【摘要】：在20世紀60年代以前,對于骨盆髖臼骨折的治療,保守治療占絕對優(yōu)勢。這主要是因為骨盆髖臼骨折多由高能量損傷所致,往往同時合并其他臟器損傷,常常危及生命。另外,骨盆髖臼位置深在,解剖結(jié)構(gòu)復雜,毗鄰盆腔重要臟器和神經(jīng)血管,手術(shù)本身可能導致大量出血等風險,使得骨盆損傷的保守治療成為首選。隨著20世紀60年代Judet和Letournel兩位教授對骨盆髖臼骨折分類及手術(shù)入路與復位固定技巧的相繼提出,骨盆髖臼骨折治療的現(xiàn)代觀念逐步確立,手術(shù)治療逐漸被大部分創(chuàng)傷骨科醫(yī)生所接受并廣泛用于臨床中。自20世紀90年代初期,我國醫(yī)生逐漸接觸并開展骨盆髖臼手術(shù)。近20年來,隨著內(nèi)固定技術(shù)和影像學的發(fā)展,骨盆髖臼學習班的開辦,國內(nèi)外技術(shù)的深入交流,使得國內(nèi)骨盆髖臼骨折診療有了飛速的發(fā)展。但不可否認的是骨盆骨折在臨床治療中仍有許多難題亟待解決,其仍是骨科醫(yī)生所面臨的十分棘手的問題。骨盆骨折作為一種復雜而嚴重的損傷,往往合并了骨與韌帶的共同損傷。術(shù)后持續(xù)疼痛,活動受限、步態(tài)不穩(wěn)等并發(fā)癥仍是常常發(fā)生,由其是骶髂關(guān)節(jié)(sacroiliac joint,SIJ)所致下腰痛常常給患者生活帶來不便。這與臨床醫(yī)生對于骨盆損傷機制和骶髂關(guān)節(jié)周圍韌帶解剖和功能認識不足息息相關(guān)。骶髂關(guān)節(jié)是支撐人體軀干負載和完成力學傳導的重要結(jié)構(gòu),其解剖和功能的完整性對骨盆環(huán)的穩(wěn)定至關(guān)重要。臨床醫(yī)師往往只強調(diào)修復骨性結(jié)構(gòu)損傷而忽略骶髂關(guān)節(jié)周圍韌帶等軟組織的修復,對骶髂關(guān)節(jié)周圍軟組織重視不足。因此,臨床上雖然骶髂關(guān)節(jié)損傷的近期療效尚可,但遠期預后常常不能令人滿意。自從上世紀九十年代,Young和Burgess根據(jù)骨盆損傷機制創(chuàng)立了Young-Burgess骨盆骨折分型系統(tǒng)以來,人們對各種類型骨盆骨折機制有了初步的認識和了解,尤其是前后壓縮型(anteroposterior compression,APC)骨盆損傷,被認為是最典型的骨盆韌帶損傷。臨床醫(yī)生根據(jù)不同類型骨折推導出患者受傷暴力機制,制定治療方案,此分型至今仍廣泛應用于臨床中,給廣大患者帶來了福音。但仍有很多臨床醫(yī)生只熟悉骨盆骨折大體的臨床分型,而對各種骨盆骨折骨與韌帶損傷機制認識不充分,以至于常常誤診,給患者帶了極大痛苦。目前骨盆損傷機制亦尚存在諸多爭論,既往對骨盆的研究主要包括諸如骶髂關(guān)節(jié)的解剖形態(tài),骶髂關(guān)節(jié)及其周圍韌帶的生物力學,運動方式及運動幅度研究等等。但是由于其解剖結(jié)構(gòu)和生物力學特性十分獨特,而影像學檢查又難以清晰顯示,所有這些都增加了我們對認知骨盆,尤其使骶髂關(guān)節(jié)疾患的難度,因此相關(guān)的研究也比較少,有許多問題尚有待于進一步研究和探索。生物力學主要包括實驗生物力學研究和理論生物力學研究。兩相輔相成、互為補充。一般而言實驗生物力學是基礎(chǔ),并為計算生物力學提供校核和輔助條件,計算生物力學為實驗生物力學提供了拓展空間。隨著三維有限元技術(shù)的不斷發(fā)展,應用三維有限元技術(shù)研究骨盆骨-韌帶損傷,經(jīng)濟、便捷、樣本量充足,結(jié)果數(shù)據(jù)精確,有較好的適應性。目前有限元模型與傳統(tǒng)生物力學方法相結(jié)合,在骨科的基礎(chǔ)和臨床研究中正發(fā)揮著越來越大的作用,隨著計算機硬件和軟件性能的提高,將會建立出一個通用的模型,并能用于病情評價和制定術(shù)前、術(shù)后計劃。本實驗設計欲將有限元技術(shù)和實驗力學技術(shù)相結(jié)合,依據(jù)骨盆CT建立骨盆損傷相關(guān)模型,利用CT掃描數(shù)據(jù)有限元模型的分析計算和尸體標本模擬骨盆損傷機制從以下五個部分進行研究。第一部分:骨盆骨-韌帶三維有限元模型的建立及有效性驗證研究目的:建立有效的骨盆骨-韌帶有限元模型,為后續(xù)APC型骨盆損傷模型的構(gòu)建提供研究基礎(chǔ)。研究方法:獲取成年男性尸體骨盆標本1個(44歲,身高172cm,體重70Kg)。通過骨盆CT掃描,得到骨盆的三維掃描DICOM格式圖像,利用Mimics、Geomagic、Solidworks軟件建立骨盆骨-韌帶有限元模型并并繪制骨盆周圍相關(guān)韌帶,再行優(yōu)化處理,然后導入Ansys軟件中行材料屬性賦值、網(wǎng)格劃分、光滑優(yōu)化等,建立骨盆骨-韌帶三維有限元模型并對其有效性進行檢測分析。研究結(jié)果:骨盆骨-韌帶模型經(jīng)過優(yōu)化處理前后,骨盆髖臼各骨性突出點間的距離無明顯統(tǒng)計學差異(P0.05);有限元分析得出:骨盆的整體形變以骶骨為中心,向兩側(cè)呈波浪式減弱,左、右兩側(cè)基本對稱。所得結(jié)果與理論認識及相關(guān)研究符合,所建立的模型有效。研究結(jié)論:利用三維有限元技術(shù)所構(gòu)建的骨盆骨-韌帶三維有限元模型客觀反映了骨盆真實解剖形態(tài)及生物力學行為,建立的骨盆骨-韌帶有限元模型形態(tài)及力學有效,可用于后續(xù)實驗研究。第二部分:APC型骨盆損傷模型建立及機制模擬的三維有限元分析研究目的:建立骨盆前后壓縮(APC)型損傷骨-韌帶三維有限元模型并探討其損傷機制。