發(fā)布時(shí)間：2016-11-28 09:14

  本文關(guān)鍵詞：骨盆前環(huán)解剖研究及前環(huán)損傷空心螺釘與重建鋼板治療的有限元分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《山東大學(xué)》 2015年

骨盆前環(huán)解剖研究及前環(huán)損傷空心螺釘與重建鋼板治療的有限元分析

余可和  

【摘要】：研究背景：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和城鎮(zhèn)化腳步的加快,高處墜落傷、交通事故傷也逐漸增多,伴之而來(lái)是骨盆髖臼骨折的發(fā)病率也逐年增多。有研究表明骨盆骨折占全身骨折的1%-3%,其發(fā)生率雖位居四肢骨折和脊柱骨折之后,但骨盆骨折失血性休克的發(fā)生率卻比后兩者高約40%,并發(fā)癥較為多見(jiàn),死亡率高達(dá)10.2%。低能量損傷引起的骨盆骨折多為穩(wěn)定性骨折,臨床處理較容易,病人一般均能順利康復(fù)。高能量損傷所致的骨盆骨折復(fù)雜且嚴(yán)重,畸形愈合、創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎等的發(fā)生率可達(dá)50%-60%,患者的死亡率甚至高達(dá)20%左右。鑒于骨盆骨折的高致畸率及高死亡率,有必要對(duì)骨盆骨折的診療進(jìn)行更深入的研究。關(guān)于骨盆骨折正式的的文獻(xiàn)記載始于19學(xué)者世紀(jì),Malgaine首次對(duì)半骨盆骨折的錯(cuò)位進(jìn)行描述,此后Pennal首次對(duì)骨盆骨折進(jìn)行了系統(tǒng)性地分類。目前較常用的骨盆骨折的分類方法有Tile、Young和Letoumel分類方法。早期由于對(duì)骨盆骨折的解剖和發(fā)病機(jī)制認(rèn)識(shí)不足,通常采用保守治療,但療效欠佳。自20世紀(jì)80年代以來(lái)隨著對(duì)骨盆骨折認(rèn)識(shí)的深入,國(guó)外廣泛采用切開(kāi)復(fù)位內(nèi)固定治療骨盆骨折,逐漸手術(shù)成為治療骨盆骨折的有效手段。隨著骨盆手術(shù)的廣泛開(kāi)展,很多學(xué)者發(fā)現(xiàn)由于骨盆的解剖復(fù)雜,骨骼結(jié)構(gòu)位置深在,加之很多高能量損傷導(dǎo)致骨折粉碎,在手術(shù)過(guò)程中很難獲得清晰的術(shù)野,難免損傷神經(jīng)血管。因此如何在骨盆骨折的治療過(guò)程中,用最小的創(chuàng)傷獲得穩(wěn)定的療效,一直是骨科醫(yī)師致力探討解決的問(wèn)題。隨著對(duì)疾病認(rèn)識(shí)的深入、手術(shù)技巧的提升以及術(shù)中透視技術(shù)的發(fā)展,骨盆骨折的治療也日趨微創(chuàng),近年來(lái)骨盆骨折經(jīng)皮固定技術(shù)得到了快速的發(fā)展,由于該技術(shù)損傷小、出血少、臥床時(shí)間短、并發(fā)癥低備受臨床醫(yī)生的關(guān)注。骨盆環(huán)有著特殊的解剖構(gòu)成,其前部結(jié)構(gòu)是恥骨聯(lián)合和恥骨支,文獻(xiàn)報(bào)道前環(huán)結(jié)構(gòu)對(duì)骨盆的穩(wěn)定性起40%作用,后部結(jié)構(gòu)占穩(wěn)定作用的60%。恥骨聯(lián)合或恥骨上、下支損壞,會(huì)導(dǎo)致前環(huán)不穩(wěn),而骶髂關(guān)節(jié)、關(guān)節(jié)囊韌帶、骶骨骨折等損傷,則會(huì)導(dǎo)致后環(huán)的不穩(wěn)。骨盆前后環(huán)骨折的切開(kāi)復(fù)位內(nèi)固定治療經(jīng)歷了鋼絲張力帶、鋼板螺釘、外固定支架、骶骨螺釘?shù)确绞?近年來(lái),隨著術(shù)中透視系統(tǒng)的發(fā)展和微創(chuàng)手術(shù)器械的改進(jìn),骨盆骨折的微創(chuàng)手術(shù)逐漸風(fēng)靡起來(lái)。