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(yán)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(dòng)和生活能力為目的。隨著對(duì)骨盆的解剖、損傷機(jī)制及生物力學(xué)特點(diǎn)的深入了解和現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，骨盆骨折的治療已取得較大進(jìn)展，但目前對(duì)廣大臨床骨科醫(yī)生來(lái)說(shuō)，無(wú)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(fù)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(duì)骨盆環(huán)的穩(wěn)定作用占60％，而前環(huán)對(duì)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(diǎn)和焦點(diǎn)。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(diǎn)。最佳

3、的固定方式還尚待于進(jìn)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(rèn)可，尤其是經(jīng)皮手術(shù)的開(kāi)展，更是使其具有了微創(chuàng)、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，臨床應(yīng)用越來(lái)越廣泛。但目前國(guó)內(nèi)外對(duì)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(duì)其固定的力學(xué)原理以及如何應(yīng)用可以達(dá)到最佳的生物力學(xué)穩(wěn)定性還缺乏深入認(rèn)識(shí)。本研究旨在通過(guò)系統(tǒng)生物力學(xué)研究為臨床進(jìn)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(guò)生物力學(xué)研究驗(yàn)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(duì)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(duì)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(jìn)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(biāo)本，其中男性骨盆標(biāo)本5具，女性骨盆標(biāo)

5、本3具，年齡24～53歲，平均41.4歲。各骨盆標(biāo)本在完成正常完整骨盆檢測(cè)后，制成不穩(wěn)定性骨盆環(huán)損傷(A0分類(lèi)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(gè)骨盆標(biāo)本后環(huán)隨機(jī)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(biāo)本前環(huán)均用

6、3.5mm重建鋼板固定。將固定好的骨盆標(biāo)本置于生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)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(guò)生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)自帶的位移傳感器測(cè)量并記錄整體骨盆垂直位移和扭轉(zhuǎn)角度，并計(jì)算骨盆的軸向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度；在垂直加載時(shí)通過(guò)放置在骨盆后環(huán)的位移傳感器測(cè)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(duì)位移以及骶骨相對(duì)于髂骨在矢狀面上的旋轉(zhuǎn)。所得數(shù)據(jù)采用重復(fù)測(cè)量的方差分析進(jìn)行處理，并進(jìn)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(jì)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(jì)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(jì)意義(P<0.05)。固定位置3與固定位置2相比無(wú)統(tǒng)計(jì)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(jì)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(jì)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(lèi)似于“箍桶”力學(xué)原理。在其固定后環(huán)時(shí)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(lái)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(wú)論是從

11、骨盆環(huán)局部，還是從整體骨盆環(huán)來(lái)說(shuō)，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(jī)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(wú)論是對(duì)骨盆環(huán)的整體固定還是對(duì)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(guò)生物力學(xué)研究驗(yàn)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(jìn)行比較。
　　 方法:
　　 選取8具成人防腐骨盆標(biāo)本，其中男性骨盆標(biāo)本6具，女性骨盆標(biāo)本2具，年齡29～54歲，平均43.8歲。各骨盆標(biāo)本在完成正常完整骨盆檢測(cè)后，制成不穩(wěn)定性骨盆環(huán)損傷(AO分類(lèi)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(gè)骨盆標(biāo)本隨機(jī)依次應(yīng)用三種不同內(nèi)固定來(lái)重建骨盆后環(huán)：標(biāo)準(zhǔn)張力帶鋼板固定：第一部分研究所證實(shí)的最佳固定位置；改良張力帶鋼板固定：在標(biāo)準(zhǔn)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(lái)加強(qiáng)張力帶鋼板的固定效果；雙骶髂螺釘固定。所有骨盆標(biāo)本前環(huán)均用3.5mm重建鋼板固定。將固定好的骨盆標(biāo)本置于生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)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(guò)生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)

14、自帶的位移傳感器測(cè)量并記錄整體骨盆環(huán)垂直位移和扭轉(zhuǎn)角度，并計(jì)算整體骨盆環(huán)的軸向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度；在垂直加載時(shí)通過(guò)放置在骨盆后環(huán)的位移傳感器測(cè)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(duì)位移以及骶骨相對(duì)于髂骨在冠狀面上的旋轉(zhuǎn)。所有數(shù)據(jù)采用重復(fù)測(cè)量的方差分析進(jìn)行處理，并進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)張力帶鋼板固定后的位移(2.646±0.394m)，差異有統(tǒng)計(jì)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(wú)統(tǒng)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)張力帶鋼板固定(70.7％)提高12.4％，差異有統(tǒng)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)張力帶鋼板固定后的扭轉(zhuǎn)角度(3.089±0.472°)，差異有統(tǒng)計(jì)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(wú)統(tǒng)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)張力帶鋼板固定(74.3％)提高10.5％，差異有統(tǒng)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。
　　 結(jié)論:
　　 改良張力帶鋼板通過(guò)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(kuò)展到骶骨，更加接近損傷部位，進(jìn)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(jī)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(diǎn)和穩(wěn)定機(jī)制。在垂直和扭轉(zhuǎn)負(fù)荷下，與傳統(tǒng)的張力帶鋼板相比，改良張力帶鋼板無(wú)論對(duì)骨盆環(huán)的整體固定還是對(duì)后環(huán)骶髂關(guān)節(jié)的固定都起到了很好的加強(qiáng)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(duì)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