骨折的生物力学范文
时间：2023-11-14 17:52:51
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篇1
［关键词］ 肱骨骨折；生物力学；骨折固定术
Biomechanical study of corner lock plate in treatment of humeral fracture
［Abstract］ Objective To elucidate the biomechanical foundation of corner lock plate.Methods Analyze the biomechanical stability of the fixed humeral fracture with corner lock plate and LC-DCP plate by three methods:tension test，bending test and torsion test.Results From three tests above，the relation of load-straining，load-migration，bending moment-deflection，torsion moment-torsion angle were drew，both of results show statistical significant deviation.Conclusion Internal fixation of humeral fracture with corner lock plate could have good biomechanical stability.
［Key words］ humeral fractures;biomechanics;fracture fixation
对移位的长骨骨折治疗，目前已发展了新的固定钢板，如LC-DCP钢板、点接触钢板、LISS及最新的LCP钢板等，提出生物学固定（BO）的理论，指出锁定钢板具有较高的优越性［1］。但LISS、LCP等锁定钢板也存在精确操作困难、松动等问题［2］。为此，根据临床实践，设计了钛制成角锁定钢板（已申请专利），依靠螺钉之间成角来锁定钢板、固定骨折。这种钢板制作工艺简单、操作方便、三维固定牢靠、手术创伤少。本文从生物力学角度来探讨成角锁定钢板内固定的作用及在治疗肱骨骨折上的生物力学特征，以积累基础理论依据，为临床服务。
1 材料与方法
1.1 标本的制备与分组 采用8具成人新鲜的肱骨干标本，解剖后分别剔除所有软组织，两端用骨水泥包埋固定，测量标本的尺寸，然后分组，随机取样，将标本分为成角锁定钢板。1.2 仪器设备
1.2.1 成角锁定钢板 成角锁定钢板使用钛合金制作，是一种成角锁定钢板，由长条形的接骨用钢板和螺钉构成，钢板在纵向相隔设有若干个螺钉孔（见图1），而且螺钉孔的中心线与钢板内表面中心线成一定角度，螺钉孔依次相互交错（见图2）。螺钉为半螺纹自攻螺钉，螺钉光杆处直径和螺纹直径相同，且和螺钉孔直径相同（见图3）。成角锁定钢板锁定原理见图4。本实验使用8孔钢板，孔距和LC-DCP钢板相等。传统LC-DCP钢板为8孔钛合金钢板。
1.2.2 力学测试仪器 力学测试采用WE-10A液压万能材料实验机(红山实验机厂)以及YJ-29型静态电阻应变演示仪(上海华东电子仪器厂)扭角仪、高精度数显光栅位移测微器(KG-101，精度1‰)、电阻应变片(上海应变片厂常温应变片)，502胶(上海新光化工厂)，703粘合剂单组分硫化硅橡胶（江苏无锡胶粘剂厂）。
1.3 实验组与对照组固定方法
1.3.1 肱骨中段骨折模型的制作 测量肱骨全长，定出中点位置后以线锯垂直于骨干长轴截断肱骨。
1.3.2 骨折固定 传统LC-DCP钢板固定组：使用钛合金8孔钢板，依照标准AO固定技术加压固定肱骨骨折，骨折两端各使用3枚螺钉固定，中间钢板两孔不固定。成角锁定钢板组：先用2枚螺钉固定骨折一端后，在另一端钻一小孔，使用大巾钳使骨折端加压后，再用螺钉固定骨折另一端，同样骨折两端各使用3枚螺钉固定，中间钢板两孔不固定。
1.4 实验力学模型的建立 所有标本在结构、载荷、高度、力学性质、贴片技术与位置等方面均保持一致，以提高测量精度，精心制作实验力学模型。根据肱骨的受力情况确定实验载荷。肱骨上举屈伸运动时载荷一般在400～800N左右，提物、支撑运动时载荷一般在500N左右，用手推拉时载荷一般在300～650N左右。据此在本实验中最大轴向载荷设计在1000N范围以内，以确保在生理运动范围内受力状态。由于肱骨的热传导性较差，且有有机质渗出，故应选择相应良好温度特性的片子，并进行温度补偿，并要求在零漂、机械滞后、疲劳寿命、绝缘电阻好的片子上。在模型中部位置上粘贴电阻应变片，采用高精度小标距应变片［R＝（120±0.5）％，K＝（2.16±0.5）％，1mm×1mm］。粘贴应变片时应遵循实验力学要求，操作规范。关于位移到测量，采用高精度数显光栅位移测微器(KG-101，精度1‰)测量。
1.5 实验测量 将肱骨标本固定在特殊的夹具内，安装好载荷，位移，应变传感器，连接好所有导线，调正仪表，进行预加载100N，以消除骨的松弛、蠕变等时间效应影响，再进行轴向拉压实验、弯曲实验和扭转实验。实验机加载速率控制在1.4mm/min之内，实行分级加载，相应记录应变、位移等力学数据。为了提高精度，标本应多次重复测量。
1.6 数据处理 对所有实验数据首先以线性回归，方差分析，经最小二乘法加以处理，再按数理统计加以筛检，计算相关参数，Student’s T检验，并用Chaurent判断进行精度分析与误差分析。所有计算采用SPSS10.0软件在微机上处理。
2 结果
2.1 肱骨轴向压缩实验
2.1.1 肱骨中段骨折内固定的应变 根据所有标本的拉伸实验测量，可得到骨折断端应变值。载荷、应变值结果见表1。在生理载荷作用下，肱骨上的载荷－应变关系基本上呈线形变化，卸载后可恢复原状。肱骨断端两侧的应变均为压应变，应变越小说明器械固定越牢，肱骨轴向稳定。1000N时采用成角锁定钢板固定的应变小于LC-DCP钢板固定，两者相比相差10.4%，统计显示差异有显著性（P
2.1.2 肱骨中段骨折内固定的位移 两种形式钢板固定载荷－位移关系见表2。在生理载荷作用下，肱骨上的载荷－位移关系基本上呈线形变化，卸载后可恢复原状。肱骨断端两侧的位移在1000N时采用成角锁定钢板固定的位移为2.15mm，LC-DCP钢板固定位移为2.40mm，两者相比相差10%，统计显示差异有显著性（P
2.2 弯曲实验
2.2.1 肱骨弯距－弯曲应变关系 肱骨骨折进行弯曲实验，两者不同形式的钢板固定在张力侧，安置在实验机，中间加负荷，形成三点弯曲实验。给所有标本测试，得到的结果见表3。肱骨骨折采用成角锁定钢板在最大生理负荷弯矩6N·m作用下，其在肱骨断端上产生108με，低于LC-DCP钢板在相同负荷产生的120με，两者相差10%，差异有显著性（P
2.2.2 肱骨弯矩－桡度关系 在弯曲载荷作用下，在肱骨骨折断端会产生向下位移，即弯曲桡度，其测量结果见表4。肱骨骨折采用成角锁定钢板在最大生理负荷弯矩6N·m作用下，其在肱骨断端上产生4.5mm，同样低于LC-DCP钢板在相同负荷产生的5.2mm，两者相差13%，差异有显著性（P
2.3 肱骨骨折固定的扭转力学特性
2.3.1 肱骨骨折两种内固定时扭矩－扭角变化 肱骨骨折两种形式钢板固定，根据所有标本的实验测到的扭矩－扭角关系结果见表5。
2.3.2 结果分析 （1）扭矩－扭角关系变化因肱骨变断面，其变化呈非线性变化，在扭矩1.8N·m之后才成线性变化。（2）在等量线载荷2.6N·m作用下，其成角锁定钢板扭角为12.25°，LC-DCP钢板扭角为17.26°，分别相差12%，统计显示差异有显著性（P
2.4 应力遮挡效应实验 这里所谓应力遮挡是指肱骨在不同器械固定下，应力传导被器械承担了，而骨上的应力被减少，这种现象被称为应力遮挡效应。从力学观点，应力遮挡是钢板和肱骨组合构件应力的重分配，它同组合构件形式材料性质有关。根据所有标本的实验测到的结果见表6。A侧为钢板侧，B侧为钢板对侧。成角锁定钢板的应力遮挡率在1000N时A侧为34%，B侧为19%，而LC-DCP钢板和肱骨接触紧密，因而A侧为43%，B侧为25%。两种不同形式钢板固定应力遮挡率分别在A、B侧相差21%和24%，差异有显著性（P
3 讨论
成角锁定钢板，由长条形的接骨用钢板和半螺纹自攻螺钉构成，钢板与螺钉孔成一定角度，螺钉孔依次相互交错。其固定骨折原理不再是通过接骨板与骨的摩擦阻力原理达到固定作用，而是通过相互交错成角度螺钉和钢板之间内锁定来固定骨折。因为外科专家的测试结果表明每枚4.5mm螺钉拧紧时产生大约2000～3000N的轴向加压力。活体骨上的在体测量的结果表明，加压力在几个月内逐渐减弱，说明螺钉的加压力维持的时间比骨折愈合要长［3］。依靠螺钉拧紧时产生的轴向加压力足够来相互和钢板锁定。
从一系列的实验结果显示，成角锁定钢板的生物力学性能十分优越，其抗压、抗弯、抗扭力学性能优于LC-DCP钢板。它不但承载能力大，而且轴向稳定性好，它有较大的强度裕度，安全稳定。其次它的应力遮挡小，断端固定牢固，传导力合理，有利于骨痂生长。
LC-DCP钢板是低接触性接骨板的设计。但是，低接触性接骨板的固定仍必须有压力施加在皮质骨上［4］。螺钉将接骨板固定在皮质骨上的压力造成接骨板下皮质骨血流障碍［5］。而成角锁定钢板是靠螺钉和钢板成角锁定，钢板对骨皮质没有接触或没有压力，钢板对接骨板下皮质骨血流影响降到最低限度。
传统螺钉由于其螺柱较细而抗弯曲的能力相对较弱。只需加粗柱直径30%，就可以提高抗弯曲能力3倍。有鉴于此，成角锁定钢板螺钉使用自攻杆螺钉，大部分螺柱为4.5mm，丝牙处螺柱为3.2mm，柱直径适当增大，增加了抗弯能力。
在动态载荷影响下，如果内固定螺钉在体内放置好的话，螺钉的松动只是由螺纹和骨之间界面的微动所引起［6］，这种由骨的再吸收所造成的松动见于较低的轴向压力，常见于外固定支架中的螺钉松动［7］。稳定的坚强固定不会在界面上产生骨吸收［8］。成角锁定钢板螺钉螺纹能和骨皮质产生较高的轴向压力，螺纹和骨皮质结合牢固，不易产生螺钉松动。
1 张长青，苏琰，曾炳芳.肱骨近端锁定接骨板治疗肱骨近端骨折的临床分析及手术技巧.中华手外科杂志，2005，5:262-264.
