髖臼三柱形態(tài)學及生物力學的實驗研究.pdf

1、一、研究背景
　　 在我國，隨著工業(yè)的發(fā)展，近十年來交通事故導(dǎo)致的骨盆髖臼骨折發(fā)生率逐漸增加。高能量損傷所致的骨盆、髖臼骨折，特別是髖臼粉碎性骨折合并骨缺損，日趨增多。根據(jù)目前的髖臼二柱理論，不能完全解釋兒童髖臼骨折特殊現(xiàn)象。而臨床上高能量損傷不斷出現(xiàn)、復(fù)合損傷增多、髖臼骨折類型更加復(fù)雜化，一些新的骨折類型不斷涌現(xiàn)，分類、診斷、治療更加困難。在臨床上，手術(shù)治療相關(guān)并發(fā)癥有增加的趨勢。在臨床分類時有些類型不能用以往的分類方法加以區(qū)

2、分，如壓縮缺損、復(fù)雜骨折、髖部多發(fā)骨折、合并損傷等。骨折發(fā)病率的升高及其損傷結(jié)果的嚴重性為其治療提出了挑戰(zhàn)，有學者同時強調(diào)：髖臼骨折的復(fù)雜性，導(dǎo)致骨折類型的無限性。本課題組張春才教授通過對髖臼的胚胎學、解剖學以及力學的深入研究的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性的提出了髖臼三柱理論及其浮動分類法，即與恥骨形成髖臼前柱，與負重方向的臼頂，形成髖臼中柱，與坐骨形成髖臼后柱：前柱從耳狀面沿弓狀線向前延伸，經(jīng)髂恥隆起及恥骨上支到達恥骨聯(lián)合；中柱從臼頂向上延伸至髂結(jié)

3、節(jié)及其前方，居于髂窩薄層皮質(zhì)骨前；后柱在在髂窩薄層皮質(zhì)骨后方，從后半髂嵴經(jīng)坐骨大切跡到達坐骨結(jié)節(jié)。從骨盆前方看，中柱夾于前后柱之間，三者共同夾持髖臼。中柱即髖臼臼頂是人體骨盆的特化結(jié)構(gòu)，其存在與人直立行走的特征密切相關(guān)，是在從猿到人的長期進化中逐漸形成的，是構(gòu)成髖臼重要組成部分，在維持髖關(guān)節(jié)穩(wěn)定過程中起著重要作用。髖臼臼頂若被累及，將影響髖臼有效載荷面，危及髖關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性。因此，我們需要對髖臼骨盆的結(jié)構(gòu)及功能進行充分研究，并在此基礎(chǔ)上對

4、髖臼部位按照生理功能和組織結(jié)構(gòu)特征進行新的區(qū)域劃分從形態(tài)學和生物力學角度進行循證。
　　 二、研究目的
　　 (一)通過對髖臼三柱對應(yīng)區(qū)域的月狀關(guān)節(jié)面面積的解剖測量，定量分析人體正常髖臼的月狀面的形態(tài)特點及其臨床意義。
　　 (二)通過模擬人體步態(tài)周期中不同時相的髖關(guān)節(jié)的受力情況，進行應(yīng)力測試。檢測骨盆髖臼與股骨頭之間各測量點的生物力學變化，并分析其負荷應(yīng)力分布特點。
　　 (三)能夠找出髖臼部位結(jié)構(gòu)與負

5、荷分布的統(tǒng)一性，為髖臼的區(qū)域新劃分(髖臼三柱)提供新的理論依據(jù)，從而為臨床治療提供治療理論參考。
　　 三、研究方法
　　 (一)在52塊髖骨上，運用石膏塑形髖臼關(guān)節(jié)面，展平描跡成二維圖，分別用數(shù)字求積和計算機Photoshop7.0軟件進行測量觀察，驗證分析其結(jié)果。
　　 (二)5具新鮮半骨盆截骨及股骨近端1/3標本，用夾具將骨盆固定于步態(tài)周期不同時相，如單足站立、足尖離地、足跟著地。在WE-100液壓萬能試驗

6、機進行力學加載，測試前先予載100N,然后按200N的力遞增，分級加載到800N,加載速率控制在1.50mm/min,位移傳感器采用KG-101高精度光顯位移傳感器與千分表同時測量。在力學測試中將壓敏片置入髖關(guān)節(jié)中分別測量股骨頭與髖臼各柱的力學情況。
　　 四、研究結(jié)果
　　 (一)髖臼月狀面中柱關(guān)節(jié)面(髖臼頂負重區(qū)域)面積＞后柱關(guān)節(jié)面＞前柱關(guān)節(jié)面，其大小比例為4.1∶2.8∶1。求積儀測得髖臼月狀關(guān)節(jié)面總面積為(25.

