張力帶鋼板重建骨盆后環(huán)穩(wěn)定性的生物力學(xué)研究.pdf

1、研究背景:
　　 不穩(wěn)定性骨盆骨折多由高能量損傷所致，常合并有嚴重的血管、神經(jīng)和其他臟器損傷，具有較高的死亡率和致殘率。早期不穩(wěn)定性骨盆骨折的治療以搶救生命為主，降低死亡率是其治療目的；后期以重建骨盆環(huán)的連續(xù)性和穩(wěn)定性為主，以減少并發(fā)癥、降低致殘率、恢復(fù)患者的勞動和生活能力為目的。隨著對骨盆的解剖、損傷機制及生物力學(xué)特點的深入了解和現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)的進步，骨盆骨折的治療已取得較大進展，但目前對廣大臨床骨科醫(yī)生來說，無論是在骨盆骨折早

2、期急救上，還是在后續(xù)的骨盆環(huán)修復(fù)重建上都仍極具挑戰(zhàn)性。
　　 骨盆后環(huán)不僅是人體承重或負載的必經(jīng)之路，也是維持骨盆環(huán)穩(wěn)定性的主要結(jié)構(gòu)。生物力學(xué)已證明后環(huán)對骨盆環(huán)的穩(wěn)定作用占60％，而前環(huán)對骨盆環(huán)的穩(wěn)定作用僅占40％。因此，如何重建后環(huán)的穩(wěn)定性一直是骨盆骨折治療研究的重點和焦點。目前常用的骨盆后環(huán)內(nèi)固定方式有經(jīng)髂骨棒(骶骨棒)、骶髂關(guān)節(jié)前方鋼板、骶髂螺釘、三角形固定系統(tǒng)、后方張力帶鋼板等，這些內(nèi)固定方式各有不同適應(yīng)癥和優(yōu)缺點。最佳

3、的固定方式還尚待于進一步深入研究。
　　 張力帶鋼板修復(fù)重建不穩(wěn)定性骨盆骨折后環(huán)的損傷已獲得臨床上的一定認可，尤其是經(jīng)皮手術(shù)的開展，更是使其具有了微創(chuàng)、操作簡單的優(yōu)點，臨床應(yīng)用越來越廣泛。但目前國內(nèi)外對張力帶鋼板固定骨盆后環(huán)的系統(tǒng)生物力學(xué)研究還較少，對其固定的力學(xué)原理以及如何應(yīng)用可以達到最佳的生物力學(xué)穩(wěn)定性還缺乏深入認識。本研究旨在通過系統(tǒng)生物力學(xué)研究為臨床進一步合理有效地應(yīng)用張力帶鋼板重建骨盆后環(huán)的穩(wěn)定性提供生物力學(xué)依據(jù)。并通

4、過生物力學(xué)研究驗證一種新的改良張力帶鋼板固定不穩(wěn)定性骨盆后環(huán)損傷的效果。
　　 第一部分固定位置對張力帶鋼板重建骨盆后環(huán)穩(wěn)定性影響的生物力學(xué)研究
　　 目的:
　　 比較三:種不同張力帶鋼板固定位置對重建骨盆后環(huán)穩(wěn)定性的影響，以期選出最佳的張力帶鋼板固定位置，為臨床進一步更合理有效地應(yīng)用后方張力帶鋼板提供生物力學(xué)依據(jù)。
　　 方法:
　　 選取8具成人防腐骨盆標本，其中男性骨盆標本5具，女性骨盆標

5、本3具，年齡24～53歲，平均41.4歲。各骨盆標本在完成正常完整骨盆檢測后，制成不穩(wěn)定性骨盆環(huán)損傷(A0分類C1.2：前環(huán)恥骨聯(lián)合分離，后方骶髂關(guān)節(jié)脫位)模型，每個骨盆標本后環(huán)隨機依次應(yīng)用三種不同位置張力帶鋼板固定，固定位置1：鋼板固定在雙側(cè)髂后上棘水平、鋼板兩端指向恥骨聯(lián)合(大致與骨盆界線平行)；固定位置2：鋼板固定在髂后上棘上方水平、鋼板兩端指向前方；固定位置3：鋼板固定在髂后上棘下方水平、鋼板兩端指向前上方。所有骨盆標本前環(huán)均用

6、3.5mm重建鋼板固定。將固定好的骨盆標本置于生物力學(xué)試驗機上，分別依次予以0～600N的垂直加載和0～8N·m扭轉(zhuǎn)加載，通過生物力學(xué)實驗機自帶的位移傳感器測量并記錄整體骨盆垂直位移和扭轉(zhuǎn)角度，并計算骨盆的軸向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度；在垂直加載時通過放置在骨盆后環(huán)的位移傳感器測量并記錄損傷側(cè)骶髂關(guān)節(jié)在垂直、水平和前后方向上骶骨與髂骨的相對位移以及骶骨相對于髂骨在矢狀面上的旋轉(zhuǎn)。所得數(shù)據(jù)采用重復(fù)測量的方差分析進行處理，并進行兩兩比較。
　　