2 纪方，杨铁毅，王铭春，等.MIPPO技术治疗肱骨骨折的解剖学分析及初步应用报告.中华创伤骨科杂志，2005，12:1128-1131.
3 Blumlein H，Cordey J，Schneider U，et al.Long-term measunement of the axial force of bone screws in vivo.Med Orthop Tech，1978，1:17-19.
4 王欣，张世民，俞光荣，等.四肢长管骨钢板内固定后再骨折的原因分析.中国矫形外科杂志，2004，12（23）：1836-1838.
5 费军，余洪俊，杨欣建，等.微接触钢板治疗长管状骨骨折临床疗效观察.中国矫形外科杂志，2004，12(5):342-344.
6 关平，戴玉景.两种外固定器治疗胫骨骨折的临床研究.中国骨伤，2005，10:614-615.
篇2
[关键词]坚固内固定；小型钛板；生物力学
[中图分类号]R782.5 [文献标识码]A [文章编号]1008―6455(2007)04―0488―04
下颌骨呈马蹄形，占据面部下1/3，是颅面部唯一可以活动的骨骼，参与组成牙、颌、及颞下颌关节系统，承担着咀嚼和语言功能。由于其形态特殊且突出于面部，无论在平时或战时，下颌骨的损伤都居于面部骨折的首位。据资料统计，平时伤下颌骨骨折占颌骨骨折总发生率的50％～70％，约是上颌骨骨折的两倍。下颌骨骨折的发生部位常与其解剖的薄弱结构有关，其中颏部、颏孔区、下颌角和髁状突是骨折的好发部位。随着汽车工业的飞速发展，交通事故伤已成为下颌骨骨折最主要的原因。平时伤下颌骨骨折多为线形骨折，而火器伤多为粉碎性骨折。坚固内固定(rigid internal fixation，RIF)是近20年来发展起来的颌骨骨折内固定新技术。应用的基础是骨折在愈合中需要稳定的环境，固定物要能抵消影响愈合的各种不良应力并能维持骨折在正确的位置上直至愈合。本研究旨在通过生物力学实验来评价新型膨胀蕊体型坚固内固定器械对犬下颌骨骨折的固定效果并与临床常用器械进行对比，为其投入临床应用提供依据。
1 材料和方法
1．1 实验动物：10～12个月健康杂种犬10只，体重10～12 kg，雌雄不限，由第四军医大学实验动物中心提供。
1．2 实验器材：颌面骨电动手术器械DSQ-3型微型电锯(广东冠鹰医疗器械制造有限公司提供)，INSTRON MODEL5848材料试验机(ENGLAND)，长四孔小型钛板及金属接骨螺钉(型号：ZEZ02，HCQ04规格：螺钉￠2.0mm×7mm，西安中邦钛生物材料有限公司)，膨胀芯体型坚固内固定器械(规格：固位钉￠2.0mm×7mm由原第一军医大学退休教授梁雄医生设计并提供)
1．3 实验方法
1．3．1 下颌骨骨折动物模型的建立：10只健康杂种犬，检查排除各种颌骨疾病，同体对照，随机分为2组。术前用9％硫化钠溶液脱去双侧下颌骨毛发，肌注速眠新Ⅱ注射液进行麻醉(0.08～0.10ml/kg)，动物固定采取仰卧位。无菌条件下沿犬下颌骨下缘切开暴露双侧下颌骨，于第一臼齿前用微型电锯在喷水冷却条件下切割颊舌侧骨质，充分保护下颌管中的血管神经，沿切线用骨折钳造成双侧下颌骨线形骨折。充分复位喷水冷却条件下钻孔并行坚固内固定术固定双侧下颌骨，每侧使用一块长四孔小型钛板及四颗单皮质金属固位钉或螺钉，手术同时注意保护下颌管中的血管神经。左侧用实验组固定(膨胀芯体型坚固内固定器械)，右侧用对照组固定(中邦牌长四孔小型钛板及金属接骨螺钉)。青霉素钠生理盐水冲洗伤口后分层严密缝合伤口，术后肌注青霉素3天，动物单独饲养，正常饮食。2周后采用麻药处死动物，解剖取得完整下颌骨并观察骨折线愈合情况。将下颌骨于正中联合处锯开制备成双侧下颌骨骨折动物模型。
1．3．2 生物力学测试
1．3．2．1 三点弯曲试验：将犬下颌骨用夹具固定，并调整夹具角度使加载压头分别加载于颌骨侧面及水平面，两侧支点跨距30mm。平衡载荷后于骨折线处垂直加压，加载速度5mm/min。使用材料试验机配套计算机记录载荷一位移数值，以骨折线两侧载荷一位移曲线出现第一个中断台阶做为骨折线断裂标志并记录数值。
1．3．2．2 金属固位钉及螺钉拨出力测试：于新鲜犬双侧下颌骨钻孔，使用工具测量定点使钻孔位置一致。分别固定实验组固位钉及对照组金属接骨螺钉各8颗，将下颌骨标本固定于夹具上，调整夹具角度，使钉的长轴与实验机加载方向一致。以2mm/min的加载速率进行拔出试验，直至出现固位钉、螺钉拔出破坏。记录固位钉、螺钉破坏形态，以载荷一位移曲线出现最高点为固位钉、螺钉拔出破坏的标准，即钉的轴向拔出力出现下降。实验机的载荷信号由计算机数据采集系统记录，并由相应的测试系统软件给出固位钉、螺钉的最大拔出力。
1．3．3 统计分析：采用SPSS 11.0统计软件对各组试验载荷数据进行统计分析，采用配对t检验，以P＜0.05为差异显著的检验标准(a=0.05)。
2 结果
2．1 大体观察：术中及术后动物无死亡，伤口无红肿、渗液等炎性反应现象，伤口Ⅰ期愈合。动物处死后切开观察，所有小型钛板无松动，金属固位钉及接骨螺钉无脱落。对照组骨折处骨质隆起形成连续的表面骨痂，骨折线清晰可见，无炎性增生。实验组大体观察情况与对照组类似但骨痂形成较对照组少，骨折线较对照组模糊。X线观察实验组与对照组骨折线清晰可见表1。
2．2 三点弯曲试验及固位钉拔出试验结果：三点弯曲试验中，实验组及对照组均在加载荷后出现稳定上升的载荷一位移曲线，表明被坚固内固定器械固定的犬下颌骨确实接受了试验机压头的加载。随着加载的进行在上升的载荷一位移曲线中出现了中断台阶，此时下颌骨骨折线处出现了断裂，坚固内固定被破坏。固位钉拔出试验中，随载荷的增加出现载荷―位移曲线，当固位钉被拔出时曲线呈现最高点随后下降，试验数据。金属接骨螺钉及固位钉拔出后实验组钻孔处边缘半径2mm皮质骨表面出现骨折现象，但钻孔内壁较为光滑。对照组拔出后钻孔处边缘半径4mm皮质骨表面出现骨折现象且皮质骨破坏较实验组深。各组数据经统计分析，实验组侧向、垂直向最大载荷及固位钉拔出力分别为对照组的128.75％、148.65％、133.96％。实验组和对照组间存在统计学差异(P＜0.05)。实验组各项数据优于对照组。
3 讨论
骨折时由于骨的主应力轨迹线中断，骨的抵抗和承载功能被破坏。采用坚固内固定技术的目的就是以固定结构代替中断了的骨抗力结构。它通过在骨折部位加接骨板并用螺钉固定在骨折线两端，通过骨块间压力诱导骨生长且使骨断端得到稳定促使骨折愈合。原有骨折愈合概念是在骨折端未
能准确解剖复位及有效维持稳定的基础上，以II期愈合的模式，从X线片及组织学形态变化进行描述的。愈合分为血肿机化、骨痂形成、塑形等三个阶段。通过膜内化骨，软骨内成骨，哈弗氏系统骨内膜造等形式完成。
刘彦普等进行了加压内固定状态下的骨愈合研究后发现。骨折解剖复位后，适当地加压骨断端不仅可增加断面的接触面积，辅之以接骨板的强度，能有效地维持骨折端稳定且及早地发挥颌骨功能。还可使骨折间隙缩小密合并产生相当的生理压应力，促进骨折的Ⅰ期愈合。这种愈合是以哈弗氏系统骨内膜造的方法进行：即破骨细胞开路，血管长入，吸收坏死组织的同时，成骨细胞长入，以新板层骨直接取代坏死组织。达到皮质对皮质、髓质对髓质骨问的直接骨愈合。这种Ⅰ期愈合方式，正如软组织的Ⅰ期愈合一样，具有愈合周期短、并发症少、形成外骨痂较少等特点。虽然加压坚固内固定术可以使骨折更快的愈合，但是其技术操作复杂且适应证不如小型钛板广泛。