7、45±2.81)cm2，其中前柱關(guān)節(jié)面為(3.21±0.64)cm2,中柱為(13.13±1.86)cm2，后柱為(9.13±1.79)cm2。Photoshop7.0軟件測得髖臼月狀關(guān)節(jié)面總面積為(25.43±3.04)cm2，其中，前柱關(guān)節(jié)面面積為(3.19±0.69)cm2，中柱為(13.08±2.16)cm2，后柱為(9.15±1.76)cm2。兩種測量方法在各柱測量結(jié)果均無明顯統(tǒng)計學差異(P＞0.05)。男性：月狀關(guān)節(jié)面總面積

8、為(26.28±2.22)cm2，前柱為(3.26±0.71)cm2，中柱為(13.64±1.73)cm2，后柱為(9.38±1.48)cm2；女性：月狀關(guān)節(jié)面總面積為(24.38±3.34)cm2，前柱關(guān)節(jié)面面積為(3.13±0.58)cm2，中柱為(12.42±2.14)cm2，后柱為(8.85±2.05)cm2。其中，男女性別在前后柱無明顯差異(P＞0.05)，在月狀關(guān)節(jié)總面積、中柱，統(tǒng)計具有明顯差異(P＜0.05)，說明男性月狀

9、月狀關(guān)節(jié)面總面積、中柱關(guān)節(jié)面多于女性。右側(cè)：月狀關(guān)節(jié)面總面積(25.41±2.86)cm2，前柱為(3.22±0.59)cm2，中柱(13.01±1.69)cm2，后柱為(9.19±1.57)cm2左側(cè)：月狀關(guān)節(jié)面總面積為(25.47±2.99)cm2，前柱關(guān)節(jié)面面積為(3.19±0.72)cm2，中柱(13.19±2.28)cm2，后柱(9.11±1.94)cm2。左右兩側(cè)在各柱關(guān)節(jié)面統(tǒng)計學無明顯差異(P＞0.05)，說明髖臼關(guān)節(jié)面面

10、積左右兩側(cè)相同。
　　 (二)通過新鮮尸體力學模擬加載，模擬人體三種步態(tài)單足站立，足尖離地、足跟著地時相檢測髖臼與股骨頭之間的生物力學變化，并分析其負荷應(yīng)力分布特點。
　　 1、單足站立髖臼月狀關(guān)節(jié)面負重接觸應(yīng)力
　　 人體在單足站立狀態(tài)時是典型的人體姿勢之一，髖臼與股骨頭之間承受的關(guān)節(jié)力約為2.75w。此時髖臼月狀關(guān)節(jié)面負重時的接觸應(yīng)力，在中柱(臼頂)平均應(yīng)力1.72±0.34mpa,前柱1.41±0.35mp

11、a,后柱1.31±0.30 mpa,峰值應(yīng)力在中柱(臼頂區(qū)域)最高平均2.43±0.24mpa。結(jié)果表明，中柱應(yīng)力最大，前柱次之，后柱最少。其中，前中柱無明顯統(tǒng)計學差異(P＞0.05)，中后柱具有明顯統(tǒng)計學差異(P＜0.05)。
　　 2、人體正常步態(tài)足尖離地時髖臼月狀關(guān)節(jié)面負重的接觸應(yīng)力
　　 人體正常步態(tài)在足尖離地髖臼三柱的接觸應(yīng)力分別為中柱(臼頂)平均應(yīng)力3.65±0.26mpa,前柱3.03±0.24mpa,后柱

12、2.80±0.23mpa。結(jié)果表明，中柱應(yīng)力最大，前柱次之，后柱最少，峰值應(yīng)力在中柱(臼頂區(qū)域)最高平均6.17±0.31mpa。其中，前中柱具有明顯統(tǒng)計學差異(P＜0.01)，中后柱也具有明顯統(tǒng)計學差異(P＜0.01)。三柱接觸應(yīng)力明顯加大，其峰值接觸應(yīng)力更快，人體步態(tài)時髖臼月狀關(guān)節(jié)面負重的接觸狀態(tài)屬于動力學作用下髖關(guān)節(jié)的負荷，在步態(tài)周期中足尖離地和足跟著地時出現(xiàn)兩個峰值關(guān)節(jié)負荷。
　　 3、人體正常步態(tài)足跟著地時髖臼月狀關(guān)節(jié)

13、面負重的接觸應(yīng)力
　　 同樣，在人體足跟著地時，臼三柱的接觸應(yīng)力分別為中柱(臼頂部)平均應(yīng)力2.58±0.25mpa,前柱2.10±0.15mpa,后柱1.72±0.19mpa。結(jié)果表明，在人體正常步態(tài)足跟著地時，中柱應(yīng)力最大，前柱次之，后柱最少，峰值應(yīng)力在中柱(臼頂)最高平均3.89±0.31mpa。其中，前中柱具有明顯統(tǒng)計學差異(P＜0.01)，中后柱具有明顯統(tǒng)計學差異(P＜0.01)。
　　 五、研究結(jié)論
　

14、　 (一)髖臼中柱關(guān)節(jié)面面積＞后柱＞前柱，其大小比例為4.1∶2.8∶1。髖臼頂負重區(qū)域關(guān)節(jié)面完整性對維持髖關(guān)節(jié)穩(wěn)定起重要作用，本文觀察結(jié)果對髖臼創(chuàng)傷預(yù)后的評估具有重要意義。
　　 (二)在股骨頭與髖臼接觸部位，最大接觸力出現(xiàn)在髖臼的臼頂區(qū)域，提示在髖臼臼頂受力部位為高應(yīng)力狀態(tài)。在步態(tài)不同時相單足站立，足尖離地，足跟著地，皆出現(xiàn)在髖臼頂部附近，峰值應(yīng)力也出現(xiàn)在臼頂區(qū)，也就證實了髖臼臼頂區(qū)域在人體髖關(guān)節(jié)穩(wěn)定性的重要性。