【摘要】：第一部分傳統(tǒng)半骺板阻滯裝置三維有限元和生物力學(xué)模型建立及內(nèi)固定失敗原因分析目的:半骺板阻滯術(shù)已被廣泛的應(yīng)用于治療骺板未閉合的兒童肢體成角畸形。阻滯裝置包括:U型骨骺釘、跨骺板加壓螺釘、張力帶鋼板三類;其中張力帶鋼板技術(shù)由于其手術(shù)操作便捷,創(chuàng)傷小,固定牢靠的特點(diǎn)目前被最廣泛的使用于臨床。臨床研究發(fā)現(xiàn)該類裝置術(shù)后內(nèi)固定發(fā)生失敗的情況并不少見,而關(guān)于內(nèi)固定失敗原因的研究卻鮮有報(bào)道。本研究旨在通過建立三維有限元和生物力學(xué)模型,分析可能造成內(nèi)固定裝置局部應(yīng)力增高、內(nèi)固定失敗的因素,為改進(jìn)內(nèi)固定裝置的設(shè)計(jì)提供新思路。方法:建立生物力學(xué)模型,利用超高分子聚乙烯材料模擬皮質(zhì)骨,將傳統(tǒng)的張力帶鋼板和螺釘(鈦合金)固定其上。樣本根據(jù)螺釘長度(20mm,30mm),置釘方式(內(nèi)聚30°,平行,外展30°)分為5組。采用靜態(tài)加載張力(500N)和循環(huán)加載張力(500N,2HZ)兩種方式,將力作用于樣本。應(yīng)力解除采用顯微鏡觀察螺釘壓痕部位,采用X線衍射技術(shù)測量螺釘壓痕部位表面的殘余應(yīng)力,并比較不同組之間的大小關(guān)系。建立三維有限元模型,采用和生物力學(xué)模型一樣的分組方式,加載靜態(tài)張力,觀察螺釘表面的應(yīng)力分布情況,比較不同組之間應(yīng)力分布的異同。結(jié)果:在生物力學(xué)模型中,靜態(tài)加載張力的作用下,螺釘表面并沒有產(chǎn)生明顯的壓痕,殘余應(yīng)力接近于零,而在循環(huán)加載的張力的作用下,螺釘表面壓痕明顯,測量獲得的殘余應(yīng)力遠(yuǎn)超過鈦合金的屈服應(yīng)力。其中20mm螺釘組和30mm螺釘組殘余應(yīng)力差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。而內(nèi)聚、平行兩種置釘方式下產(chǎn)生的殘余應(yīng)力明顯小于外展組。三維有限元分析的結(jié)果提示不同長度螺釘?shù)谋砻鎽?yīng)力分布并沒有明顯改變,但是內(nèi)置和平行置釘兩種方式產(chǎn)生的應(yīng)力明顯小于外展的置釘方式。兩種模型都提示,應(yīng)力集中的部位在螺釘進(jìn)入皮質(zhì)骨的部位。結(jié)論:循環(huán)加載應(yīng)力是內(nèi)固定失敗的主要原因。螺釘容易發(fā)生斷裂的部位在其進(jìn)入皮質(zhì)骨的部位。螺釘長度并不影響螺釘表面的應(yīng)力分布。平行和內(nèi)聚置釘?shù)姆绞娇梢詼p小螺釘表面的最大應(yīng)力,最終減少內(nèi)固定失敗的風(fēng)險(xiǎn)。第二部分動(dòng)物試驗(yàn)研究比較新型鉸鏈鋼板與傳統(tǒng)張力帶鋼板在阻滯效果、應(yīng)力分布上的差異目的:前述試驗(yàn)已經(jīng)證明,在循環(huán)張力負(fù)荷加載下,螺釘表面產(chǎn)生較高的殘余應(yīng)力,這可能是螺釘斷裂,內(nèi)固定失敗的原因。傳統(tǒng)的張力帶鋼板和骨表面無法合適匹配,暴露在鋼板和皮質(zhì)骨之間的螺釘在阻滯的過程中會(huì)產(chǎn)生很大的剪切力,這也是是螺釘松動(dòng)、斷裂的另一重要原因。此外鋼板跨骺板固定會(huì)壓迫骺板周圍骨膜骨軟骨膜導(dǎo)致?lián)p傷。為此我們設(shè)計(jì)了一種新型的鉸鏈?zhǔn)戒摪?內(nèi)建鉸鏈和免壓角結(jié)構(gòu)。本研究的目的是檢測新型鉸鏈鋼板的阻滯效果以及相對(duì)于傳統(tǒng)鋼板的優(yōu)點(diǎn)。方法:我們選取9只3月齡的雄性巴馬小型豬作為試驗(yàn)動(dòng)物,手術(shù)的部位在豬后肢脛骨近端內(nèi)側(cè)。我們將傳統(tǒng)的張力帶鋼板和新型鉸鏈鋼板通過隨機(jī)分配的方式置于豬的左右后肢。手術(shù)完全遵循半骺板阻滯術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行。