champy基于下颌骨外层皮质的解剖厚度(约3～5mm)和生物力学原则及固定器的机械性能，详细阐述了颌骨骨折接骨板放置的理想部位，并发展了小型接骨板系统。Champy同时认为，用小型接骨板固定骨折并不要求绝对稳定，允许有肉眼不能分辨的微动，固定只是为了中和张力，而允许功能性压应力传导。从生物力学角度讲，它是一种稳定并具有弹性的动力性固定。因其相对坚强内固定有肉眼不能分辨的微动，从生理上可以刺激骨折区域成骨细胞生长，避免张力屏障作用，促进骨折的愈合。该接骨板能放置在颌骨张力区附近，并且易于弯曲，适合下颌骨的不同曲度。能在有效抵抗张力区扭力的同时，在下颌缘产生一定的压应力。所以坚固内固定的理论并不是绝对的固定。其固定效果的判断标准应以骨折的愈合速度及强度来衡量。
坚固内固定器械固位原理：对照组所用坚固内固定器械为临床治疗下颌骨骨折常用器械，主要通过螺钉上螺纹与骨之问的剪切摩擦力固位。并通过这种固位对小型接骨板施加压力使其紧密贴合于骨面，从而达到固定骨折两端并促进骨折愈合的目的。影响骨一钉界面强度的因素包括：骨密度、螺钉几何形状(粗细及螺纹外型)、螺钉固定长度、螺钉固定技术。针对这些方面的改进由于受到各种各样的条件限制，因而对提高传统螺钉固定强度作用有限。实验组为一种全新设计的坚固内固定器械，因为在钉长度等影响固位力的因素上已不可能无限的提高，所以该器械在规格与对照组相同情况下采用全新的固位方法及原理。主要体现在金属固位钉的固定技术上。实验组基本固定原理是固位钉的末端膨大技术，即固位钉末端在皮质骨内侧或骨质的深面膨胀以达到坚固内固定的目的。为下颌骨骨折区域创造一个三维稳定性的愈合环境，促进骨折愈合。其操作时，首先将芯体置于钻孔内，然后以特殊设计的装置(拉钉钳)将芯体中的芯向外拉出，借助固位钉的末端膨胀达到坚固内固定的目的。其固位力不是依靠螺纹所产生的剪切摩擦力，而是依靠机械铆合力将小型钛板固定于骨面。该坚固内固定器械的优点是操作方便简单，完全不同于以往的螺纹钉式设计，在手术中可以大大缩短时间。而且应用于同样条件的下颌骨骨折，可以避免固定钉旋入后对钉道的扩大再损伤，固定效果可靠，适应范围较广。
在对犬下颌骨骨折的坚固内固定治疗中，大体观察发现实验组较对照组骨折线处所形成的骨痂为少，骨折线更模糊。因为血运和稳定性对早期骨愈合影响较大，血运差和二维不稳定将使骨愈合延迟、缺血和三维不稳定将导致骨不愈合。微动刺激所产生的外骨痂实际上是对坚固内固定稳定性不足的一种生物补偿。提示实验组较对照组在坚固内固定术后可以提供给下颌骨更好的三维稳定性，这种稳定性更有利于骨折的愈合。通过三点弯曲试验，试验组下颌骨骨折线处较对照组能够承受更大的载荷，提示膨胀蕊体型坚固内固定器械使用于犬下颌骨后使其骨折愈合更为牢固。
篇3
【摘要】
目的 评价踝关节骨折修复下胫腓前韧带的生物力学稳定性。方法 采集国人新鲜足标本一具，截取踝关节以上15 cm下肢小腿横行截断，暴露下胫腓前韧带。载荷实现分级加载，选用小腿极限载荷(踝关节负重力为4.5 BW)20％作为生理载荷，即以0、100、200、300、400、500 N为分级载荷。万能材料试验机(WD5)的加载速率为1.40 mm/min，以准静态方式加载，载荷施加于下肢胫腓骨上。并模拟足运动中立位、跖屈位(30°)、背屈位(20°)、旋后外旋位等四种生理运动状况，正常足及切除下胫腓前韧带测定踝关节的应力变化、距骨的移位变化及轴向刚度数据。结果 标本在正常足及切断下胫腓前韧带的不同功能位上，踝关节的应力变化、距骨的移位变化及轴向刚度，统计学有显著性差异(P＜0.05)。结论 在对内、外踝满意固定后，下胫腓前韧带的修复能更好恢复踝关节的生物弹性，最大限度恢复其原来的结构和功能，避免晚期创伤性关节炎的发生。
【关键词】 下胫腓前韧带 生物力学 踝关节骨折
Abstract：Objective To evaluate the biomechanical stability of restoration of anterior lower tibiofibular ligament in ankle fracture.Methods Collect a fresh foot sample of Chinese，cut off transversely of the shank 15 cm above the ankle joint，operate carefully around the ankle joint as per the clinic procedures，to expose the anterior lower tibiofibular ligament，calcaneofibular ligament，anterior and posterior talofibular ligament for the test.The entire structural simulation is based on the fresh foot sample of normal human corpse and in the phased loading，with 20％ of the shank limit load(the bearing capacity of ankle joint at 4.5 BW) as the physiological load，i.e.the phased load of 0，100，200，300，400 and 500N.The loading rate of the universal material tester (WD5) is 1.40 mm/min，and with the quasistatic loading mode.The load is applied on tibiofibular bone of the shank to simulate the 4 physiological movement status of the foot，i.e.neutral position，metastarsal bending position(30°)，posterior bending position(20°) and esternally rotated position.The normal foot and amputation of anterior lower tibiofibular ligament was used to test the stress change of ankle joint，displacement and axial rigidity of astragalus.Results The sample is placed in the different functional positions of the normal foot and when cutting off anterior lower tibiofibular ligament，it is significantly different in the stress change of ankle joint，displacement and axial rigidity of astragalus and in 2 status(normal foot and cutting off anterior lower tibiofibular ligament)(P＜0.05).Conclusion Upon the satisfactory fixation of the interior and exterior ankle，restoration of anterior lower tibiofibular ligament can better restore the biological flexibility of the ankle joint，maximally recover its original structure and function and avoid the occurrence of late traumatic arthritis.
