夾板的力學性能還要測試其抗剪切性能、抗扭轉性能、抗拉伸性能、抗撕裂性能等指標,這有待以后進一步研究。
②本次試驗中選取的不同復合比例的塑形紙質夾板的比例不夠豐富,只有兩種,不足以完全概括所有比例的力學特性,對于究竟哪一種比例力學性能最好,還應在以后的研究中進一步發現和完善。
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