如何避免拆除LCP钛钢板的冷焊接

如何预防LCP钛钢板 冷焊接及如何在拆钉前识别LCP钢板冷焊接

Cooling welding   of  LCP广东省中医院骨科许树柴

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          广州中医药大学附属广东省中医院二沙岛医院骨科    许树柴  

      什么是冷焊接？

金属接触表面原子清洁裸露是发生冷焊接的必要条件。

金属接触面间有相对运动，或接触面间施加一定的反向压力，使分子膜、污染膜被清除，氧化膜遭到破坏，金属裸露原子相互接触，为发生冷焊接提供了条件。冷焊接的定义为金属在固态条件下，两接触面间的粘结和原子间的键结，也称冷焊效应。

1. 冷焊机的历史

冷压焊接技术相对与其他的焊接技术还是比较年轻的.第二次世界大战中,英国飞行员Sowter 先生用类似钝刀的物体将2块重叠的铝板切断,无意中发现了2块铝板被不知明力量紧密的结合在一起.通过这一现象,英国的General Electric Co.研究所开始研究冷压焊金属的技术,并将这一技术带入工业生产领域.

对于中国冷压焊接还是个新型名词, 而在国外的一些发达国家已非常普及.虽然国内一些企业公司已经开始熟悉和使用冷焊机,但还未达到普及的程度. 相信随着冷压焊接技术难题逐一被攻破,空白被填补,国内市场越发成熟, 冷压焊接会被越来越多的领域所接受.

2. 冷焊机的原理和优势

冷焊机工作原理是在集中压力负荷作用下,使需要连接的两接触表面积扩大,从而使得焊接表面上的原始的阻碍焊接的氧化保护膜破裂,高压负载又使暴露的纯净金属物质紧密接触,产生原子之间的结合。经过焊接时严重变形的冷压焊接头,其结合界面均呈现复杂的峰谷和犬牙交错的空间形貌,其结合面面积比简单的几何截面大。在正常情况下,同各金属的冷压焊接头强度不低于母材;异种金属的冷压焊接头强度不底于两边母线强度.很多金属材料在传统的高温焊接下会导致接头变形变粗、异物掺入、电阻变大导电性能变弱等缺陷。而在常温下工作的冷焊机则完全不会出现以上问题,只不过会在接头处有一些因硬化而变形的渣滓而已,用平口钳轻轻剥去便可。

3. 适用于冷压焊接的金属

一般硬度不高,延性好的金属线材都适用与冷焊机。例如:铝、铜、镍、金、银、锡、铂、锌、钽、铌以及其合金等;以上两种不同种类的金属也可以进行焊接,且焊接效果与同一材质焊接效果无二。

4. 冷焊后接头的情况

经过反复实验,结果表明:冷压焊接头界面处挤压碎化的细晶形成机械咬合,咬合在一起的细晶形成了晶间结合的金属键合,接头部分的强度与母线的强度相等;接头处除出多余的渣滓后没有明显的突起、变形、被腐蚀等情况;不同于其他热作用焊接,没有明显的原子扩散;接头电阻、导电性能与母线相比也没有变化。

MIPPO技术下使用LCP要使用配套的导向器，按照正规步骤操作。术中若用普通改锥拧紧锁定螺钉，最后用扭力改锥锁定时虽然同样可以听到“咔嗒”声，但此时螺钉与钢板之间的扭力已远远大于技术要求的锁定扭力400 N，造成螺钉与钢板之间出现“冷焊接”，导致骨折愈合后内固定取出困难。建议在拧入锁定螺钉最后几圈时应采用扭力改锥以避免用力过大。混合使用标准螺钉和锁定螺钉时，应先拧入标准螺钉，否则可能对骨造成旋压而影响固定效果。

