一种前交叉韧带单隧道双束重建分隔钉的研制
吕宏升1，杨德育1，王清铿1，杨爱武1，林洪光1，苏在权1，张春礼2，尤瑞金1
1.解放军第180医院 骨科， 福建 泉州36200；2.第四军医大学西京骨科医院运动损伤科， 陕西 西安 710032
[摘 要]本文阐述了一种前交叉韧带股骨端单隧道双束重建分隔钉的研制过程。该分隔钉呈流线型，横截面呈水滴状，侧方有突出的分束翅片，翅片尾端有防滑齿，相对侧有抗旋防滑齿。采用分隔钉能使肌腱更靠近解剖止点受力区，尽可能增大肌腱在足印区的分布面积，更好的达到解剖重建的要求，配合带袢钢板使用，在保证良好固定力的同时，将肌腱重新分布于解剖功能位置。
[关键词]前交叉韧带；单隧道双束重建；关节镜技术；分隔钉
0 引言
前交叉韧带撕裂关节镜下重建手术现已成为骨科医师的共识，但采用单束或是双束重建，仍存在许多争议。不少学者认为，双束重建具有良好的生物力学优势，尤其是可增加膝关节的旋转稳定性[1-3]。但也有报道认为，双束效果并不比单束效果好[4-6]。双束重建目前常用的方法是采用双隧道双束重建，但双隧道重建需要股骨端2个骨道，技术难度大，术中很难判断正确的隧道中心点位置，术后并发症较多。单隧道双束重建是能够满足双束韧带定位的一种技术，目前以Femoral Intrafx为代表，通过一个股骨隧道，分隔肌腱后置入钉鞘，旋入挤压螺钉进行固定[7]。但是采用该技术后，肌腱被挤压远离住院医师嵴，不符合前交叉韧带（Anterior Cruciate Ligament，ACL）的正常韧带纤维分布。ACL股骨足迹位于住院医师嵴下方广泛区域，最低延伸到髁间窝外侧壁下缘软骨，可明显区分前内侧束（Anteromedial Bundle，AMB）和后外侧束（Posterolateral Bundle，PLB），部分人两束中间可见分叉嵴。ACL纤维呈现由足迹周边向足迹中央集中的排列方式，ACL两束的功能中心足印（纤维最密集处）则正好位于住院医师嵴下的区域，且与住院医师嵴平行走向，显示住院医师嵴为ACL两束足迹的上界。
完全恢复ACL解剖足迹是临床ACL重建的最高目标，重建时需使韧带分布更靠近住院医师嵴下功能中心，以更好满足韧带的生理功能。目前还没有一种最佳的重建方式，研发新型有效的更符合交叉韧带解剖足迹、功能要求的固定方式是非常有意义的。本研究阐述了一种前交叉韧带股骨端单隧道双束重建分隔钉的研制过程，报道如下。
1 分隔钉设计
1.1 设计要求
设计要求如下：① 结构简单，手术操作方便；② 具有一定的抗旋转、抗拔出能力；③ 容易制作，可以选择多种材质；④ 术中可以随便调整角度、方向，便于取出。
1.2 结构设计
该分隔钉采用Rhinoceros 5.0设计建模，根据ACL止点足印区的解剖结果，将分隔钉直径设定为10 mm；根据韧带重建时股骨隧道长度，将分隔钉高度设定为15.5～25.5 mm；分隔钉与手柄连接槽螺纹高度为8 mm，直径4.0 mm，抗旋槽长6.5 mm，宽2.0 mm，高3.0 mm。分隔钉的结构图，见图1。手柄为组合式，包括外套管和连接内芯，内芯尾部加厚、加宽可供击打，内芯头端为螺纹且与分隔钉内连接槽螺纹相匹配；手柄外套管顶端有抗旋突起，与分隔钉抗旋槽相匹配。
图1 分隔钉结构图
2 应用方式
该分隔钉用于单隧道双束ACL重建，按照常规单隧道韧带重建手术方式，由于分隔钉直径10 mm，可以将定位中心点前移至住院医师嵴，便于手术操作。采用4.5 mm空心钻打透至股骨外上髁与股骨干移行部，用10 mm空心钻将隧道扩至所需深度，拉出牵引线，将endobutton钢板和韧带拉入隧道，翻袢固定。
手柄分隔钉组合图，见图2。将分隔钉和手柄连接好，自内侧入路插入隧道，利用分束翅片将移植韧带分成两束，旋转螺钉韧带面平行于住院医师嵴，保证移植韧带最大限度位于ACL解剖止点足印区，将螺钉击打入隧道，旋开手柄锁紧装置，拔出手柄完成操作。
图2 手柄分隔钉组合图
采用分隔钉能使肌腱更靠近解剖止点受力区，尽可能增大肌腱在足印区的分布面积，更好的达到解剖重建的要求，配合带袢钢板使用，可在保证良好固定力的同时，将肌腱重新分布于解剖功能位置。分隔钉的固定位置，见图3。
图3 分隔钉的固定位置
3 讨论
3.1 设计优点
本文设计了用于ACL单隧道双束重建股骨端分隔韧带的分隔钉，采用该技术能将重建韧带重新分布于ACL足迹功能区，完成解剖止点的重建，其优点如下：