Key words：anterior lower tibiofibular ligament；biomechanics；ankle fracture
踝关节骨折、脱位是创伤骨科常见的一种损伤［1］。目前认为，三角韧带、下胫腓全部韧带及部分骨间膜同时损伤时可出现下胫腓分离、距骨向外脱位。然而，临床上占多数的WeberB(旋后外旋)型踝关节骨折，在距骨的强力外旋下，首先产生的是下胫腓前韧带损伤，随后产生外踝的螺旋骨折。由此看来下胫腓前韧带对踝关节的稳定作用是不容忽视的。
我院自1999年以来，对该类骨折在内、外踝的坚强固定基础上，常规探查修复下胫腓前韧带，取得了良好效果。在此基础上进行针对下胫腓前韧带的生物力学研究。本研究对下胫腓前韧带在完整和损伤踝关节标本上进行生物力学实验［2］，观察下胫腓前韧带的损伤，对踝关节稳定性的影响，为临床提供可靠的科学依据。
1 材料与方法
1.1 标本来源及制作 采集国人新鲜足标本1具，截取踝关节以上15 cm下肢小腿横行截断。大体测量标本尺寸(见表1)。并进行X线正侧位摄片，确认无疾病，无踝关节损伤、先天性畸形、骨折、严重退行性变等病理性变化，在小腿上部切除肌肉暴露胫腓骨并用骨水泥固定做上端夹具。按照临床方法在踝关节周围小心行手术，暴露下胫腓前韧带、跟腓韧带、距腓前韧带和后韧带备用。同时制作足踝运动夹具，固定足底，能达到足的三维运动允许进行伸、屈、旋转和外翻活动。
标本制作完成后立即进行生物力学实验，实验结束或转换另一实验需维持新鲜状态，用双层塑料袋在－30℃冰柜内保存。在下一实验前，需24 h解冻后进行其他实验，注意冷冻保持足始终维持中立位状态。表1 新鲜国人下肢尸体标本的一般资料
1.2 实验力学模型的建立 所有实验标本在结构模拟、载荷、高度、材料力学性质、加载方式上均保持一致，以提供精度［3］。全部结构模拟均以正常人尸体新鲜足标本为标准，载荷实现分级加载，选用小腿极限载荷(踝关节负重力为4.5 BW)20％作为生理载荷，即以0、100、200、300、400、500 N为分级载荷。万能材料试验机(WD5)的加载速率为1.40 mm/min，以准静态方式加载，载荷施加于下肢胫腓骨上，并模拟足运动中立位、跖屈位(30°)、背屈位(20°)、旋后外旋位等四种生理运动状况，正常足及切除下胫腓前韧带观察踝关节失稳情况。
标本实验前，应对标本的踝关节结构中距骨、胫骨远端、腓骨远端进行材料力学性质测量［3］，测量结果如表2所示。在测试时用等渗盐水纱布湿敷，以免标本干燥。踝关节的位置模拟步态站立相的中期(约为步态周期的28％)，此时为单肢负重中期，踝关节处于中立位(90°)，负重约为一倍体重左右(设60 kg)，加载每次持续5 s。
实验前在内踝、胫腓骨远端前方、外踝和胫腓骨远端后方A、B、C、D四处粘贴电阻应变片，用以测量踝关节内外踝负重应变变化规律，并在踝关节胫骨、腓骨、距骨设测量位移标记点a、b、c。所有这些应变测试和位移测试应进行应变温度补偿、防潮处理，以保证每具标本具有良好的传导性和高灵敏度。表2 踝关节距骨、胫腓骨的材料力学性质测量结果
1.3 生物力学测试 一切准备就绪后，将应变片接入YJK14数字式电阻应变仪，实验前应予载50N以消除骨的时间效应，即骨的松弛、蠕变等粘弹性影响。实验时依次加载100 N等级，控制好机器速率1.40 mm/min，按不同生理运动情况循环加载，依次切断踝关节相关韧带，测量踝关节的应变、移位变化和稳定性［4］。
1.4 数据处理 将所有数据通过统计学方法计算各参数均值及标准差，用统计分析软件SPSS 11.0方差分析进行评价，确定P＜0.05为有显著性差异。
2 结
果
标本在正常足及切断下胫腓前韧带两种状态下的不同功能位上，踝关节的应力变化、距骨的移位变化及轴向刚度，均有统计学的显著性差异(P＜0.05)。详细情况见表3～6。
3 讨
论
3.1 实验结果分析
3.1.1 踝关节在不同功能位下的应力变化 正常足在中立位时内、外踝上的应变分别为(21±1.30) uε和(189±12.28) uε，胫腓前、后关节上应变分别为(142±9.23) uε和(78±5.09) uε。当足处于背屈20°状态下，内、外踝上应变比中立位分别增加29％和34％，在胫腓前、后关节上分别增加5％和38％。当足处于跖屈30°状态，内踝应变比正常中立位增加78％，外踝应变未增加，而在胫腓前、后处，特别在后部应变表3 正常踝关节不同生理运动位置时应变值情况表4 下胫腓前韧带损伤情况下踝关节不同生理运动位置时应变值情况表5 踝关节下胫腓前韧带损伤时不同功能位的距骨移位变化情况 表6 踝关节在不同功能位下胫腓前韧带损伤时的轴向刚度情况增加78％，有明显变化。当足处于旋后外旋状态时，内踝应变增加74％，外踝应变反而减小，在胫腓联合前、后处应变增加明显，达到72％。这说明此状态踝关节受力增大，应变增加明显，容易导致失稳。
手术切断下胫腓前韧带后，足在不同功能位上的应力变化比正常足在功能位上的应变起了明显的变化。此时在中立位，内外踝的应变增加不明显，而在胫腓前后联合处应变比正常时分别增加了38％和69％(P＜0.05)，增加很明显。当足处于背屈20°状态下，内外踝上应变增加同样不明显，相反有所下降，而在胫腓联合前后处分别增加48％和69％(P＜0.05)，应变增加十分明显。当足处于跖屈30°状态，同样内外踝上应变变化不明显，而在胫腓联合前后处应变分别增加50％和29％(P＜0.05)，增加明显。当足在内翻外旋位时，这时对外踝应变影响明显，应变增加74％(P＜0.05)，而内踝影响不明显(仅10％)，在胫腓联合处前后应变反而减小26％和18％(P＜0.05)，但均有所影响。此时踝关节处于半失稳状态。
3.1.2 踝关节在不同功能位下胫腓前韧带损伤距骨的移位变化 在正常足负重时，即踝关节500 N作用下，足处于中立位时，踝关节距骨的移位，即距骨的纵向垂直移位和水平方向移位分别为(1.86±0.12) mm和(0.26±0.02) mm；当足处于背屈20°时，其移位分别比中立位大5％和7％；当足处于跖屈30°时，其移位分别比中立位大6％和76％。但当足在旋后外旋位时，其距骨移位分别达到(2.07±0.17) mm和(1.30±0.11) mm，比中立位分别高10％和80％，距骨来回晃动在水平方向比较大。
当下胫腓前韧带损伤之后，使距骨与胫骨接触不再十分密切，间隙增大，增大了距骨产生水平移动和垂直移动引起的转动。在损伤状态下，足处于中立位时，其距骨的位移分别为(2.04±0.16) mm和(0.29±0.02) mm，比足踝韧带完好无损状态下的中立位位移增大9％和10％(P＜0.05)，背屈20°时比正常足背屈20°时的位移分别增大8％和18％(P＜0.05)，跖屈30°时比正常足的位移分别增加8％和26％(P＜0.05)，在旋后外旋状况下，比正常足的位移分别增加11％和20％(P＜0.05)，位移明显增大足踝关节开始处于不稳定状态，以实验中观察到距骨运动范围明显增大。
3.1.3 踝关节的轴向刚度 正常足踝关节的轴向刚度在中立位时为(268.81±17.50) N/mm，背屈20°时为(284.09±19.90) N/mm，跖屈30°时为(252.53±19.22) N/mm，旋后外旋位时为(241.55±19.40) N/mm，此时的轴向刚度完全能满足人体各种功能运动所需的刚度要求，足踝关节是相当稳定、坚固。
但当下胫腓前韧带切除之后，踝关节的轴向刚度有了变化，明显出现下降趋势。这表示它抵抗变形能力衰减，即使在中立位时轴向刚度也下降了9％，其他不同功能位下降了8％～11％，与正常相比有一定的差异(P＜0.05)。