LCP原理及应用 定义 所谓锁定钢板是一种带有螺纹孔的骨折固 定装置，此孔在有螺纹头的螺钉拧入后， 钢板就变为一种（螺钉）角度固定装置。 锁定钢板可同时具有锁定及非锁定螺孔以 供不同螺钉拧入（又叫结合钢板）。 发展出这种牢固固定方式的初衷是为避免 广泛的软组织剥离 概述 任何能够拧入角度固定/角度稳定的螺钉或栓的钢 板实质上都是锁定钢板。锁定钢板与传统钢板的 主要生物力学差异是后者依赖于骨-钢板界面的摩 擦力来完成钢板对骨的加压。随着轴向负荷循环 增加，螺钉开始栓牢（栓牢的具体意思未能明 确）并导致摩擦力减少，最终钢板因此松动。如 果在骨折愈合前发生钢板松动，骨折端将会不稳 定，最终导致钢板断裂。在越难获得及维持牢固 的螺钉固定的地方（例如干骺端以及骨质疏松的 骨端），就越难维持骨折端的稳定性 锁定加压钢板原理 锁定加压钢板为两种完全不同的固定技术的结 合，该内植物包含两种相反的接骨术原理，即以 直接解剖复位为特点的传统钢板接骨术和桥接钢 板接骨术。LCP既可仅当作动力加压钢板使用， 亦可通过锁定螺钉而进作为内支架使用，或是上 两种方式的联合，这为外科医师提供多种选择。 然而，这些新的可能性亦即意味着，若要想获得 LCP系统带来的最大价值及好的临床结果，则必 须理解不同的生物力学接骨术原理及做好术前准 备 历史背景 第一版AO内固定手册描述骨折加压钢板内固定治疗的目 的是坚强内固定，以便术后初期骨骼有足够强度来早期活 动，而这可通过骨折块间加压达到骨折端绝对稳定得以实 现。动力加压钢板的发展实现了这一内固定目的，它通过 偏心钻孔、加压螺钉的放置完成骨折区轴向加压。与这一 原则相映，如此内固定手术可导致无可见骨痂形成的一期 骨愈合。传统钢板固定方法基于采用足够数量螺钉通过高 压应力将钢板固定于骨面而产生稳定骨-内植物连接。应 用此技术时，双皮质螺钉固定产生可能的最大把持力。然 而，很小的骨折块采用折块间减压技术时，亦要求广泛的 骨折区暴露。单个骨折块的剥离及骨折区的暴露因骨、软 组织活力的丧失而随之导致感染、骨不连和骨折延迟愈 合。

  锁定钢板外固定架的生物力学原则相仿，无需 钢板与骨之间的摩擦力。由于螺钉与钢板之间存在角度稳 定界面，放置钢板时可以完全不与骨发生接触，所以它们 在生物力学角度被看作是内固定架。但锁定钢板实质上能 被看作放置于皮下的外固定架，尽管前者的钢板-骨间隙 更短而具有更大的稳定性。现在许多传统钢板都有与其相 应的锁定钢板。越来越多的生产商也在提供有锁定孔的解 剖钢板，例如股骨近端及股骨远端、胫骨近端及胫骨远 端、肱骨近端及肱骨远端、以及跟骨的预塑形解剖钢板。 钢板的设计使得在很多情况下钢板与骨之间的接触得以大 幅减少，藉以保留骨膜血运以骨折端的灌注。越来越多的 锁定钢板有外部支架手柄、持具以及钝头设计，从而便于 医师在肌肉下或皮下放置钢板，以达到微创的目的 锁定加压钢板原理及发展 LCP原则的发展基于pc-fix和LISS系统获得 的实践。与这些系统相对，拥有联合孔的 LCP让术者根据骨折的位置而选择内固定和 动力加压。根据患者个体情况，LCP可作加 压钢板、锁定内支架或两种结合用 必须理解桥接钢板接骨术生物力学背景。 术者应用LCP遭遇的陷阱大部分与内植物无 关，此应归因于忽视生物接骨术重要的基 本原则 锁定钢板的固定原则 关节内粉碎骨折，例如胫骨平台双髁骨折以及股骨远端骨 折，都是极不稳定的骨折。在获得解剖复位后，关节内骨 折块必须与股骨干重新连接同时还要保持对线良好。由于 存在骨骺或骨骺-骨干粉碎，很难获得骨折愈合所需的足 够稳定性。所以在传统使用的外侧钢板之外，还需要在骨 折内侧使用起支撑作用的钢板或外固定架。锁定钢板在这 种情况下即可提供较传统钢板更高的稳定性，以至于无需 再另外使用钢板。这种额外的稳定性即来自锁定与传统钢 板之间的生物力学差异。如前所述，锁定钢板不依赖骨- 钢板界面之间的摩擦力。稳定性是靠具有角度稳定的螺钉 与钢板之间的界面维持。由于这种锁定内固定器具有稳定 的整体性，其锁定头的螺钉的拔出力较普通螺钉高出很 多。由于螺钉锁定于钢板之上，除非周围的螺钉全部被拔 出或发生断裂，一颗螺钉很难单独被拔出或发生断裂 螺钉数目和位置 同样重要的第二数值为螺钉密度（即为植入螺钉数目除以 钢板螺孔数之商）。经验显示该值应小于0.4-0.5。与传统 钢板接骨术相比，应用LCP时不再推荐每块骨折块固定的 确切的螺钉数或皮质数。