分別于術(shù)后即刻,6,12,18周攝片,比較各組畸形成角變化情況。然后處死后將內(nèi)固定裝置取出分析內(nèi)固定表面殘余應(yīng)力情況,病理切片觀察分析骺板表面骨膜和軟骨膜的形態(tài)和厚度變化,比較兩組之間的差別。結(jié)果:總共有8只動(dòng)物完成了該試驗(yàn)。攝片測量提示術(shù)前和術(shù)后18周兩組脛骨內(nèi)側(cè)平臺(tái)角(MSA)、脛骨近端內(nèi)側(cè)角(MPTA)、遠(yuǎn)近端螺釘成角(DPA)沒有顯著差別。在鉸鏈鋼板組,MSA、MPTA、DPA的月矯正度數(shù)分別為2.18°,0.85°,0.71°,而傳統(tǒng)鋼板組分別為2.13°,0.89°,0.84°。統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果提示兩組內(nèi)固定裝置的阻滯效率沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。鉸鏈組鋼板表面的殘余應(yīng)力明顯低于傳統(tǒng)鋼板(P=0.001),而鉸鏈鋼板組骺板周圍骨膜和軟骨膜的厚度明顯厚于傳統(tǒng)鋼板組(P=0.0001)。結(jié)論:鉸鏈鋼板和傳統(tǒng)鋼板有相似的矯正效果。鉸鏈鋼板較傳統(tǒng)的鋼板的優(yōu)點(diǎn)包括:(1)通過鉸鏈裝置改善了整個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)力分布以減少內(nèi)固定失敗的風(fēng)險(xiǎn);(2)通過內(nèi)建的免壓角設(shè)計(jì)降低了鋼板壓迫骺板周圍骨膜和軟骨膜造成損傷。第三部分:半骺板阻滯術(shù)中組織病理學(xué)變化和內(nèi)固定裝置取出后畸形復(fù)發(fā)機(jī)制的初步研究目的:盡管半骺板阻滯術(shù)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于臨床,但是其組織病理學(xué)機(jī)制,以及內(nèi)固定裝置取出后畸形復(fù)發(fā)的機(jī)制仍不清楚。我們前期三維有限元試驗(yàn)已證實(shí)半骺板阻滯術(shù)作用于骺板的是不對(duì)稱的壓應(yīng)力。這種不對(duì)稱的壓應(yīng)力作用于骺板,調(diào)節(jié)骺板軟骨內(nèi)生骨化。既往已有研究表明在阻滯過程中產(chǎn)生壓力作用于骺板導(dǎo)致其厚度變薄,組織形態(tài)發(fā)生改變,內(nèi)固定取出后骺板增厚,出現(xiàn)加速生長的情況。我們推測這個(gè)過程和應(yīng)力作用下細(xì)胞的凋亡有關(guān)。本研究的目的是通過組織病理學(xué)切片及免疫組化的方法對(duì)半骺板阻滯術(shù)后以及內(nèi)固定裝置取出后骺板形態(tài)、厚度、組成變化以及骺板軟骨凋亡率及蛋白的表達(dá)進(jìn)行觀察,初步探索骺板阻滯和畸形復(fù)發(fā)可能的機(jī)制。方法:選取8只3月齡的雄性巴馬小型豬作為試驗(yàn)動(dòng)物,手術(shù)的部位在豬后肢脛骨近端內(nèi)側(cè)。我們將半骺板阻滯鋼板通過隨機(jī)分配的方式置于豬的左或者右后肢,對(duì)側(cè)肢體作為對(duì)照組。其中一組術(shù)后18周處死,另一組18周內(nèi)固定取出后再飼養(yǎng)6周后處死。取病例標(biāo)本分別予以HE,TUNEL,CHOP和P65等相關(guān)蛋白免疫組化染色,我們通過HE染色計(jì)算骺板總厚度,靜止層、增殖層、肥大層的厚度百分比的變化。通過TUNEL染色計(jì)算骺板細(xì)胞凋亡率的變化情況。免疫組化染色比較相關(guān)蛋白染色陽性率的變化情況。結(jié)果:HE染色提示在骺板不同部位,骺板的厚度各不相同,越靠近脛骨近端內(nèi)側(cè)的部位骺板的厚度越薄,而靠近脛骨近端外側(cè)的骺板厚度和對(duì)照組接近。當(dāng)內(nèi)固定裝置取出以后,脛骨近端內(nèi)側(cè)骺板的厚度明顯高于正常。TUNEL染色提示半骺板阻滯術(shù)后細(xì)胞凋亡率明顯提高,而當(dāng)內(nèi)固定取出后凋亡率開始下降。