3.2 WeberB踝关节骨折现有术式及优缺点 在20世纪60年代，学者们认为构成踝穴的内踝极其重要，因此在治疗时，把重点放在内踝上。20世纪70年代起，人们逐渐觉察到外踝是治疗关节损伤的关键。随着对踝关节骨折的深入研究，腓骨的重要性也更加明显［5］。踝关节的稳定，需要结构完整的踝穴，而踝穴又依赖下胫腓联合保持其完整性。此外证实腓骨骨折后的短缩和外侧移位是发生骨关节炎最常见的原因。目前优先整复腓骨骨折的移位，然后再整复内踝和下胫腓韧带联合，已成为手术的常规程序［6］。荣国威等［7］通过尸体标本分别观察下胫腓韧带、骨间膜、腓骨、内踝和三角韧带等损伤与下胫腓联合分离的关系，结果表明形成下胫腓分离必须具备三个条件，即内踝或三角韧带损伤、下胫腓韧带损伤、腓骨与骨间膜在同一水平的损伤。将内踝与腓骨内固定以后，即使施加外翻、外旋应力，也不会出现下胫腓分离。因此，如果内侧损伤是内踝骨折所致，可将内踝与腓骨行内固定治疗，而不需要进行下胫腓联合固定。
目前广泛接受的观点是，下胫腓联合分离不应当行坚强固定，以往曾流行的下胫腓关节融合或者用拉力螺钉固定下胫腓联合都是不可取的。因为这将限制腓骨相对于胫骨干的位移和旋转，从而影响踝穴对距骨的顺应性调节［8］。WeberB型踝关节骨折即LangeHansen分型的旋后－外旋型，距骨的外旋使外踝受到向后向外的应力，使下胫腓前方的韧带受力最大。下胫腓前方的分离是下胫腓联合的部分断裂，就像展开一本书一样［9］。外踝的解剖复位固定，必然使下胫腓联合复位，经距骨受伤时的惯性外旋依然作用于下胫腓前韧带，势必造成距骨的轻度外移及踝关节不稳定。因为距骨外移1 mm能减少20％～40％胫距关节负重面的作用，移位5 mm能减少80％的作用，关节负重时会疼痛，长时间导致创伤性关节炎［10，11］。
3.3 WeberB踝关节骨折修复下胫腓前韧带的临床意义 通过临床实践及生物力学研究，作者认为在对内、外踝满意固定后，下胫腓前韧带的修复能更好恢复踝关节的生物弹性，最大限度恢复其原来的结构和功能，避免晚期创伤性关节炎的发生。
篇4
血运重建加内固定治疗股骨颈骨折 殷林，邬波，宗丹，付东宁，关和宇
股骨颈骨折内固定方法的比较与选择 陈印明，王本龙，胡勇
2～5指掌指关节至近侧指间关节间动脉缺损的修复 邹书文，甘求恩
第3卷第3期A DIFFICUT FRACTURE UNDER ANY CIRCUMSTANCES答案
军事训练中应力性骨折76例分析 陈东风，黄建强，郑小飞，王俊，莫建勋，金炜东，牛玥
FK506加速周围神经损伤修复后肢体功能恢复的实验研究 陈国奋，顾立强
臀肌挛缩致骨盆倾斜的基础和生物力学研究 肖进，冯宗权，原林
双侧股骨髌骨粉碎型骨折1例 朱兴仁，钱耀文，田永山，龚铁军，丁旭明，孙丽敏
无骨折脱位型胸脊髓损伤(附4例报告) 徐宝有，梁作双，王宝琛
后路椎管前方减压哈氏棒固定治疗胸腰椎骨折脱位脊髓损伤 廖平，杨日新，刘文庚
近端逆行穿针法治疗锁骨骨折 韩来春
前臂闭合性伸肌腱断裂的漏诊 林格生，徐煜，王蜀江
隐神经营养血管皮瓣交腿修复足踝部皮肤缺损 刘秉锐，邢玉霞，闫荣军，田培文
少年陈旧性肱骨外髁骨折的手术治疗 曹飞，郝海群，孙振华，张福华，王华民，许国华
胫骨干骨折钢板内固定术后切口感染坏死原因分析及预防措施 丁旭明，朱兴仁，龚铁军，陈燕霞，孙丽敏
单侧多功能外固定架治疗四肢长管骨骨折59例体会 舒迅，杨宜
改良切口取髂骨121例治疗体会 张维兵
四肢血管损伤的诊断和治疗(附30例报告) 方均强，廖坚文，林冷
中西医防治骨筋膜室综合症 宋锡刚，张惠萍
应用网状小切口再植修复皮肤撕脱伤(附22例分析) 朱辉，周亚平，徐伟，李学则，邵礼武
中老年胫骨结节撕脱骨折 叶福平
部分肱骨小头重建尺骨冠状突1例 赵刘军，崔勇，毛伟民
骨形态发生蛋白缓释载体的研究进展 覃昱，裴国献
正中神经和尺神经结核1例 潘贵江，马祥山，包炳晨
骨盆倾斜型臀肌挛缩症 肖进，原林
特殊类型复杂髋臼后部骨折的诊断与治疗 王钢，汪群力
骶髂关节骨折脱位的手术治疗 郭澄水，郑良国，韩国华，孔祥飞
骨盆骨折槽型固定器的研制及临床应用--附31例临床分析 陈德满，苏继承，付伟，王天明，曲天义
带缝匠肌蒂髂骨瓣移植治疗髋臼骨缺损 徐栋华，张征宇，王靓洁
三维CT重建在骶髂关节脱位中的应用 曹向阳，张俊，陈可新，张智
手术治疗复杂性髋臼骨折16例 刘敬梅，王传华，潘峰勋
第一届全国骨盆与髋臼骨折治疗新进展研讨会暨高级讲习班在广州举行
钢丝固定治疗耻骨联合分离5例报告 付秀利，季晓风，梨兆本
第七届全国人工关节学术会征文暨全国人工关节学习班通知
髋臼横形骨折稳定性的生物力学评估 陆爱清，孙俊英，董天华，唐天驷
骨盆骨折的处理 梁国穗
脊柱内固定新技术新理论讲习班通知
三维CT在骨盆疾病中的临床应用 王劲，张雪林，李树祥
髋臼骨折10例治疗体会 王宏修，宋兴杰，武爱民，刘帮超
髋臼骨折合并股骨头后脱位的手术治疗(附28例报告) 李卓球
髋臼骨折的手术治疗 姚士军，郭贺荣，周云飞，李勇
髋臼骨折的治疗 白玺先
髋臼骨折内固定材料选择 罗志平，边子虎，杨立文，黄大江，饶海群，刘思海
髋关节后脱位合并股骨头骨折24例报告 张俊
髋臼骨折的切开复位内固定治疗 郭澄水，陈维鹏，孙东升，蒋学金
介绍一种骨盆骨折新的分类方法 王钢，汪群力
移位性髋臼骨折之外科治疗 邱方遥，陈全木，罗惠熙
骨盆的解剖和生物力学 原林，高梁斌
髋关节的解剖和生物力学 原林，高梁斌
骨盆骨折与腰骶丛损伤 顾立强，王钢，裴国献
骨盆的开放复位和内固定 汪群力，王钢
髋臼骨折的内固定 张旭辉，王钢
骨盆骨折后静脉血栓形成的处理 孙永建，王钢
应用皮瓣移植修复足跟部皮肤软组织缺损 贺长清，王利民，吴学建，陈聚伍
髂内动脉结扎治疗合并腹腔脏器损伤的骨盆骨折大出血 张奎，高劲谋，黄世龙
前臂真皮下血管网皮瓣的临床解剖学研究 廖进民，刘铭，原林，谢元平，黄文华，李忠华，钟世镇
珊瑚羟基磷灰石的细胞相容性实验研究 王珂，裴国献，陈滨，金丹，魏宽海，任高宏
AO C3型桡骨远端骨折固定方法研究的生物力学模型 朱立军，何柏康，吕维佳，梁佳利，周肇平
几丁糖-胶原止血海绵的研制及其生物相容性评价 叶春婷，陈鸿辉，李斯明，邹海燕，梁佩红
筋膜条固定治疗髌骨骨软骨骨折二例 徐自强
曲尼司特对单纯周围神经损伤后抑制瘢痕形成的实验研究 白跃宏，史桂秋，张龙海，时述山
膝关节半月板和韧带损伤磁共振成像诊断 李绍林，张雪林，王钢，史占军，陈燕萍，成官迅
应力性骨折影像诊断 王林森，王植，王淑丽，蔡琳
脑瘫患者选择性脊神经后根切断术后康复训练效果观察 陈彤春，李智勇，严凤娇，徐伟，何翠环
亚洲创伤骨科学会十周年志庆2002年国际会议纪要 王秋根，吴剑宏
第二颈椎骨折脱位的手术治疗及其进展 侯铁胜，陈语
血管新生因子及血管新生疗法在重建外科应用研究进展 潘朝晖，王成琪
应用解剖型钢板治疗胫骨远段骨折的初步体会 叶伟雄，陈鸿辉，梁伟国，陈瑞光，周子强，莫子丹，陈志光
动力髁部螺钉治疗股骨远端骨折 吕夫新，仲崇昆，胡义明，李晓辉，高伟，刘涛
应用动力髋部螺钉加拉力螺钉治疗股骨粗隆间骨折 李洪瀚，郑亚才，严康宁，柯顺忠
三种内固定在股骨干骨折中的应用 徐云钦，冯水云，梁再跃，谭俊铭，陈才平，朱亚中，王朝阳，陈金富，冯炜
骨水泥型人工股骨头假体治疗高龄股骨颈骨折 张秉文，中安秀，杨建业
单臂外固定支架配合跟骨牵引治疗胫腓骨粉碎性骨折 林清泉，李懿，吴珊鹏
上海市交通大学附属第六人民医院骨科上海市创伤骨科临床医学中心
第16届爱丁堡国际创伤学术会议见闻 郭刚
创伤后肘关节僵硬的手术治疗 鲍琨，姜佩珠，于晓雯，陈东，马燕红，曾炳芳
拇短展肌肌力定量测定在腕管综合征诊断中作用 刘璠，H.Kirk Watson，Lois Carlson
肱骨近端骨折的手术治疗 陆晴友，王秋根，张秋林，唐昊，吴剑宏，王万宗
拇外展功能重建不同术式的比较 姬亚飞，杨克非，张友乐
复合性骨盆伤的早期失血及救治相关因素 田利华，刘谨文，高伟
解剖型钢板在股骨远端骨折中的应用 唐本森，向阳，尹培荣
胫骨平台骨折52例临床分析 李新志，郑之和，韩庆斌，黄晶