骨折远、近端主骨块的固定仍然 重要，但更重要的是尽可能少的植入螺钉数与高钢板力矩 一致，以使螺钉载荷更小。为保持内固定结构体稳定，至 少应用两枚单皮质螺钉固定主骨块。从安全角度考虑，即 使多置入一枚螺钉并非更佳，但为确保稳定，我们一般推 荐每主骨块固定两至三枚螺钉。双皮质螺钉的应用并未改 善螺钉失败，但其增加螺钉-骨结合，因此建议每主骨块 至少使用一枚双皮质螺钉。螺钉的轴向拔出力由螺钉外径 决定。外径从4.5mm（传统螺钉）增至5.0mm（锁定螺 钉），使得单皮质使用的锁定螺钉提供传统双皮质固定的 普通螺钉的70把持力 优点 锁定钢板所提供的高度稳定性对于医师治 疗下列骨折尤其有效：骨质疏松骨折、粉 碎双髁骨折或任何高度不稳定的骨折，上 述骨折单独使用传统钢板可能无法提供足 够的稳定性。而且既然只需一块钢板、钢 板也不再需要紧贴骨干来获得稳定，固定 钢板也不再需要广泛地剥离、显露软组 织，局部血运得以保留，骨折愈合也更有 把握 锁定钢板的弊端 锁定钢板较传统钢板远为昂贵。对许多骨折也不必用锁定 钢板进行治疗。很难利用锁定钢板来对钢板进行充分复 位。尤其是只有锁定孔的特殊钢板，在钢板固定以前必须 对先将骨折端复位。一旦锁定螺钉透过钢板打入骨端，此 骨端就不能通过打入另外螺钉或使用加压装置等方式来调 整位置。为避免骨折复位不良，螺钉的放置顺序至关重 要。

手术医师还需要一系列复位技术，诸如：无手牵引 （不清楚具体概念，估计是非徒手牵引，而是利用一些器 械来完成牵引）、股骨牵引器、经皮骨钳等，来辅助锁定 钢板的固定。骨科医师应该时刻牢记：尽管锁定钢板技术 先进、价格昂贵，但其并不能用于改善复位、因而也不能 促进复位不良的骨折愈合。例如，如果骨折最终的固定过 于坚固，特别是在使用桥接技术时，有可能发生骨不愈 合。此时不愈合的形成原因是坚固的钢板牢固螺钉骨折 端分离 禁忌症 锁定钢板作为锁定内固定器使用时一项典 型禁忌症是需要折块间加压的简单骨折 与此类似，采用微创技术治疗经皮放置锁 定钢板治疗简单骨折也是禁忌症之一 最后，间接复位和锁定钢板固定也不适于 移位的关节内骨折，因为此类骨折需要开 放解剖复位及折块间加压、牢固固定 锁定钢板的陷阱 螺钉与锁定孔之间按有大于5度的成角就会最终导致螺钉 固定失败。必须仔细操作以保证螺钉与螺钉孔的轴线保持 一致。这在进行微创操作时可能相当困难。螺纹对位不良 会导致螺钉松动及固定丢失。动力加压孔是联合锁定钢板 上最薄弱的部位。术中钢板塑形时，折弯就发生在这里； 当局部应力集中增加或张力增加时，钢板断裂也发生在 此。