7、 結(jié)果:
　　 在0～600N的垂直載荷下，固定位置1的整體骨盆環(huán)垂直位移最小(平均2.470±0.201mm)，與固定位置2(平均2.896±0.271mm)和固定位置3(平均2.714±0.232mm)相比，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。固定位置3與固定位置2相比也有統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.05)。固定位置1的軸向剛度為完整骨盆的73.3％，而固定位置2和固定位置3分別為62.5％和66.7％。在0～8N·m扭轉(zhuǎn)載荷下固定

8、位置1的扭轉(zhuǎn)角度最小(平均3.285±0.354°)，與固定位置2(平均3.644±0.388°)和固定位置3(平均3.610±0.420°)相比，差異有統(tǒng)計意義(P<0.05)。固定位置3與固定位置2相比無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)。固定位置1固定后骨盆整體扭轉(zhuǎn)剛度為完整骨盆的72.7％，固定位置3為完整骨盆的66.2％，固定位置2僅為完整骨盆65.5％。在0～600N的垂直載荷下骨盆后環(huán)骶髂關(guān)節(jié)在垂直、左右和前后方向上位移以及在矢狀

9、面上的旋轉(zhuǎn)位移，固定位置1與固定位置2和3相比均有統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.05)，固定位置1最小(垂直：1.390±0.118mm、左右：0.340±0.070mm、前后：0.441±0.056mm、矢狀面旋轉(zhuǎn)：1.125±0.282°)，其次為固定位置3(垂直：1.565±0.069mm、左右：0.438±0.107mm、前后：0.548±0.098mm、矢狀面旋轉(zhuǎn)：1.475±0.212°)，固定位置2位移最大(垂直：1.661±0.0

10、72mm、左右：0.484±0.105mm、前后：0.621±0.066mm、矢狀面旋轉(zhuǎn)：1.613±0.285°)，固定位置3與相比固定位置2也有統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.05)。
　　 結(jié)論:
　　 張力帶鋼板固定骨盆環(huán)的生物力學(xué)原理類似于“箍桶”力學(xué)原理。在其固定后環(huán)時不僅需要考慮骨盆后環(huán)的結(jié)構(gòu)形態(tài)，也需要從整體骨盆環(huán)的結(jié)構(gòu)形態(tài)來考慮。張力帶鋼板選擇在髂后上棘水平、鋼板兩端指向恥骨聯(lián)合(大致與骨盆界線平行)固定，無論是從

11、骨盆環(huán)局部，還是從整體骨盆環(huán)來說，都接近于“中心性”固定，更符合張力帶鋼板重建骨盆環(huán)的生物力學(xué)機制。在垂直和扭轉(zhuǎn)載荷下，雖然不及完整骨盆環(huán)的剛度和骨盆后環(huán)的穩(wěn)定性，但與選擇在髂后上棘上方、鋼板兩端指向前方固定和選擇在髂后上棘下方、鋼板兩端指向前上方固定相比，無論是對骨盆環(huán)的整體固定還是對后環(huán)的固定都能提供更好的生物力學(xué)穩(wěn)定性。張力帶鋼板固定在髂后上棘下方、兩端指向前上方次之，張力帶鋼板固定在髂后上棘上方，兩端指向前方最差。
　　

12、 第二部分一種改良張力帶鋼板重建骨盆后環(huán)穩(wěn)定性的生物力學(xué)研究
　　 通過生物力學(xué)研究驗證一種新的改良張力帶鋼板固定不穩(wěn)定性骨盆后環(huán)損傷的效果，并與其它兩種臨床常用內(nèi)固定方法進行比較。
　　 方法:
　　 選取8具成人防腐骨盆標本，其中男性骨盆標本6具，女性骨盆標本2具，年齡29～54歲，平均43.8歲。各骨盆標本在完成正常完整骨盆檢測后，制成不穩(wěn)定性骨盆環(huán)損傷(AO分類C1.2：前環(huán)恥骨聯(lián)合分離，后方骶髂關(guān)節(jié)脫位