（1）操作简单，手术技术难度大大低于双隧道双束重建，同时也大大减少了双隧道带来的诸多风险，术中以住院医师嵴为上界，以分叉嵴为中心定点，钻制隧道，利用分隔钉将韧带分成AM、PL束，置入分隔钉后保证重建韧带可以更符合每个人独特的解剖位置，达到真正的个体化重建。
（2）在分隔肌腱的同时，给予肌腱在隧道内口一定的挤压力，增加了韧带的有效固定力，同时也增加了腱骨愈合的能力，符合韧带固定的理想要求。
（3）分隔钉和手柄由螺纹相连，尾部有抗旋槽固定连接，旋紧后成为一体，避免术中应力集中、断钉等风险，调整方便，可自由旋转，置入后仍可敲击拔出，方便术中操作和二次取钉。
（4）配合带袢钢板，在保证重建韧带固定力的同时给予肌腱挤压力，增加了近端固定强度，在避免拔钉风险同时解决了“蹦极效应”、“雨刷效应”带来隧道口扩大等问题。
3.2 设计不足
（1）分隔钉在隧道内占位比仍较大，虽然较Femoral Intrafx相比有所下降，但可通过将螺钉材料改为可吸收、可骨长入的材料而彻底解决。
（2）分隔钉位于韧带和骨之间，存在韧带分隔钉交界面，有可能造成韧带磨损，可通过上述螺钉材料的改进或者韧带愈合后取出分隔钉解决。
3.3 股骨隧道定点
Iwahshi等[8]通过对人膝关节进行三维重建，确定ACL重建等距点，从而评定等距点位置的变化对移植物功能性长度变化的影响。结果表明，偏移等距点6 mm以上时，膝关节活动0°～150°时移植物功能性长度变化显著，且有明显的统计学差异；而偏离等距点＜3 mm时，变化不明显，且统计学上无明显差异。所以，术中移植物骨隧道的定位对于手术成功与否以及疗效至关重要。Aljaberi等[9]通过研究尸体膝关节证明，在固定某一股骨隧道的情况下，胫骨隧道内口的前后方向移位对移植物的等距特性无明显影响，并指出这种结果与ACL限制胚骨平台前移的功能有关。此外，Noyes等[10]发现膝关节屈曲运动过程中，胚骨险道位置相对于股骨隧道而言对移植物等距特性的影响非常小。目前大部分学者认为，股骨险道定位点越接近于ACL股骨附着区解剖足印点中心，术后膝关节功能就越正常[11]。本文研制的分隔钉以ACL解剖足印为基准，参照住院医师嵴及足印中心定位，隧道中心点较传统定点更靠近住院医师嵴，操作更加方便。分隔钉设计为偏心挤压分束，固定时调整分束翅片经过足印中心，可以将重建韧带完全分布在足印内且以足印中心为界分为AM、PL束，最大限度模拟ACL止点解剖双束重建。
3.4 单隧道双束重建展望
ACL真正解剖重建是所有运动医学医师努力的目标，双隧道双束ACL重建模拟AM束和PL束，能够在不同屈曲角度提供不同的张力，具有生理性双束在屈伸过程交替紧张的功能，生物学研究也显示其具有更好的膝关节旋转稳定性[1-3]。但是双隧道重建需要增加骨隧道，不仅增加了创伤、手术操作难度、手术时间，也大大增加了费用、手术风险和翻修困难，同时隧道融合、髁间窝撞击等问题也使得这一术式的风险比较低。单隧道双束ACL重建技术是在传统单隧道单束的基础上，通过改变隧道内口固定方式，将重建韧带分为AM和PL束，手术操作难度与双隧道双束重建相比大大降低，风险基本等同传统单隧道单束ACL重建，同时还可弥补单隧道单束在旋转和侧向不稳定方面的缺陷。Gadikota等[12]的生物力学研究显示，单隧道双束解剖重建ACL较单隧道单束重建更接近于正常ACL的生物力学特性。区永亮等[13]研究认为，单隧道双束ACL重建时，将两束韧带分别在20 N的初始张力下屈膝20°进行固定，能够恢复膝关节的前后及旋转稳定性，从而可以更好地恢复原有的运动学功能。
综上所述，本研究所设计的ACL单隧道双束重建分隔钉能够改进现有内固定产品的不足，在固定方式、操作技术上有所创新，基本解决了ACL止点解剖重建问题，使用方便，便于临床推广。
[参考文献]
[1] Woo SL,Kanamori A,Zeminski J,et al.The effectiveness of reconstruction of the anterior cruciate ligament with hamstrings and patellar tendon . A cadaveric study comparing anterior tibial and rotational loads[J].J Bone Joint Surg Am,2002,84-A(6):907-914.
