髕骨骨折常肇因於高速碰撞之意外事故，如運動傷害或是交通意外。對於嚴重的骨折需要透過手術固定以回復膝關節之正常?能。目前最常見之手術治療方式是以鋼線搭配鋼針或是中空螺釘來進行固定，藉由金屬植入物與髕骨前表面之鋼線來建構張力帶，抵抗來自於股四頭肌拉力與股骨髁合併作用所產生之扭矩。目前文獻上指出以部分螺紋之中空螺釘搭配鋼線構築之張力帶，可以建構比傳統鋼針搭配鋼線更為穩固之結構。但是，使用鋼線構築張力帶術式，需要切開髕骨前方軟組織才能進行鋼線之纏繞，因此傷口比較大；反之，若是僅使用螺釘進行固定，則可以使用微創的方式來進行手術，大幅縮小傷口，同時也可以減少術後的疼痛感，加快術後復健治療的腳步。但是，只有使用螺釘而沒有使用鋼線加強之方式，其結構穩定度會比較弱。目前骨科手術會可使用埋頭加壓螺釘或是全螺紋的中空螺釘來增加對於骨折固定的能力，但是將埋頭加壓螺釘或是全螺紋的中空螺釘用在髕骨骨折固定的研究則相當少。因此，為了有效提升對髕骨骨折固定之穩定度，同時減少使用鋼線造成的相關手術創傷(免去髕骨前方之傷口)，以達到微創且兼具穩定目的，本研究分析比較在使用中空螺釘固定髕骨骨折之術式中，有無加上鋼線纏繞對於骨折固定之差異，考量因素還包括不同螺釘深淺位置與螺紋型態，包括部分螺紋、全螺紋以及埋頭加壓螺釘，比較基準為傳統之張力帶固定法，以期找出最佳之固定器材與配置，做為臨床醫師在施術時之參考依據。 本研究建立一完整之膝關節實體模型，包含股骨末端、脛骨近端以及髕骨，將建立好的模型導入有限元分析軟體(ANSYS Workbench 2020 R1)來進行網格化與後續的計算分析，並使用彈簧元素來模擬髕骨韌帶。分析包括不同螺釘深淺位置(與髕骨前表面的距離)，深度5 mm 和10 mm，以及螺紋型態，包括埋頭加壓螺釘、全螺紋以及半螺紋中空螺釘等三種不同之螺紋型態，以及有無搭配不銹鋼線所構築之張力帶，在受到一模擬股四頭肌拉力之力學反應。因為在沒有使用鋼線的情況下，結構強度較低，無法承受高負載，所以有使用鋼線之模型施加800 N之拉力，而沒有鋼線之模型則將拉力降低至400 N。本研究考慮兩種不同之膝關節彎曲角度，包括膝關節完全伸直與彎曲45度時，髕骨受力之反應。比較指標包括髕骨位移量、骨折間隙之變化、接觸面積與壓力等等，此外，本研究使用線性回歸推算骨折間隙增加量與外力大小之線性關係，做為結構剛度之指標。髕骨位移量、骨折間隙變化以及結構剛度代表結構整體之穩定度。 結果顯示使用鋼線以及將螺釘放置在較為表淺的5 mm位置，都可以有效降低骨折間隙的變化量同時提升整體結構剛度。此外，使用全螺紋或是埋頭加壓螺釘的穩定度均比傳統之半螺紋中空螺釘為佳，且全螺紋之中空螺釘比埋頭加壓螺釘之穩定度更高，尤其是在螺釘放置位置在較為表淺之5 mm時，結果更為顯著。此外，若是考慮在微創的術式下，使用全螺紋之螺釘或是埋頭加壓螺釘，且放置在5 mm 深度，就算不使用鋼線，其穩定度亦高於部分螺紋之螺釘再加上鋼線之傳統做法。 在膝關節伸直的狀態下，只有使用全螺紋之螺釘與埋頭加壓螺釘而無使用鋼線的結構剛度為1924 6與1531 N/mm，而使用部分螺紋之螺釘加上鋼線之結構剛度在螺釘深度為5 mm時為1054 N/mm，螺釘深度為10 mm時則為727 37 N/mm。當膝關節彎曲45度時，只有使用全螺紋之螺釘與埋頭加壓螺釘而無使用鋼線的結構剛度為1652 1與1445 4 N/mm，而使用部分螺紋之螺釘加上鋼線之結構剛度在螺釘深度為5 mm時為937 68 N/mm，螺釘深度為10 mm時則為694 54 N/mm。在接觸面積與壓力的結果方面，在目前的結果中並無法歸納出一個明確的趨勢。 根據本研究之結果，建議使用全螺紋或是埋頭加壓中空螺釘八配鋼線以達到固定髕骨橫斷骨折之最加?效；此外，若是考慮採用微創手術的方式而不使用鋼線，則建議使用全螺紋或是埋頭加壓中空螺釘且放置於較為表淺之位置(5-mm)，可以獲得較佳之穩定度。若是選擇將螺釘放在較為深的位置時(10-mm)，則建議使用鋼線以加強固定?效；螺釘放置於較深的位置且不使用鋼線之方式則不建議臨床醫師使用。
Biomechanics of Cannulated Screw with Anterior Wire in Fixing Transverse Patellar Fracture
致軒, 城. (Author). 2020
學生論文: Doctoral Thesis