研究方法:在已建立的正常人體全骨盆骨-韌帶有限元模型的基礎(chǔ)上,模擬APC型骨盆損傷,制造骨盆損傷測試模型:固定右半骨盆,切斷并逐漸分離恥骨聯(lián)合(PS),單純使左半骨盆水平移位,使恥骨聯(lián)合分離10mm,20mm,30mm,40mm,60mm,80mm,100mm。同一骨盆標本,模擬APC型骨盆骨折實驗力學測試,發(fā)現(xiàn)恥骨聯(lián)合分離28mm時,骶髂前韌帶斷裂,通過有限元模型計算出骶髂前韌帶應變值,并應用于模型其他韌帶賦值。觀察恥骨聯(lián)合分離距離對應的骶髂關(guān)節(jié)前方分離距離,骶髂關(guān)節(jié)周圍韌帶的應力、應變及骶棘韌帶,骶結(jié)節(jié)韌帶是否斷裂及斷裂時骨盆損傷情況。研究結(jié)果:恥骨聯(lián)合分離28mm時,骶髂前韌帶斷裂,此時骶髂關(guān)節(jié)前方移位為7.41mm,通過有限元模型計算出骶髂前韌帶韌帶的應變值為259.5%,最大等效應力為543.24MPa。當恥骨聯(lián)合分離至51mm時骶棘韌帶斷裂,此時骶髂關(guān)節(jié)分離距離為15.23mm,最大等效應力為35.00MPa。恥骨聯(lián)合分離至10Omm,骶結(jié)節(jié)韌帶出現(xiàn)韌帶緊張并沒有斷裂,此時最大等效應力為13.17MPa。當骨盆逐漸外旋時,骶髂前韌帶先斷裂,其次為骶棘韌帶,骶結(jié)節(jié)韌帶不一定會斷裂。骶結(jié)節(jié)韌帶會限制骶棘韌帶運動繼續(xù)向后運動。研究結(jié)論:我們建立的骨盆骨-韌帶有限元模型能有效模擬APC型骨盆損傷機制和評估損傷程度,為骨盆骨及韌帶的生物力學的研究提供基礎(chǔ)。第三部分:骨盆Apc Ⅱ型損傷中相關(guān)韌帶對骨盆垂直穩(wěn)定性影響的有限元分析研究目的:探討站立位時骨盆前后壓縮(APC)Ⅱ型損傷中骶髂前韌帶(ASIL)、骶棘韌帶(SSL)、骶結(jié)節(jié)韌帶(STL)維持骨盆垂直穩(wěn)定性的作用。研究方法:建立正常人體全骨盆骨與韌帶有限元模型并進行驗證,模擬骨盆前后壓縮Ⅱ型損傷。切斷恥骨聯(lián)合后,根據(jù)韌帶斷裂順序?qū)PCⅡ型損傷模型分為A、B、C、D、E五組。骶髂前韌帶、骶結(jié)節(jié)韌帶、骶棘韌帶三條韌帶中,A1組:切斷骶髂前韌帶(ASIL),A2組:保留骶髂前韌帶;B1組:切斷骶棘韌帶(SSL),B2組:保留骶棘韌帶;C1組:切斷骶結(jié)節(jié)韌帶(STL),C2組:保留骶結(jié)節(jié)韌帶;D組:骶髂前韌帶、骶結(jié)節(jié)韌帶、骶棘韌帶全部切斷;E組:骶髂前韌帶、骶結(jié)節(jié)韌帶、骶棘韌帶全部保留。加載生理載荷后進行有限元計算,記錄各組韌帶斷裂時骶髂關(guān)節(jié)位移情況及骶髂前韌帶、骶棘韌帶、骶結(jié)節(jié)韌帶應力、應變分布情況。研究結(jié)果:五組模型中無論恥骨聯(lián)合分離和骶髂前韌帶、骶棘韌帶、骶結(jié)節(jié)韌帶是否被切斷時均位移不明顯。骶髂關(guān)節(jié)位移為A1組B1組C1組,C2組B2組A2組,所有分組中D組位移最大,E組位移最小,各組應力及應變均為ASILSSLSTL。研究結(jié)論:單側(cè)骨盆APCⅡ型損傷ASIL、SSL、STL韌帶對骨盆垂直穩(wěn)定性影響較小,三條韌帶中,ASIL維持骨盆穩(wěn)定性作用最強,其次是SSL,而STL作用最弱。第四部分:骨盆前后壓縮Ⅰ、Ⅱ型損傷的區(qū)分及嚴重程度評估研究目的:探討恥骨聯(lián)合(PS)分離2.5cm、骶髂關(guān)節(jié)前方分離距離在區(qū)分骨盆前后壓縮(APC)Ⅰ、Ⅱ型損傷中可靠性,并評估損傷嚴重程度。研究方法:取11個(男性7個,女性4個)新鮮尸體標本共22側(cè)半骨盆,制造半骨盆固定(限制組)和半骨盆不固定(非限制組)2種骨盆APC型損傷測試模型,將標本隨機分為2組(n=11)。模擬APC型損傷外旋半骨盆,觀察限制組與非限制組相關(guān)韌帶的損傷情況并記錄各組骶髂前韌帶失效時恥骨聯(lián)合分離距離、骶髂關(guān)節(jié)前方分離距離,患側(cè)骨盆骶棘韌帶、骶結(jié)節(jié)韌帶損傷情況。研究結(jié)果:原始骨盆的恥骨聯(lián)合,骶髂關(guān)節(jié)前方間距分別為4.73±0.84mm,3.16±0.38mm。當骶髂前韌帶斷裂時,恥骨聯(lián)合分離平均距離為23.36±7.27mmm,范圍在12～41 mm,骶髂關(guān)節(jié)前方分離平均距離為9.82±3.25mm,范圍在5～18 mm;此時恥骨聯(lián)合及骶髂關(guān)節(jié)前方分離距離,男女性別均有明顯統(tǒng)計學差異(P0.05),限制組與非限制組均無明顯統(tǒng)計學差異(P0.05)。單純恥骨聯(lián)合或骶髂關(guān)節(jié)前方分離距離大于23.36mm或9.82mm樣本數(shù)均為10側(cè)(45.5%);滿足恥骨聯(lián)合和骶髂關(guān)節(jié)前方距離至少一側(cè)大于23.36mm,或9.82mm樣本數(shù)為15側(cè)(68.2%)。研究結(jié)論:由于形態(tài)學上存在的差異,恥骨聯(lián)合分離2.5 cm為區(qū)分骨盆前后壓縮Ⅰ、Ⅱ型損傷近似平均值,但不是金標準。臨床上往往低估骨盆前后壓縮型損傷程度,建議根據(jù)具體情況進行綜合評估。恥骨聯(lián)合結(jié)合骶髂關(guān)節(jié)前方分離距離更有利于評估骨盆損傷程度。第五部分:骶髂復合體生物力學特征研究進展(綜述)
【圖文】：

