【摘要】：在20世紀(jì)60年代以前,對(duì)于骨盆髖臼骨折的治療,保守治療占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。這主要是因?yàn)楣桥梵y臼骨折多由高能量損傷所致,往往同時(shí)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(fù)雜,毗鄰盆腔重要臟器和神經(jīng)血管,手術(shù)本身可能導(dǎo)致大量出血等風(fēng)險(xiǎn),使得骨盆損傷的保守治療成為首選。隨著20世紀(jì)60年代Judet和Letournel兩位教授對(duì)骨盆髖臼骨折分類及手術(shù)入路與復(fù)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(jì)90年代初期,我國(guó)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(xué)的發(fā)展,骨盆髖臼學(xué)習(xí)班的開辦,國(guó)內(nèi)外技術(shù)的深入交流,使得國(guó)內(nèi)骨盆髖臼骨折診療有了飛速的發(fā)展。但不可否認(rèn)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(fù)雜而嚴(yán)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(dòng)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(duì)于骨盆損傷機(jī)制和骶髂關(guān)節(jié)周圍韌帶解剖和功能認(rèn)識(shí)不足息息相關(guān)。骶髂關(guān)節(jié)是支撐人體軀干負(fù)載和完成力學(xué)傳導(dǎo)的重要結(jié)構(gòu),其解剖和功能的完整性對(duì)骨盆環(huán)的穩(wěn)定至關(guān)重要。臨床醫(yī)師往往只強(qiáng)調(diào)修復(fù)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(fù),對(duì)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(yuǎn)期預(yù)后常常不能令人滿意。自從上世紀(jì)九十年代,Young和Burgess根據(jù)骨盆損傷機(jī)制創(chuàng)立了Young-Burgess骨盆骨折分型系統(tǒng)以來,人們對(duì)各種類型骨盆骨折機(jī)制有了初步的認(rèn)識(shí)和了解,尤其是前后壓縮型(anteroposterior compression,APC)骨盆損傷,被認(rèn)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(dǎo)出患者受傷暴力機(jī)制,制定治療方案,此分型至今仍廣泛應(yīng)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(duì)各種骨盆骨折骨與韌帶損傷機(jī)制認(rèn)識(shí)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(jī)制亦尚存在諸多爭(zhēng)論,既往對(duì)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(xué),運(yùn)動(dòng)方式及運(yùn)動(dòng)幅度研究等等。但是由于其解剖結(jié)構(gòu)和生物力學(xué)特性十分獨(dú)特,而影像學(xué)檢查又難以清晰顯示,所有這些都增加了我們對(duì)認(rèn)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(jìn)一步研究和探索。生物力學(xué)主要包括實(shí)驗(yàn)生物力學(xué)研究和理論生物力學(xué)研究。兩相輔相成、互為補(bǔ)充。一般而言實(shí)驗(yàn)生物力學(xué)是基礎(chǔ),并為計(jì)算生物力學(xué)提供校核和輔助條件,計(jì)算生物力學(xué)為實(shí)驗(yàn)生物力學(xué)提供了拓展空間。隨著三維有限元技術(shù)的不斷發(fā)展,應(yīng)用三維有限元技術(shù)研究骨盆骨-韌帶損傷,經(jīng)濟(jì)、便捷、樣本量充足,結(jié)果數(shù)據(jù)精確,有較好的適應(yīng)性。目前有限元模型與傳統(tǒng)生物力學(xué)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(jì)算機(jī)硬件和軟件性能的提高,將會(huì)建立出一個(gè)通用的模型,并能用于病情評(píng)價(jià)和制定術(shù)前、術(shù)后計(jì)劃。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)欲將有限元技術(shù)和實(shí)驗(yàn)力學(xué)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(jì)算和尸體標(biāo)本模擬骨盆損傷機(jī)制從以下五個(gè)部分進(jìn)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(yàn)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(biāo)本1個(gè)(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(dǎo)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(duì)其有效性進(jìn)行檢測(cè)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(diǎn)間的距離無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)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(duì)稱。所得結(jié)果與理論認(rèn)識(shí)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(shí)解剖形態(tài)及生物力學(xué)行為,建立的骨盆骨-韌帶有限元模型形態(tài)及力學(xué)有效,可用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)研究。第二部分:APC型骨盆損傷模型建立及機(jī)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(jī)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(cè)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(biāo)本,模擬APC型骨盆骨折實(shí)驗(yàn)力學(xué)測(cè)試,發(fā)現(xiàn)恥骨聯(lián)合分離28mm時(shí),骶髂前韌帶斷裂,通過有限元模型計(jì)算出骶髂前韌帶應(yīng)變值,并應(yīng)用于模型其他韌帶賦值。