因此，当使用桥接钢板固定粉碎骨折时，至少要在骨 折线周围空出3-4个螺钉孔已获得一较大的应力分散区。 传统钢板的断裂发生在螺钉-钢板界面而导致螺钉头断 裂；与之相比，锁定钢板的螺钉-钢板锁定螺孔界面是其 最坚固的部分。锁定螺钉头与螺钉杆之间的直径差异较之 普通螺钉要小很多，所以在此断裂的可能性也相应变小。 然而锁定螺钉头在骨折长期不稳定以及旋转力导致的张力 作用下也可发生断裂，正如图四所示肱骨近端不愈合导致 的断裂一样 锁定钢板可使用双皮质或单皮质螺钉。至于螺钉种类（自 钻/自攻或单自攻）及长度（单皮质或双皮质）则需根据 基于既定原则选择以避免并发症。一条总原则是：在微创 锁定钢板中使用的自攻或自钻螺钉（比如LISS），应该统 一用单皮质方式进行固定。主要原因是自钻螺钉尖端锋 利，如果双皮质固定则可能在对侧引起神经血管或软组织 损伤。而且，自钻或自攻螺钉在钻透对侧皮质时可能同时 破坏本侧骨皮质中的螺纹而使锁定螺钉的把持力下降。同 样，单皮质自攻螺钉的一个缺点长度不足。如果螺钉太短 的话，近侧皮质中的骨螺纹不能充分拧入螺钉，这样单块 锁定结构在循环负荷作用下易于发生断裂。而如果单皮质 非自钻螺钉稍微长一些就会顶到对侧皮质，从而破坏本侧 的骨螺纹 单皮质锁定螺钉的拔出强度几乎与同样直径的双皮质传统 螺钉相同，而是等直径双皮质锁定螺钉拔出强度的70。 问题是，究竟螺钉需要多大的拔出强度？目前还没有客观 评估的方法。似乎也没有必要去探究，因为锁定钢板极少 发生螺钉拔出引起的固定失败。

在决定使用单皮质或双皮 质螺钉时，必须考虑两种因素：一、皮质骨的质量如何； 二、作用于骨折端的旋转应力的大小。在确定单皮质螺钉 的长度时，骨皮质的厚度非常重要。如果在优质皮质骨 内，单皮质螺钉有足够的抗拔出力（如前所述，等同同直 径传统双皮质螺钉）。而在干骺端或骨质疏松骨内，由于 骨皮质很薄导致单皮质螺钉的工作长度不足，螺钉的拔出 强度相应降低。而此时再遇到主要承受旋转应力的骨质疏 松的骨折端例如肱骨骨折的骨端时，就变为致命缺陷。此 时就必须使用双皮质螺钉进行固定以获得足够的工作长度 由于这些原因，一般情况下建议对骨质疏松以及 正常骨质量的干骺端骨折行双皮质固定。

还有， 对于由于解剖位置关系易于受到较大旋转应力作 用的骨折，例如肱骨干骨折，也应避免使用单皮 质螺钉固定。实际上使用单皮质螺钉的唯一好处 是不必穿透对侧骨皮质及骨膜，而这对于骨折愈 合的促进作用如何还存在着广泛争议。另外，单 皮质螺钉的刚度要弱于双皮质螺钉。单皮质螺钉 适于固定关节周围骨折时螺钉朝向关节面的情 况，例如肱骨近端骨折 锁定头的螺钉与传统螺钉有特别不同之处。尽管这些差别 显而易见，但它们在临床治疗上的不同点却很隐蔽。第一 个区别是在拧入锁定头螺钉时的扭矩限制扳手非常实用。 其优点是：只要螺钉沿螺孔中心拧入，螺纹就不会破坏， 螺钉也不会过紧。由于拧得过紧导致螺钉头变形或螺纹错 扣（冷焊接）会导致拆除内固定非常困难。这种情况更多 是发生在使用微创技术固定时，由于无法在直视下判断螺 钉的方向，螺钉头部帽孔以及螺钉成角时常发生。与传统 螺钉相比，锁定螺钉由于拧入时感觉一致偏紧所以无法感 知螺钉在骨内的把持情况，这时就很容易上当。许多骨科医师在经历常年的经验积累以及训练后，能够培养出一种 微妙的感觉，从拧螺钉的力反馈就知道是否已经拧紧。但尽管有这种感觉却可能发生固定失败，特别是骨折复位差 很多或者螺钉错扣或螺钉未在钢板充分拧紧时。