保存為Ｍｉｍｉｃｓ邋Ｐｒｏｊｅｃｔ邋Ｆｉｌｅｓ．ｍｃｓ文件命名為骨盆（ｐｅｌｖｉｃ），在閾值設定逡逑（Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｉｎｇ）中，根據(jù)預先設定的ＣＴ骨密度（邋１８０－１６５０ＨＵ），點擊“Ａｐｐｌｙ”逡逑應用生成圖層，此文件即為骨盆（如圖１－２所示）。逡逑ＩｄＵ邋Ｖ？ｗ邋ｒ0ｏ＜？邐ＣＵＦＡｉｍｊＵｔｉｏｏ邋Ｍ？ｄＣＡＯ邋ｆ｛Ａ邋Ｒ？９ｎｔｒａ？ｏ？＜邋Ｉｘｐｅｆｔ邋Ｏｐｔｔｏ？ｔ逡逑．Ｖｊｉ１邋．ＩｂｆｌＨ邐－ｊ＾———．邋；＇，Ｓｔｉｒｔｏｒ．逡逑圖１－２邋Ｍｉｍｉｃｓ邋１５．０軟件閾值設定骨ＣＴ密度后生成的初步骨盆三維圖像。逡逑手動點擊選取右側(cè)骨盆作為分析，初步生成供分析的三維圖像，對蒙板進逡逑行擦除、填充等處理后，逐步分割腰５椎體、雙側(cè)骶髂關(guān)節(jié)、雙側(cè)髖關(guān)節(jié)，分逡逑別提取出骺骨、雙側(cè)髖骨和雙側(cè)股骨上１邋／邋３，并進行骨盆髖臼的初步三維重建，逡逑生成骨盆模型，骨表面較為粗糙，為達到方便三維圖像分析目的，手動使用Ｓｌｉｃｅ逡逑Ｅｄｉｔ中Ｄｒａｗ功能及Ｍｉｍｉｃｓ中Ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ功能，最后使用Ｃａｌｃｕｌａｔｅ邋３Ｄ工具對各逡逑圖層進行三維模型建立