郭曉山等的臨床實(shí)踐表明采用閉合復(fù)位經(jīng)皮空心螺釘內(nèi)固定治療不穩(wěn)定骨盆骨折具有損傷小、出血少等諸多優(yōu)點(diǎn),但他同時(shí)也發(fā)現(xiàn)由于骨盆區(qū)的的特殊解剖、骶骨的高變異率以及術(shù)中透視的局限性,手術(shù)存在一定的并發(fā)癥。有文獻(xiàn)報(bào)道螺釘置入后錯(cuò)位的發(fā)生率為2.05%-13.00%,不良的置釘可能會(huì)因?yàn)閾p傷髂血管、精索、骶神經(jīng)等重要結(jié)構(gòu)而造成嚴(yán)重的并發(fā)癥。因此準(zhǔn)確的體表定位以及進(jìn)針角度的術(shù)前設(shè)計(jì)是骨盆經(jīng)皮拉力螺釘固定技術(shù)的關(guān)鍵所在,本研究的一部分內(nèi)容是對(duì)骨盆前環(huán)區(qū)域的解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量,為骨盆前環(huán)骨折經(jīng)皮微創(chuàng)治療提供解剖學(xué)基礎(chǔ)和可行性分析,并初步探討空心螺釘導(dǎo)針的進(jìn)針?lè)较蚝徒嵌?為開(kāi)展微創(chuàng)手術(shù)提供參考。多年來(lái),傳統(tǒng)的骨科生物力學(xué)研究方法以尸體標(biāo)本測(cè)試或者臨床觀察為主,但實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)這兩種研究手段均受標(biāo)本來(lái)源、個(gè)體差異、臨床風(fēng)險(xiǎn)等諸多因素的限制。自從1972年學(xué)者Brekelmans首次將有限元分析的方法應(yīng)用到骨科的生物力學(xué)研究,數(shù)字骨科學(xué)得到了深入發(fā)展,越來(lái)越多的研究應(yīng)用數(shù)字醫(yī)學(xué)技術(shù)建立骨折的模型,通過(guò)虛擬復(fù)位內(nèi)固定進(jìn)行預(yù)手術(shù),術(shù)前的模擬操作能夠顯著提高手術(shù)的效率和成功率。其后出現(xiàn)的骨盆3D打印技術(shù)使得平面顯示的三維圖像更加直觀立體,更有利于手術(shù)方案的優(yōu)化及個(gè)性化植入物、工具的制定。數(shù)字骨科學(xué)的出現(xiàn)勢(shì)必為骨科臨床手術(shù)設(shè)計(jì)和個(gè)性化處理提供全新的治療策略。本研究的另一部分內(nèi)容通過(guò)采集受試對(duì)象的骨盆CT掃描數(shù)據(jù)同時(shí)結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助有限元分析方法,根據(jù)骨盆的解剖結(jié)構(gòu),利用交互式醫(yī)學(xué)圖像控制系統(tǒng)MIMICS軟件,建立了包括骨盆皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨、恥骨支,恥骨聯(lián)合及主要韌帶結(jié)構(gòu)的骨盆有限元模型,模擬了臨床經(jīng)皮空心螺釘固定恥骨聯(lián)合分離手術(shù),并于軟件上測(cè)量空心螺釘?shù)倪M(jìn)針點(diǎn)、進(jìn)針?lè)较蛞约斑M(jìn)針點(diǎn)與主要骨性標(biāo)志的距離等,為骨盆恥骨聯(lián)合分離經(jīng)皮螺釘固定提供解剖學(xué)數(shù)據(jù)。經(jīng)皮拉力螺釘固定釘?shù)澜馄蕝��?shù)的數(shù)字模型,可以直接用于臨床手術(shù),為經(jīng)皮骨盆微創(chuàng)治療的廣泛開(kāi)展提供理論指導(dǎo),提高手術(shù)的準(zhǔn)確性、安全性。此外建立骨盆前環(huán)骨折(恥骨聯(lián)合分離和恥骨上支骨折)的三維有限元模型,分別使用空心螺釘和重建鋼板模擬骨折的治療,通過(guò)對(duì)骨折端應(yīng)力作用下的位移和模型內(nèi)部的應(yīng)力情況進(jìn)行計(jì)算和分析,探討內(nèi)固定方式對(duì)骨盆和植入物本身的影響,為經(jīng)皮骨盆前環(huán)骨折的微創(chuàng)治療提供生物力學(xué)的依據(jù)。