PDLLA可吸收螺钉治疗踝关节骨折的临床研究 李进，杨述华，杜靖远，邵增务，肖宝钧，杨操，许伟华，刘国辉
椎弓根固定治疗不稳定胸腰椎骨折的临床疗效 杨明连，王东，黄承，许猛子
胸腰椎爆裂骨折的早期治疗 张康乐，蔡国平，刘德昌，熊敏
封闭式负压吸引技术治疗四肢骨筋膜室综合征 王洪，罗怀灿，杨述华，杜靖远，郑启新，朱通伯，孟春庆，刘勇
手外伤流行病学描述性研究 王利，朱小弟，李文庆，宫云霞，王文胜，陈传煌，邵明，盖炼炼
篇5
关键词：螺旋形 钢板内 影响因素
【中图分类号】R-3 【文献标识码】B 【文章编号】1008-1879（2012）11-0385-02
1 钢板的长度
螺旋形骨折属于不稳定型骨折，因骨折段相对较长，在钢板固定不够坚强情况下，伤肢受到综合外力的影响，骨折块间产生微动，必然导致钢板的松动疲劳、弯曲或折断[1，2]。钢板的选择长度应在螺旋段长度加上骨折段平均直径的五倍以上，才能抵抗一定的剪应力，达到有效固定[3]。通过生物力学试验，当钢板长度少于上述标准时，由于杠杆的原理，骨折段内由近端到远，行成为多个杠杆的支点，在内在拉力及外在应力作用下，产生的较大侧方合力及扭力，均集中于骨折螺旋段的钢板上，致使钢板弯曲变形或断裂。同时由于骨折段支点应力较多，致使骨折段微动频数增加，对骨折愈合产生不利影响。
2 钢板的位置与帖服程度
钢板安放的位置对钢板所要承受的载荷是不相同的，钢板安放张力侧时，抵抗外界载荷时变形最小[4，5]。当钢板置于压力侧时，对侧的皮质骨在弯曲压力的作用可出现皮质分离现象，使生理载荷偏离骨折截面的中心，大部分重力经过钢板传递，最终导致钢板变形或断裂，因此，在皮肤条件允许的情况下钢板应安放在张力侧[6]。螺旋骨折靠近长骨骨端时，其稳定性与钢板-骨骼帖服程度相关，当骨折段帖服差时，生理载荷于骨折段时双向传导，其中作用于钢板侧，由于钢板的弹性固定，对侧骨质随着弹性固定而产生微动现象，降低钢板了内固定的稳定性，同时皮质骨的微动，对骨折愈合长生了不利影响。
3 螺丝钉数目与位置
赵志文等认为[1]，骨折线远端或近端第一枚螺钉缺少时，可使空钉处的钢板上的应力增加一倍，临近螺钉上的应力也增加20%；通过生物力学测定，螺旋形骨折段内钢板应力相对于一般横断骨折钢板应力每间隔1个螺钉孔，均增加25%以上。钢板两端螺钉缺少时应力值增加很小。钢板上应力增加的部位一般位于螺钉缺损处及螺旋形骨折段内，而螺钉上出现应力集中的位置在与空钉临近的螺钉上。抵制扭转载荷，螺丝的数目是最重要的因素。李浩等[7]认为已定钢板长度及工作长度，螺丝钉数目对钢板中央应变及抗变刚度无明显影响，但钢板总应变可能增加。在螺旋形骨折的骨折段内，不必要上较密集的螺钉，选择垂直于骨折线的、较对称的钉孔上钉，减少异物干扰，促使自发性骨折愈合，避免在螺旋形骨折段内造成医院性的人为骨折。另外，钢板和骨皮质的距离要保持很近，使用较长的钢板以保证足够的轴向硬度。
4 螺旋形骨折的长度
螺旋形骨折属于不稳定性骨折，其螺旋骨折段的长度与钢板的选择也有特别的要求，一般来说，螺旋骨折段越长，稳定性越差。钢板固定时，作用螺旋段内螺钉受力不均匀，通过生物力学测定，选择钢板长度应超过螺旋段长度的2倍以上，方可平衡力臂，克服旋转应力。为了减少短力臂的作用，可选择1枚拉力钉与螺旋段中部，垂直于骨折线固定，同时骨折段压力侧的骨膜及血运应加以保护，促进骨折愈合。
5 钢板加钢丝固定方式
在临床实践中，因螺旋形骨折段相对较长，为欲解剖复位，将骨折段全部游离，用钢丝单独固定碎骨块，或者在钢板固定后为加强稳定性，再用钢丝缠绕固定。虽然术后X线片显示基本解剖复位，但在术后行功能锻炼时会出现钢丝松动，失去固定效果，再因骨膜广泛剥离，影响了骨折局部血运及骨痂生长，导致骨折延迟愈合[7]。所以在处理螺旋形骨折的手术中，不宜用钢丝单独固定碎骨块，可用钢丝临时固定达到解剖复位，再放置钢板以加强固定，然后去除钢丝。或者先用拉力定临时复位固定，再上钢板固定，均能达到坚强的内固定。对碎骨块的处理尽可能用螺钉固定，或用克氏针固定，最好不用钢丝，防止将来取内固定物时钢丝埋入骨痂，导致钢丝断裂或取出困难。
6 应力遮挡
手术后，在外力及内力作用下，应力集中于钢板及骨折处，易引起钢板折断或再骨折发生。在骨折端的横截面上，钢板仅占整个横截面的不足四分之一，螺旋形骨折不同于一般横断骨折，加之螺旋形骨折致骨折段长度的增加，钢板的弹性模量比骨组织大许多倍，这便使得载荷及应力应变重新分配。较高弹性模量的钢板必然承担较多的载荷，因为任何横截面上的总负荷总是相同的，这便使大多数应力集中在占较小横截面积的钢板上。随着不断的负重，长期、反复承受较大载荷的钢板，必将造成疲劳，导致断裂。另一方面，对于螺旋骨折段的骨质来说，也因出现应力集中而再骨折。骨的愈合要经历血肿机化、原始骨痂形成以及骨塑性改造三个阶段。其中，骨塑性较为漫长，骨质中的骨小梁为适应骨的力学需要进行调整和改变其排列，使骨折痕迹在组织学上完全或接近消失，恢复其正常的生理力学结构[8]。而在此之前，骨折处仍然是一个力学结构的薄弱区，强度低于健康骨组织。但在单位面积上承受的应力常超过正常应力的好几倍[9]。因此，用力不当，即使轻微的外力，也能因应力的集中而发生再骨折。所以，在骨组织完全修复以前，告知患者注意保护患肢，避免过早负重活动，对预防断裂无疑是有积极意义的[10]。
7 功能锻炼
功能锻炼是促进骨折愈合、恢复关节功能的重要手段，功能锻炼要有度有节，用力不当会在骨折端产生应力，引起内固定松动、失效、钢板断裂，进而影响骨折愈合。只有通过临床和X线证实的情况下，才能完全负重[11]。骨折愈合和内固定失效实际上是一个竞赛过程，功能锻炼可改善血液循环，促使骨折在内固定失效之前已愈合，避免内固定失效，因此必须要明确“骨质必须保护内固定”这一概念。
参考文献
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篇6
1 资料与方法
1.1 一般资料 选取本院2012年7月-2014年1月胸腰椎压缩骨折观察病例共80例。疾病诊断标准：参照国家中医药管理局制定的《中医病证诊断疗效标准》确定：（1）有明确外伤史；（2）局部肿痛、压痛、后凸畸形，腰部活动障碍；（3）X片可明确骨折部位、椎体压缩程度。中医辨证及证候判定标准：参照国家技术监督局的《中华人民共和国国家标准·中医临床诊疗术语证候部分》拟定：气滞血瘀证：腰背部疼痛，时有刺痛，或见青紫、肿胀，活动受限，舌淡红或紫或有斑点，脉弦涩。纳入标准：（1）符合西医诊断胸腰椎压缩骨折标准和中医气滞血瘀证诊断标准；（2）年龄18～65岁之间；（3）骨折距治疗时间≤7 d；（4）X线片显示椎体前缘压缩高度不超过1/2的稳定性骨折；（5）脊柱后凸畸形角度<30°；（6）椎体中后柱无不稳表现。采用随机数字表法分为两组：治疗组40例，男22例，女18例，年龄最大63岁，最小20岁，平均年龄（39.43±9.87）岁；对照组40例，男19例，女21例，年龄最大65岁，最小18岁，平均年龄（37.65±10.32）岁。两组患者性别、年龄比较差异均无统计学意义（P>0.05），具有可比性。
1.2 方法 均嘱绝对卧床休息1个月，在基本治疗及腰背肌功能锻练的基础上，治疗组使用过伸牵引合按压复位法，对照组予腰背部垫软枕卧床休息，具体如下。
治疗组：过伸牵引合按压复位法。患者俯卧于多功能牵引床上（杭州力胜医疗器械有限公司.颈腰椎三维牵引治疗床.YZB/浙0587-2007），固定骨折远近端躯体，均采用慢牵，设计牵引距离50～70 cm，远端背伸角度8°～l2°。首先缓慢牵引3次放松椎旁肌，然后于持续牵引态下使患者处于过伸位约5～10 min，医师双手交叉并在一起以掌根部位持续按压骨折椎体棘突凸起部位，根据患者具体情况手法力量由轻到重，以患者能耐受为主，患者必须放松，直至局部后突畸形明显减轻或消失。
对照组：腰背部垫软枕卧床休息。腰背部放置一个棉布质地枕头约10 cm，1周后加1.5～5 cm，根据压缩的程度及患者的耐受程度逐渐增加垫枕的厚度。