得出內(nèi)部空心骨塊的面模型。使用“網(wǎng)格醫(yī)生”中“自動修復”功能修復多邊形網(wǎng)格逡逑內(nèi)的缺陷，，然后將模型依次松弛、去除特征、快速平滑、刪除釘狀物并填充，逡逑重建出雙側(cè)髖骨及骶骨面模型，繼續(xù)分別進行精確曲面（如圖１－６）、自動化曲逡逑面（包括探測輪廓線、構(gòu)造曲面并修理曲面、構(gòu)造并編輯格柵）、擬合曲面等處理，逡逑對模型進行合適的網(wǎng)格劃分有利于后續(xù)在有限元軟件中的分析計算，最終得到逡逑曲面片均勻網(wǎng)格化模型。逡逑１２逡逑
【學位授予單位】：南方醫(yī)科大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：R687.3

【參考文獻】

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1 水小龍;曹生魯;馮永增;林威;郭曉山;王鋼;;骨盆前后壓縮Ⅱ型損傷相關(guān)韌帶損傷機制的生物力學研究[J];中華創(chuàng)傷骨科雜志;2017年05期

2 代元元;章瑩;夏遠軍;謝會斌;郭曉澤;朱昌榮;;四種不同內(nèi)固定方式治療髖臼前柱低位骨折的有限元分析比較[J];中華創(chuàng)傷骨科雜志;2016年08期

3 賴劍強;王鋼;;骶髂關(guān)節(jié)周圍韌帶的解剖及磁共振成像研究進展[J];中華創(chuàng)傷雜志;2015年09期

4 諶祖江;楊先文;向孝兵;陳超;張美超;李義凱;;屈髖屈膝按壓法作用于骨盆的三維有限元分析[J];醫(yī)用生物力學;2015年03期

5 楊先文;諶祖江;張少群;張美超;李義凱;;斜扳法作用下骶髂關(guān)節(jié)的三維有限元分析[J];實用醫(yī)學雜志;2014年14期

6 黃進成;劉曦明;蔡賢華;王志華;雷建銀;潘昌武;;前路鈦板加方形區(qū)螺釘聯(lián)合后柱螺釘治療髖臼雙柱骨折的有限元分析[J];中國矯形外科雜志;2014年12期

7 林松青;王彬;張磊;楊曾靜;;有限元分析在骨科中的應用及研究進展[J];中國中醫(yī)骨傷科雜志;2013年04期

8 孫志峰;張烽;;骶髂關(guān)節(jié)韌帶應用解剖學意義[J];中國組織工程研究與臨床康復;2011年48期

9 陳國棟;羅羽婕;王銳英;;有限元分析在股骨生物力學研究中的應用[J];實用醫(yī)學雜志;2011年02期

10 徐松;賈蕾;江超;鄺滿元;王岐本;;骶結(jié)節(jié)韌帶和骶棘韌帶的解剖學測量及其意義[J];中國臨床解剖學雜志;2011年01期

本文編號：2642389