觀察恥骨聯(lián)合分離距離對(duì)應(yīng)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(yīng)力、應(yīng)變及骶棘韌帶,骶結(jié)節(jié)韌帶是否斷裂及斷裂時(shí)骨盆損傷情況。研究結(jié)果:恥骨聯(lián)合分離28mm時(shí),骶髂前韌帶斷裂,此時(shí)骶髂關(guān)節(jié)前方移位為7.41mm,通過有限元模型計(jì)算出骶髂前韌帶韌帶的應(yīng)變值為259.5%,最大等效應(yīng)力為543.24MPa。當(dāng)恥骨聯(lián)合分離至51mm時(shí)骶棘韌帶斷裂,此時(shí)骶髂關(guān)節(jié)分離距離為15.23mm,最大等效應(yīng)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(shí)最大等效應(yīng)力為13.17MPa。當(dāng)骨盆逐漸外旋時(shí),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(huì)斷裂。骶結(jié)節(jié)韌帶會(huì)限制骶棘韌帶運(yùn)動(dòng)繼續(xù)向后運(yùn)動(dòng)。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(jī)制和評(píng)估損傷程度,為骨盆骨及韌帶的生物力學(xué)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(duì)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(shí)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(jìn)行驗(yàn)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(jìn)行有限元計(jì)算,記錄各組韌帶斷裂時(shí)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(yīng)力、應(yīng)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(shí)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(yīng)力及應(yīng)變均為ASILSSLSTL。研究結(jié)論:單側(cè)骨盆APCⅡ型損傷ASIL、SSL、STL韌帶對(duì)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(qiáng),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(yán)重程度評(píng)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(píng)估損傷嚴(yán)重程度。研究方法:取11個(gè)(男性7個(gè),女性4個(gè))新鮮尸體標(biāo)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(cè)試模型,將標(biāo)本隨機(jī)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(shí)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(dāng)骶髂前韌帶斷裂時(shí),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(shí)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(jì)學(xué)差異(P0.05),限制組與非限制組均無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)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(xué)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(biāo)準(zhǔn)。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(jìn)行綜合評(píng)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(píng)估骨盆損傷程度。第五部分:骶髂復(fù)合體生物力學(xué)特征研究進(jìn)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(shè)定逡逑（Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｉｎｇ）中，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的ＣＴ骨密度（邋１８０－１６５０ＨＵ），點(diǎn)擊“Ａｐｐｌｙ”逡逑應(yīng)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(shè)定骨ＣＴ密度后生成的初步骨盆三維圖像。逡逑手動(dòng)點(diǎn)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(duì)蒙板進(jìn)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(jìn)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(dá)到方便三維圖像分析目的，手動(dòng)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(duì)各逡逑圖層進(jìn)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(dòng)修復(fù)”功能修復(fù)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(jìn)行精確曲面（如圖１－６）、自動(dòng)化曲逡逑面（包括探測(cè)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(duì)模型進(jìn)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(jì)算，最終得到逡逑曲面片均勻網(wǎng)格化模型。逡逑１２逡逑
【學(xué)位授予單位】：南方醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：R687.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2642389