两组随访6～12个月，平均随访9.5个月，6个月后评定疗效。
1.3 疗效判定标准 参照《中医病证诊断疗效标准》及参考文献制定：优：被压缩椎体高度恢复在90%以上，即Beck指数在0.9以上，后凸畸形完全纠正或Cobb角<5°，无腰背疼痛，能胜任原工作或重体力劳动；良：被压缩椎体高度恢复在70%以上，即Beck指数在0.7以上，后凸畸形部分纠正或Cobb角<15°，能胜任一般工作或中等强度体力劳动，但重体力劳动后感腰背部酸痛，休息后可缓解或消失；差：被压缩椎体高度恢复70%以下，即Beck指数在0.7以下，后凸畸形无恢复或Cobb角≥15°，静息状态下亦感腰背部疼痛，活动后加重，日常生活及劳动能力均明显受影响。
1.4 统计学处理 采用双人录入法建立数据库，并用SPSS 15.0统计软件分析，避免输入数据的错误。两组优良率比较用 字2检验，以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
治疗组优良率为97.5%，对照组为90.0%，两组比较差异有统计学意义（P<0.05）。
3 讨论
临床上治疗单纯胸腰椎压缩性骨折多以过伸位闭合复位为首选方案，近年来国内文献相继报道过伸复位固定法治疗胸腰椎压缩性骨折。复位的机理在于过伸下使前纵韧带及椎间盘产生作用于椎体前部张开力，使压缩椎体产生复位效应，其生物力学基础是Denis等提出的脊柱“三柱”学说。复位很好开展可以有效减少相关的后遗症，比如慢性腰痛，同时维持良好的脊柱生理弯曲。郑平等利用生物力学研究证明，前纵韧带的充分伸展可提供足够的过伸整复矫正力而不会断裂，脊柱的过伸运动可有效地整复骨折、脱位、后弓角，恢复其生理弯曲和椎体高度，从而增加椎管和神经孔的面积，为胸腰椎压缩性骨折的过伸复位提供了依据。顾云五等通过生物力学研究证明，当脊柱过伸复位时，支点落在椎体后面，由于支点不在后关节突关节，故合并有关节突骨折、椎体骨折时，垫枕练功等亦不致挤压脊髓，为过伸复位的安全性提供了理论依据。
根据上述生物力学原理和Denis提出的脊椎三柱分类概念，那么，脊柱在弯曲时，就会相应地在前、中、后柱上产生不同的应力。垫枕疗法的应用，要考虑到脊柱后凸对脊柱生物力学性质的影响，只有在撑开的同时恢复脊柱的生理前凸，才能使骨块复位到正常并有效的减压。利用牵引、手法、垫枕等对脊柱产生的后伸力、按压力治疗单纯胸腰段压缩性骨折时，使脊柱承受自身重力牵拉和三点弯曲联合负荷，由于支点在关节突上，使前柱产生较大的张应力，导致前面椎间隙增大；骨折后皱缩的前纵韧带伸展，对骨折椎体产生一种弹性牵引力，从而使压缩的椎体前缘高度有可能恢复正常。而中柱接近中位轴，此处产生的应力、应变都较小，后柱产生的压应力由于关节突关节的活动、棘突间隙变小而减小，所以后柱不会因产生压应力而受到损伤。牵引、手法、垫枕等使脊柱极力过伸，通过肌肉（特别是竖棘肌）的协调活动产生的杠杆力量，以关节突或椎体后缘为支点，间歇性促进前纵韧带、后纵韧带和伤椎的上下椎间盘纤维环发挥收缩力量，使前纵韧带及椎间关节囊紧张，牵开被压缩了的椎体，使破坏了的椎间组织恢复。
本研究以过伸牵引合按压复位法为被试因素和对象，根据该病发病机制、特点和临床表现，从中西医基本理论出发，结合现代技术设备，通过对传统牵引复位方法进行改良观察过伸牵引合按压复位法治疗胸腰椎压缩骨折的疗效，为胸腰椎压缩性骨折的患者找出一种疗效高、痛苦小、易接受的治疗方法，并在一定层次上对中医经典方法新用进行了初步探索。本临床研究中，治疗组40例患者采用过伸牵引合按压复位法，总优良率达97.5%，而对照组采用腰 背部垫软枕卧床休息治疗，总优良率为90%；经统计学处理，两组疗效比较差异具有统计学意义（P<0.05），说明治疗组患者无论主观感觉还是客观检查效果均优于对照组，过伸牵引合按压复位法治疗胸腰椎压缩骨折有较好的临床疗效。
采用过伸牵引合按压复位法治疗胸腰椎压缩骨折，其方法原理是在“垫枕法”横向张力复位的基础上加上纵向的牵引力及张力，通过前、后纵韧带、椎间盘的纵向拉力使压缩的椎体复位更加完善，使错位的小关节复位。骨折复位后有计划的腰背肌功能锻炼，通过间歇性的、主动的腰背部背伸运动使腰背肌力和前纵韧带张力不断加强，也有效的预防了椎体骨质疏松的发生，使复位后的椎体高度得以保持，加上病人在下床后的一段时间内避免弯腰活动，使复位的椎体高度不再丢失，从而消除后遗症或更加减少了后遗症的发生。
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篇7
本次统计分析发现寰椎骨折以男性多见，这可能与寰椎骨折的发生原因有关，有文献报道〔3〕，寰椎骨折多是80%一85%是由于摩托车交通事故或高坠引起，本组统计虽然样本较小，但也反映出寰椎骨折多发于交通事故伤中，可能是男性参与这些社会活动的机会较多，从而受到损伤的机会较多。
1寰椎骨折的诊断:在本次统计分析中，寰椎骨折的诊断主要依赖影像学检查，由于寰椎骨折多合并有其他颈椎损伤〔3〕，单纯的寰椎骨折无特异性的症状与体征，临床表现一般较隐匿。只有约10%一30%的伤者有神经症状和体征〔斗〕，因此，寰椎骨折在临床上容易漏诊。因此，影像学检查是诊断寰椎骨折的主要手段和评价依据，对于寰椎骨折的影像学辅助检查包括颈椎开口位、正侧位x线片、CT平扫+重建及MRI扫描。X线片为筛选方法，本组16例均行X线检查。X线检查可以发现其他颈椎的合并损伤，并且可以用于指导CT扫描，侧位x片可以清晰地显示寰椎后弓骨折，前弓的骨折虽不易辨认，但明显增宽的咽后部软组织阴影(正常<5mm)，可提示前弓的骨折或其他前部结构的损伤，Levine等川研究表明，在CI一C3平面咽后软组织阴影宽度大于9.smm对于诊断寰椎前弓的骨折比后弓有意义。开口位片能清晰地显示侧块的移位。开口位测量寰椎两侧块位移(lateralmassdisplacementLMD)大于6.gmm，可间接判断是否存在寰椎横韧带损伤。但由于患者创伤严重、活动受限以及检查不能合作，且常合并头颅或四肢其他部位的损伤，临床上较难获得技术上满意的X线平片，而且平片的灵敏度低，只能发现47%的颈椎骨折，一些骨折被漏诊〔5〕。所以CT检查就显得尤为重要。CT不仅可以精确地显示骨折的部位、形态以及移位的方向和程度，观察骨折片和椎管的相互关系，还可以清楚地显示椎旁软组织及邻近结构，从而为寰椎骨折的诊断提供更可靠的影像学依据。其中薄层CT是诊断寰椎骨折最好的方法〔6〕。有条件时，还可进行CT图像的三维重建，可以清晰的重建骨折的形态，CT检查也可以初步反映脊髓受压的程度，但不能清晰反映脊髓受压的具体改变、是否伴有软组织损伤及横韧带损伤。近年来，MRI因其对软组织的显影清楚而越来越多地应用于诊断和评估颈椎损伤，可以在早期观察到脊髓的水肿、出血、受压以及韧带损伤情况，当可疑有脊髓受压或韧带损伤时，一般需行MRI检查，本组16例中有6例行MRI检查，对于脊髓和韧带损伤的诊断效果显著。寰椎由前弓、后弓以及两侧块和横突所构成的骨环。有学者〔7•8〕认为寰椎前、后弓与侧块连接的部分较细，骨质相对疏松，是寰椎的薄弱点，也是骨折的好发部位。本组统计显示寰椎的前弓、后弓、侧块骨折的发生率无显著差异性，与文献报道不符，可能是因为本次统计的样本较小的缘故。
2寰椎骨折的生物力学分析:认识与了解损伤的生物力学原理进行分析，对于明确损伤机制以及损伤的诊断、治疗和预防具有重要的意义，有学者〔9•’。〕应用计算机数字技术，通过建立三维数字化有限元模型来对寰椎骨折的生物力学机制进行研究认为，垂直于寰椎前后弓与侧块组成的环状平面结构的瞬间纵向暴力作用于两侧块或寰椎前后弓与两块交界皮质骨薄弱处而导致寰椎骨折。本次统计的16例寰椎骨折中有13例因交通事故引发，可能是由于在交通事故中头部受到纵向外力作用较大的缘故。