P65和CHOP免疫組化染色提示半骺板阻滯術(shù)后P65和CHOP蛋白的表達(dá)明顯提高,而當(dāng)內(nèi)固定取出后表達(dá)下調(diào)。結(jié)論:本研究提示壓應(yīng)力強(qiáng)度、骺板厚度、基質(zhì)相關(guān)的蛋白表達(dá)、內(nèi)生骨化速度、“追趕生長”現(xiàn)象之間存在相關(guān)性。半骺板阻滯過程中,壓應(yīng)力介導(dǎo)了骺板軟骨細(xì)胞的凋亡。這種凋亡伴隨著內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)蛋白CHOP的表達(dá)升高,提示凋網(wǎng)可能與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激關(guān)系密切,而NF-κB P65通路在此過程中起了重要的作用。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)進(jìn)一步闡明半骺板阻滯術(shù)調(diào)節(jié)內(nèi)生骨化、阻滯后畸形復(fù)發(fā)的機(jī)制,以及為矯正畸形提供新的思路有重要意義。第四部分:半骺板阻滯術(shù)治療膝關(guān)節(jié)內(nèi)外翻畸形低矯正效率的臨床危險(xiǎn)因素分析目的:半骺板阻滯術(shù)治療膝關(guān)節(jié)內(nèi)外翻畸形是一個(gè)逐步矯形的過程,預(yù)測畸形矯正速度對(duì)于醫(yī)患選擇手術(shù)時(shí)機(jī),術(shù)后隨訪策略的制定具有重要意義�；仡櫸墨I(xiàn)我們發(fā)現(xiàn),不同研究之間矯正速度的差異很大,導(dǎo)致畸形矯正速度的預(yù)測十分困難。既往研究表明畸形矯正速度受到多個(gè)因素影響,這些因素包括性別,年齡,肥胖程度,病因,手術(shù)操作方式,畸形嚴(yán)重程度等。本研究的目的是隨訪我們臨床中心所有經(jīng)過半骺板阻滯術(shù)符合納入標(biāo)準(zhǔn)的患者,篩選出可能造成畸形矯正速度低下的危險(xiǎn)因素,為臨床醫(yī)生預(yù)估手術(shù)時(shí)機(jī),制定隨訪策略提供依據(jù)。方法:我們回顧了本中心2010.1-2013年12月底68例經(jīng)過半骺板阻滯術(shù)治療的患者。隨訪的資料包括患者的年齡,性別,體重,病因,手術(shù)部位,骺板的寬度,術(shù)前、術(shù)后畸形角度變化,內(nèi)固定存留體內(nèi)的時(shí)間,采用一塊還是兩塊鋼板阻滯骺板等。基于上述患者的臨床資料數(shù)據(jù),我們計(jì)算出不同年齡的每個(gè)病例的年骺板生長率,將數(shù)值與Anderson兒童生長量表相對(duì)應(yīng)年齡年生長率數(shù)值進(jìn)行對(duì)比,如果低于Anderson量表的數(shù)值2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差,我們將其定義為低矯正速度。我們通過多元單因素回歸分析患者的特征因素和低矯正速度之間的相關(guān)性。結(jié)果:股骨遠(yuǎn)端的平均矯正速度是10.29度/年,脛骨近端為7.92度/年。多元單因素分析結(jié)果顯示非特發(fā)性的膝關(guān)節(jié)冠狀面成角畸形(相對(duì)危險(xiǎn)度=13.58,P=0.000)和肥胖(相對(duì)危險(xiǎn)度=2.69,P=0.020)是導(dǎo)致低畸形矯正速度的危險(xiǎn)因素。結(jié)論:非特發(fā)性的膝關(guān)節(jié)冠狀面成角畸形和肥胖是導(dǎo)致畸形矯正速度低下的危險(xiǎn)因素。對(duì)于此類患者我們可能需要盡早進(jìn)行手術(shù)治療。但是我們?nèi)詿o法了解畸形嚴(yán)重程度、人種、手術(shù)方式的差別對(duì)畸形矯正速度的影響。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：R726.8

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本文編號(hào)：2255454