13、)模型，每個骨盆標本隨機依次應(yīng)用三種不同內(nèi)固定來重建骨盆后環(huán)：標準張力帶鋼板固定：第一部分研究所證實的最佳固定位置；改良張力帶鋼板固定：在標準張力帶鋼板固定的基礎(chǔ)上，將重建鋼板塑為“M”形，并在骶髂關(guān)節(jié)損傷側(cè)經(jīng)鋼板將1枚螺釘植入骶骨翼來加強張力帶鋼板的固定效果；雙骶髂螺釘固定。所有骨盆標本前環(huán)均用3.5mm重建鋼板固定。將固定好的骨盆標本置于生物力學(xué)試驗機上，分別依次予以0～600N的垂直加載和0～8N·m的扭轉(zhuǎn)加載，通過生物力學(xué)實驗機

14、自帶的位移傳感器測量并記錄整體骨盆環(huán)垂直位移和扭轉(zhuǎn)角度，并計算整體骨盆環(huán)的軸向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度；在垂直加載時通過放置在骨盆后環(huán)的位移傳感器測量并記錄損傷側(cè)骶髂關(guān)節(jié)在垂直、左右和前后方向上骶骨與髂骨的相對位移以及骶骨相對于髂骨在冠狀面上的旋轉(zhuǎn)。所有數(shù)據(jù)采用重復(fù)測量的方差分析進行處理，并進行兩兩比較。
　　 結(jié)果:
　　 在0～600N的垂直載荷下，改良張力帶鋼板固定后的整體骨盆環(huán)垂直位移(2.261±0.383mm)明顯小于

15、標準張力帶鋼板固定后的位移(2.646±0.394m)，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。與雙骶髂螺釘固定相比，改良張力帶鋼板固定后整體骨盆環(huán)垂直位移雖大于雙骶髂螺釘固定后的位移(2.144±0.324mm)，但差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。改良張力帶鋼板固定后的整體骨盆環(huán)軸向剛度為完整骨盆的83.1％，與骶髂螺釘固定(87.4％)相近，比標準張力帶鋼板固定(70.7％)提高12.4％，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。在0～8N·

16、m扭轉(zhuǎn)載荷下改良張力帶鋼板固定后的整體骨盆環(huán)扭轉(zhuǎn)角度(2.719±0.507°)小于標準張力帶鋼板固定后的扭轉(zhuǎn)角度(3.089±0.472°)，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。與雙骶髂螺釘相比，改良張力帶鋼板固定后的整體骨盆扭轉(zhuǎn)角度雖然小于與雙骶髂螺釘固定后的扭轉(zhuǎn)角度(2.608±0.419°)，但兩者之間差別無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。改良張力帶鋼板固定后的整體骨盆環(huán)扭轉(zhuǎn)剛度為完整骨盆的84.8％，與雙骶髂螺釘固定(88.1％)相

17、近，比標準張力帶鋼板固定(74.3％)提高10.5％，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。在0～600N的垂直載荷下骨盆后環(huán)骶髂關(guān)節(jié)在垂直、左右和前后方向上位移以及在矢狀面上的旋轉(zhuǎn)位移，雙骶髂螺釘最小(垂直：0.741±0.164mm、左右：0.214±0.031mm、前后：0.308±0.085mm、矢狀面旋轉(zhuǎn)：0.975±0.271°)，其次為改良張力帶鋼板(垂直：0.824±0.183m、左右：0.235±0.030m、前后：0.3

18、18±0.078mm、矢狀面旋轉(zhuǎn)：1.088±0.300°)，標準張力帶鋼板最大(垂直：1.248±0.205mm、左右：0.291±0.034m、前后：0.475±0.107mm、矢狀面旋轉(zhuǎn)：1.425±0.377°)。改良張力帶鋼板固定明顯小于標準張力帶鋼板固定(P<0.05)，雖不及雙骶髂螺釘固定，但兩者之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。
　　 結(jié)論:
　　 改良張力帶鋼板通過將重建鋼板塑形為“M”形，并經(jīng)鋼板

19、增加一枚螺釘置放于骶骨翼，在傳統(tǒng)張力帶鋼板的基礎(chǔ)上，將固定擴展到骶骨，更加接近損傷部位，進一步模仿了正常骶髂關(guān)節(jié)復(fù)合體后方韌帶組成的“懸吊橋”穩(wěn)定機制，比傳統(tǒng)張力帶鋼板更符合骨盆后環(huán)的生物力學(xué)特點和穩(wěn)定機制。在垂直和扭轉(zhuǎn)負荷下，與傳統(tǒng)的張力帶鋼板相比，改良張力帶鋼板無論對骨盆環(huán)的整體固定還是對后環(huán)骶髂關(guān)節(jié)的固定都起到了很好的加強作用，其固定的穩(wěn)定性與雙骶髂螺釘相近，因此可作為一種相對安全、固定效果可靠的重建骨盆后環(huán)特別是骶髂關(guān)節(jié)骨折脫位