此外利用骨盆恥骨支骨折患者的CT掃描數(shù)據(jù)打印了3D骨盆模型,通過(guò)模擬鋼板螺釘?shù)闹踩?實(shí)現(xiàn)術(shù)前的鋼板預(yù)塑形、螺釘方向預(yù)設(shè)計(jì)并在真實(shí)術(shù)中驗(yàn)證3D打印模型對(duì)于術(shù)前規(guī)劃的價(jià)值。本研究通過(guò)初步嘗試3D打印技術(shù),分析總結(jié)該技術(shù)對(duì)臨床工作的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。為驗(yàn)證試驗(yàn)設(shè)想,評(píng)價(jià)骨盆前環(huán)骨折微創(chuàng)手術(shù)的科學(xué)性與可行性,我們?cè)O(shè)計(jì)和進(jìn)行了如下三部分研究,并將結(jié)果報(bào)告如下：第一部分恥骨聯(lián)合分離經(jīng)皮空心螺釘固定釘?shù)绤��?shù)的解剖學(xué)測(cè)量及其有限元研究目的：通過(guò)對(duì)骨盆前環(huán)及其毗鄰組織的解剖學(xué)測(cè)量,同時(shí)利用Mimics軟件對(duì)經(jīng)皮空心螺釘固定恥骨聯(lián)合分離的釘?shù)绤��?shù)進(jìn)行研究,為經(jīng)皮空心螺釘固定治療恥骨聯(lián)合分離提供解剖學(xué)依據(jù)。方法：取防腐正常成人骨盆標(biāo)本20個(gè),測(cè)量恥骨聯(lián)合骨性標(biāo)志的解剖參數(shù),并測(cè)量精索(子宮圓韌帶)與恥骨結(jié)節(jié)的間距,死亡冠與同側(cè)恥骨結(jié)節(jié)的距離以及死亡冠在恥骨上支的投影。建立骨盆三維有限元模型,模擬恥骨聯(lián)合分離的空心螺釘固定,利用軟件測(cè)量進(jìn)針點(diǎn)距恥骨結(jié)節(jié)外緣距離以及空心螺釘?shù)倪M(jìn)釘方向。結(jié)果：解剖學(xué)測(cè)量發(fā)現(xiàn)恥骨上支的最窄徑9.137±1.189mm,兩恥骨結(jié)節(jié)間距55.656±3.780mm,恥骨聯(lián)合上部厚度10.510±0.814mm,恥骨聯(lián)合上下距40.872±1.211mm,精索與恥骨結(jié)節(jié)間距4.408±0.314mm,子宮圓韌帶與恥骨結(jié)節(jié)間距5.196±0.351mm。死亡冠與同側(cè)恥骨結(jié)節(jié)的平均距離為44.5mm,死亡冠與其在恥骨上支投影點(diǎn)的平均距離為18.5mm。Mimics軟件測(cè)量空心螺釘導(dǎo)針和水平面角度8.342±2.152°,導(dǎo)針和冠狀面角度5.236±1.612。,進(jìn)針點(diǎn)距恥骨結(jié)節(jié)外緣距離10.013±1.145mm。于尸體標(biāo)本模擬平臥位經(jīng)皮手術(shù),術(shù)后影像學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)螺釘植入正確。結(jié)論：恥骨聯(lián)合分離經(jīng)皮空心螺釘固定釘?shù)绤��?shù)的解剖學(xué)及有限元研究結(jié)果,能夠提高螺釘植入的準(zhǔn)確性,減少并發(fā)癥的發(fā)生。第二部分：空心螺釘與重建鋼板螺釘固定治療恥骨聯(lián)合分離的三維有限元分析目的：比較空心螺釘與重建鋼板固定治療恥骨聯(lián)合分離的力學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性,為臨床的內(nèi)固定術(shù)式選擇提供依據(jù)。