[2] Loh JC,Fukuda Y,Tsuda E,et al.Knee stability and graft function following anterior cruciate ligament reconstruction: Comparison between 11 o’clock and 10 o’clock femoral tunnel placement[J].Arthroscopy,2003,19:297-304．
[3] Yagi M,Wong EK,Kanamori A,et al.Biomechanical analysis of an anatomic anterior cruciate ligament reconstruction[J].Am J Sports Med,2002,30(5):660-666.
[4] Freedman KB,D’Amato MJ,Nedeff DD,et al.Arthroscopic anterior cruciate ligament reconstruction: a metaanalysis comparing patellar tendon and hamstring tendon autografts[J].Am J Sports Med,2003,31(1):2-11.
[5] Bach BR Jr,Tradonsky S,Bojchuk J,et al.Arthroscopically assisted anterior cruciate ligament reconstruction using patellar tendon autograft. Five- to nine-year follow-up evaluation[J].Am J Sports Med,1998,26(1):20-29.
[6] Yunes M,Richmond JC,Engels EA,et al.Patellar versus hamstring tendons in anterior cruciate ligament reconstruction: A metaanalysis[J].Arthroscopy,2001,17(3):248-257.
[7] Shen W,Jordan S,Fu F.Review article: anatomic double bundle anterior cruciate ligament reconstruction[J].J Orthop Surg(Hong Kong),2007,15(2):216-221.
[8] Iwahashi T,Shino K,Nakata K,et al.Assessment of the “functional length” of the three bundles of the anterior cruciate ligament[J].Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc,2008,16(2):167-174.
[9] Aljaberi M,曾炳芳,蒋连,等.前交叉韧带重建术中移植物等距特性与固定角度的影响[J].上海交通大学学报(医学版),2006,26(4):404-408.
[10] Noyes FR,Butler DL,Grood ES,et al.Biomechanical analysis of human ligament grafts used in knee-ligament repairs and reconstructions[J].J Bone Joint Surg Am,1984,66(3):344-352.
[11] Kato Y,Ingham SJ,Kramer S,et al.Effect of tunnel position for anatomic single-bundle ACL reconstruction on knee biomechanics in a porcine model[J].Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc,2010,18(1):2-10.
[12] Gadikota HR,Seon JK,Kozanek M,et al.Biomechanical comparison of single-tunnel-double-bundle and single-bundle anterior cruciate ligament reconstructions[J].Am J Sports Med,2009,37(5):962-969.
[13] 区永亮,黄华扬,郑小飞,等.单隧道双束前交叉韧带重建不同移植物固定角度的生物力学研究[J].中华关节外科杂志(电子版),2013,7(1):70-76．
Development of a Separate Nail for Single-Tunnel Double-Bundle Reconstruction of Anterior Cruciate Ligament
LV Hong-sheng1, YANG De-yu1, WANG Qing-keng1, YANG Ai-wu1, LIN Hong-guang1, SU Zai-quan1, ZHANG Chun-li2, YOU Rui-jin1
1. Department of Orthopedics, No. 180 Hospital of PLA, Quanzhou Fujian 36200, China; 2. Department of Sport Injury, Xijing Orthopedics Hospital, the Fourth Military Medical University, Xi'an Shaanxi 710032, China
Abstract：This paper elaborated the development of a separate nail for single-tunnel double-bundle femoral-end reconstruction of ACL (Anterior Cruciate Ligament). The separate nail was streamlined and teardrop-shaped on the cross section and had protuberant splitting fn on the side. At the end of splitting fn, skid-proof gears were seen; while, on the opposite side, anti-rotation skid-proof gears were designed. By using the separate nail, the tendon was closer to stess zone of anatomic stop, and the distribution area of tendon in the foot-print zone could be expanded as much as possible so as to achieve the requirement of anatomic reconstruction more likely. The combination of separate nails and the endobutton made the tendon redistributed to the anatomy-functional position and at the same time guaranteed favorable fxed force.
Key words：anterior cruciate ligament; single-tunnel double-bundle reconstruction; arthroscopy; separate nails
[中图分类号]R686.5
[文献标志码]A
doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2016.07.013
[文章编号]1674-1633(2016)07-0045-03
收稿日期：2016-02-20
基金项目：2014年南京军区第18分部医学科技青年培育项目（18FB QN2014010）。
通讯作者：尤瑞金，副主任医师。