發(fā)布時間：2016-11-28 09:14

  本文關鍵詞：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》 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：隨著我國經濟的高速發(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,死亡率高達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。高能量損傷所致的骨盆骨折復雜且嚴重,畸形愈合、創(chuàng)傷性關節(jié)炎等的發(fā)生率可達50%-60%,患者的死亡率甚至高達20%左右。鑒于骨盆骨折的高致畸率及高死亡率,有必要對骨盆骨折的診療進行更深入的研究。關于骨盆骨折正式的的文獻記載始于19學者世紀,Malgaine首次對半骨盆骨折的錯位進行描述,此后Pennal首次對骨盆骨折進行了系統(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。早期由于對骨盆骨折的解剖和發(fā)病機制認識不足,通常采用保守治療,但療效欠佳。自20世紀80年代以來隨著對骨盆骨折認識的深入,國外廣泛采用切開復位內固定治療骨盆骨折,逐漸手術成為治療骨盆骨折的有效手段。隨著骨盆手術的廣泛開展,很多學者發(fā)現由于骨盆的解剖復雜,骨骼結構位置深在,加之很多高能量損傷導致骨折粉碎,在手術過程中很難獲得清晰的術野,難免損傷神經血管。因此如何在骨盆骨折的治療過程中,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題。隨著對疾病認識的深入、手術技巧的提升以及術中透視技術的發(fā)展,骨盆骨折的治療也日趨微創(chuàng),近年來骨盆骨折經皮固定技術得到了快速的發(fā)展,由于該技術損傷小、出血少、臥床時間短、并發(fā)癥低備受臨床醫(yī)生的關注。骨盆環(huán)有著特殊的解剖構成,其前部結構是恥骨聯合和恥骨支,文獻報道前環(huán)結構對骨盆的穩(wěn)定性起40%作用,后部結構占穩(wěn)定作用的60%。恥骨聯合或恥骨上、下支損壞,會導致前環(huán)不穩(wěn),而骶髂關節(jié)、關節(jié)囊韌帶、骶骨骨折等損傷,則會導致后環(huán)的不穩(wěn)。骨盆前后環(huán)骨折的切開復位內固定治療經歷了鋼絲張力帶、鋼板螺釘、外固定支架、骶骨螺釘等方式,近年來,隨著術中透視系統(tǒng)的發(fā)展和微創(chuàng)手術器械的改進,骨盆骨折的微創(chuàng)手術逐漸風靡起來。郭曉山等的臨床實踐表明采用閉合復位經皮空心螺釘內固定治療不穩(wěn)定骨盆骨折具有損傷小、出血少等諸多優(yōu)點,但他同時也發(fā)現由于骨盆區(qū)的的特殊解剖、骶骨的高變異率以及術中透視的局限性,手術存在一定的并發(fā)癥。有文獻報道螺釘置入后錯位的發(fā)生率為2.05%-13.00%,不良的置釘可能會因為損傷髂血管、精索、骶神經等重要結構而造成嚴重的并發(fā)癥。因此準確的體表定位以及進針角度的術前設計是骨盆經皮拉力螺釘固定技術的關鍵所在,本研究的一部分內容是對骨盆前環(huán)區(qū)域的解剖結構進行測量,為骨盆前環(huán)骨折經皮微創(chuàng)治療提供解剖學基礎和可行性分析,并初步探討空心螺釘導針的進針方向和角度,為開展微創(chuàng)手術提供參考。多年來,傳統(tǒng)的骨科生物力學研究方法以尸體標本測試或者臨床觀察為主,但實踐中發(fā)現這兩種研究手段均受標本來源、個體差異、臨床風險等諸多因素的限制。自從1972年學者Brekelmans首次將有限元分析的方法應用到骨科的生物力學研究,數字骨科學得到了深入發(fā)展,越來越多的研究應用數字醫(yī)學技術建立骨折的模型,通過虛擬復位內固定進行預手術,術前的模擬操作能夠顯著提高手術的效率和成功率。其后出現的骨盆3D打印技術使得平面顯示的三維圖像更加直觀立體,更有利于手術方案的優(yōu)化及個性化植入物、工具的制定。數字骨科學的出現勢必為骨科臨床手術設計和個性化處理提供全新的治療策略。本研究的另一部分內容通過采集受試對象的骨盆CT掃描數據同時結合計算機輔助有限元分析方法,根據骨盆的解剖結構,利用交互式醫(yī)學圖像控制系統(tǒng)MIMICS軟件,建立了包括骨盆皮質骨、松質骨、恥骨支,恥骨聯合及主要韌帶結構的骨盆有限元模型,模擬了臨床經皮空心螺釘固定恥骨聯合分離手術,并于軟件上測量空心螺釘的進針點、進針方向以及進針點與主要骨性標志的距離等,為骨盆恥骨聯合分離經皮螺釘固定提供解剖學數據。經皮拉力螺釘固定釘道解剖參數的數字模型,可以直接用于臨床手術,為經皮骨盆微創(chuàng)治療的廣泛開展提供理論指導,提高手術的準確性、安全性。