方法：對(duì)恥骨聯(lián)合分離患者的髖關(guān)節(jié)進(jìn)行CT掃描,建立恥骨聯(lián)合分離的三維有限元模型,在MIMICS軟件中采用虛擬手術(shù)功能對(duì)恥骨聯(lián)合進(jìn)行復(fù)位,分別建立重建鋼板螺釘內(nèi)固定治療恥骨聯(lián)合分離模型與空心螺釘內(nèi)固定治療恥骨聯(lián)合分離模型的模型,并于加載后進(jìn)行非線性有限元分析,通過(guò)應(yīng)力、應(yīng)變?cè)茍D等觀察骨組織以及植入物的應(yīng)力分布特點(diǎn)。結(jié)果：通過(guò)應(yīng)力應(yīng)變?cè)茍D比較分析后發(fā)現(xiàn),采用空心螺釘內(nèi)固定相對(duì)于重建鋼板螺釘內(nèi)固定的應(yīng)力分布更為均勻,無(wú)應(yīng)力高度集中現(xiàn)象,重建鋼板螺釘固定存在釘板接觸部位應(yīng)力集中的斷釘及釘?shù)浪蓜?dòng)可能,但兩者的總體位移相似。結(jié)論：利用有限元方法分析恥骨聯(lián)合分離兩種內(nèi)固定術(shù)式的生物力學(xué)穩(wěn)定性,具有較高的可重復(fù)性和真實(shí)性,從術(shù)后的力學(xué)穩(wěn)定性和相容性結(jié)合臨床操作的微侵襲性,經(jīng)皮空心螺釘比較能滿足臨床骨盆損傷微創(chuàng)治療的需要。第三部分空心螺釘固定與重建鋼板螺釘固定治療恥骨上支骨折的三維有限元分析目的：比較空心螺釘與重建鋼板固定恥骨上支骨折的力學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性,為臨床的恥骨上支骨折的微創(chuàng)治療提供生物力學(xué)的依據(jù)。方法：對(duì)恥骨上支骨折的患者的髖關(guān)節(jié)進(jìn)行CT掃描,建立恥骨上支骨折的三維有限元模型,在MIMICS軟件中采用虛擬手術(shù)功能對(duì)恥骨上支進(jìn)行復(fù)位,分別建立重建鋼板螺釘內(nèi)固定及空心螺釘內(nèi)固定的模型,并于加載后進(jìn)行非線性有限元分析,通過(guò)應(yīng)力、應(yīng)變?cè)茍D等觀察骨組織以及內(nèi)置物應(yīng)力分布特點(diǎn)。此外利用患者的CT掃描數(shù)據(jù)打印了3D骨盆模型,于術(shù)前模擬鋼板螺釘?shù)闹踩?進(jìn)行鋼板預(yù)塑形、螺釘方向預(yù)設(shè)計(jì)。結(jié)果：通過(guò)應(yīng)力應(yīng)變?cè)茍D比較分析后發(fā)現(xiàn),采用鋼板內(nèi)固定相對(duì)于空心螺釘內(nèi)固定的應(yīng)力分布均勻,總體位移小,空心螺釘固定存在一定程度的應(yīng)力集中,但應(yīng)力在可承受范圍內(nèi)。3D打印實(shí)現(xiàn)術(shù)前的鋼板預(yù)塑形、螺釘方向預(yù)設(shè)計(jì)并在真實(shí)術(shù)中驗(yàn)證3D打印模型對(duì)于術(shù)前規(guī)劃的價(jià)值。結(jié)論：利用有限元方法分析恥骨上支骨折的兩種內(nèi)固定術(shù)式的生物力學(xué)穩(wěn)定性,具有較高的可重復(fù)性和真實(shí)性,鋼板和空心螺釘固定均有很好的力學(xué)穩(wěn)定性,經(jīng)皮空心螺釘固定更適合臨床骨盆損傷的微創(chuàng)治療。本研究通過(guò)初步嘗試3D打印技術(shù),通過(guò)臨床應(yīng)用認(rèn)為該技術(shù)對(duì)臨床工作具有實(shí)際指導(dǎo)價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：R687.3
【目錄】：

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【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：骨盆前環(huán)解剖研究及前環(huán)損傷空心螺釘與重建鋼板治療的有限元分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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