此外建立骨盆前環(huán)骨折(恥骨聯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,通過對骨折端應力作用下的位移和模型內部的應力情況進行計算和分析,探討內固定方式對骨盆和植入物本身的影響,為經皮骨盆前環(huán)骨折的微創(chuàng)治療提供生物力學的依據。此外利用骨盆恥骨支骨折患者的CT掃描數據打印了3D骨盆模型,通過模擬鋼板螺釘的植入,實現術前的鋼板預塑形、螺釘方向預設計并在真實術中驗證3D打印模型對于術前規(guī)劃的價值。本研究通過初步嘗試3D打印技術,分析總結該技術對臨床工作的實際應用價值。為驗證試驗設想,評價骨盆前環(huán)骨折微創(chuàng)手術的科學性與可行性,我們設計和進行了如下三部分研究,并將結果報告如下：第一部分恥骨聯合分離經皮空心螺釘固定釘道參數的解剖學測量及其有限元研究目的：通過對骨盆前環(huán)及其毗鄰組織的解剖學測量,同時利用Mimics軟件對經皮空心螺釘固定恥骨聯合分離的釘道參數進行研究,為經皮空心螺釘固定治療恥骨聯合分離提供解剖學依據。方法：取防腐正常成人骨盆標本20個,測量恥骨聯合骨性標志的解剖參數,并測量精索(子宮圓韌帶)與恥骨結節(jié)的間距,死亡冠與同側恥骨結節(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,模擬恥骨聯合分離的空心螺釘固定,利用軟件測量進針點距恥骨結節(jié)外緣距離以及空心螺釘的進釘方向。結果：解剖學測量發(fā)現恥骨上支的最窄徑9.137±1.189mm,兩恥骨結節(jié)間距55.656±3.780mm,恥骨聯合上部厚度10.510±0.814mm,恥骨聯合上下距40.872±1.211mm,精索與恥骨結節(jié)間距4.408±0.314mm,子宮圓韌帶與恥骨結節(jié)間距5.196±0.351mm。死亡冠與同側恥骨結節(jié)的平均距離為44.5mm,死亡冠與其在恥骨上支投影點的平均距離為18.5mm。Mimics軟件測量空心螺釘導針和水平面角度8.342±2.152°,導針和冠狀面角度5.236±1.612。,進針點距恥骨結節(jié)外緣距離10.013±1.145mm。于尸體標本模擬平臥位經皮手術,術后影像學檢查發(fā)現螺釘植入正確。結論：恥骨聯合分離經皮空心螺釘固定釘道參數的解剖學及有限元研究結果,能夠提高螺釘植入的準確性,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合分離的力學穩(wěn)定性和生物相容性,為臨床的內固定術式選擇提供依據。方法：對恥骨聯合分離患者的髖關節(jié)進行CT掃描,建立恥骨聯合分離的三維有限元模型,在MIMICS軟件中采用虛擬手術功能對恥骨聯合進行復位,分別建立重建鋼板螺釘內固定治療恥骨聯合分離模型與空心螺釘內固定治療恥骨聯合分離模型的模型,并于加載后進行非線性有限元分析,通過應力、應變云圖等觀察骨組織以及植入物的應力分布特點。結果：通過應力應變云圖比較分析后發(fā)現,采用空心螺釘內固定相對于重建鋼板螺釘內固定的應力分布更為均勻,無應力高度集中現象,重建鋼板螺釘固定存在釘板接觸部位應力集中的斷釘及釘道松動可能,但兩者的總體位移相似。結論：利用有限元方法分析恥骨聯合分離兩種內固定術式的生物力學穩(wěn)定性,具有較高的可重復性和真實性,從術后的力學穩(wěn)定性和相容性結合臨床操作的微侵襲性,經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)治療提供生物力學的依據。方法：對恥骨上支骨折的患者的髖關節(jié)進行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功能對恥骨上支進行復位,分別建立重建鋼板螺釘內固定及空心螺釘內固定的模型,并于加載后進行非線性有限元分析,通過應力、應變云圖等觀察骨組織以及內置物應力分布特點。此外利用患者的CT掃描數據打印了3D骨盆模型,于術前模擬鋼板螺釘的植入,進行鋼板預塑形、螺釘方向預設計。結果：通過應力應變云圖比較分析后發(fā)現,采用鋼板內固定相對于空心螺釘內固定的應力分布均勻,總體位移小,空心螺釘固定存在一定程度的應力集中,但應力在可承受范圍內。3D打印實現術前的鋼板預塑形、螺釘方向預設計并在真實術中驗證3D打印模型對于術前規(guī)劃的價值。結論：利用有限元方法分析恥骨上支骨折的兩種內固定術式的生物力學穩(wěn)定性,具有較高的可重復性和真實性,鋼板和空心螺釘固定均有很好的力學穩(wěn)定性,經皮空心螺釘固定更適合臨床骨盆損傷的微創(chuàng)治療。本研究通過初步嘗試3D打印技術,通過臨床應用認為該技術對臨床工作具有實際指導價值。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：R687.3
【目錄】：

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本文編號：196382