3寰椎骨折的法医学鉴定:寰椎骨折的法医学鉴定主要包括损伤程度鉴定和伤残程度鉴定。鉴定时应依据临床表现、影像资料以及临床法医学检查，结合寰椎骨折生物力学特点，分析外界暴力的类型，参照相应的鉴定标准进行鉴定。寰椎骨折引起椎管狭窄的情况较少见，可能是由于Jefferson骨折导致椎管扩大，同时寰椎椎孔的矢状径较一般椎体大〔”〕，因此，单纯寰椎骨折很少引起神经损害〔2•”•’2〕，所以寰椎骨折后引起的脊髓压迫和神经症状并不多见。本组统计在16例中仅有2例出现脊髓受压症状。对于单纯性寰椎骨折的鉴定可依据《人体轻伤鉴定标准(试行)》第四十三条鉴定为轻伤。对于合并有神经、脊髓受压的寰椎骨折可根据临床法医学检查及影像检查，参照《人体重伤鉴定标准》第八十条评为重伤。在进行临床法医学检查时应注意鉴别脊柱损伤后的瘩症性瘫痪，此种瘫痪的脊髓影像学检查无器质性改变，病理反射阴性，神经电生理检查正常。此种瘫痪与外伤无直接因果关系，不能作为损伤程度鉴定的依据。寰椎骨折通常合并有颈椎其他部位损伤〔2•’3•’刊，包括寰枢关节脱位、横韧带断裂、下位颈椎损伤和闭合性颅脑损伤等，此时可依据损伤造成的结果，参照鉴定标准的相关条款进行鉴定。寰椎骨折的多发原因是交通事故致伤，伤者常出现枕颈部疼痛、颈部肌肉僵直、颈部活动受限〔’2〕，主要表现为前屈、后伸方向上的运动受限，对侧屈方向上的运动影响相对较小，而对轴向旋转方向的运动几乎无影响〔7〕，颈部活动在人体功能中占有比较重要的位置，对于头部运动、协调全身活动均有比较重要的作用。因此，在道路交通事故评残鉴定时应根据临床法医学检查结果确定颈椎活动丧失的程度，根据相应的条款进行伤残等级评定。若寰椎骨折伴有脊髓、神经损伤的，应根据相应的神经功能障碍程度(如肌瘫)进行伤残评定。
作者：李伟 单位：铁道警官高等专科学校公安技术系 单位：河南中允司法鉴定中心
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[关键词] 椎体后凸成形术（PKP）；骨质疏松性骨折；生物力学；危险因素
[中图分类号] R687.3 [文献标识码] B [文章编号] 1673-9701（2017）08-0073-04
[Abstract] Objective To investigate the related risk factors of recurrent adjacent vertebral fractures after the percutaneous vertebroplasty（PKP） surgery for the treatment of osteoporotic vertebral compression fractures. Methods A total of 68 cases of recurrent adjacent vertebral fractures after percutaneous kyphoplasty surgery in the treatment of osteoporotic vertebral compression fractures were retrospectively analyzed. The patients were randomly divided into PKP vertebroplasty experimental group and conservative treatment control group， with 34 cases in each group. The incidence of recurrent adjacent vertebral fractures after treatment between the two groups was compared. Results Sixty-eight patients were followed up for 6 to 12 months， averaged（7.3±2.4） months. Return visit results showed that 12 cases of recurrent adjacent vertebral fractures occurred in PKP operation， with the rate of 35.29%. 4 cases of recurrent adjacent vertebral fractures occurred in the control group， with the rate of 11.76%. When the body mass index was less than 20 kg/m2， the recurrent fracture rate of the experimental group was 50%， and the recurrent fracture rate of the control group was 18%. And when the bone density was less than -2.5 SD， the fracture rate was 60% in the experimental group while 16% in the control group， the differences were statistically significant between two groups（P
[Key words] Percutaneous kyphoplasty （PKP）； Osteoporotic fractures； Biomechanics； Risk factors
今社会已进入老龄化社会，骨质疏松性椎体压缩性骨折越发常见，临床工作中骨质疏松性椎体压缩性骨折在骨质疏松性骨折中占相当大比例，一旦一个椎体发生压缩性骨折，其他椎体再发生压缩骨折的风险明显增高，自1987年Galibert等首先报道骨水泥治疗椎体血管瘤之后，椎体后凸成形术（percutaneous kyphoplasty，PKP）于1994年由Reiley应用于临床，由于其具有创伤小、安全性高、病程短等优势，迅速为临床医生所推崇，一时风靡骨科界，PKP短期疗效肯定，可较迅速地缓解患者疼痛，但部分患者术后会再发生邻椎骨折[1-3]，我院自2010年6月～2016年6月收治骨质疏松性椎体压缩性骨折68例，随机分为PKP实验组和对照组并对比研究，旨在探讨PKP术后邻椎再骨折的相关因素。
1资料与方法
1.1临床资料
筛选我院2010年6月～2016年6月收治的骨质疏松性椎体压缩性骨折患者68例纳入本研究，男28例，女40例，年龄55～89岁，胸椎12例（17.65%），胸腰段40例（T11～L1，58.82%），腰椎骨折16例（23.53%）。将筛选对象随机分为PKP椎体成形实验组和保守治疗对照组，其中实验组34例，男14例，女20例，年龄53～91岁，胸椎骨折6例，胸腰段20例，腰椎骨折8例，体重指数>20 kg/m2 10例，骨密度>-2.5 SD 14例；对照组34例，男14例，女20例，年龄54～90岁，胸椎骨折6例，胸腰段20例，腰椎骨折8例，体重指数>20 kg/m2 12例，骨密度>-2.5 SD 10例；研究对象均经MRI确诊，骨折时间
1.2 治疗方法
实验组：局麻生效后，患者取俯卧位，C臂机定位患椎，切开皮肤0.2 cm左右，C臂机直视下，沿椎弓根将套管穿刺针插入患椎椎体内，针尖突破椎体后壁（即置于中柱前缘），更换工作套管，行钻头钻至椎体前中1/3处，更换球囊到达椎体内，在C臂机直视下，观察压力表缓慢扩张球囊，椎体复张满意退出球囊，注入骨水泥，待骨水泥硬化后，旋转骨水泥注入枪取出套管，避免骨水泥残留，术后抗生素应用2 d，抗骨质疏松治疗（包括口服骨化三醇、维生素D3碳酸钙片、静点唑来膦酸注射液或伊班膦酸钠注射液）；术后次日戴胸腰部支具外固定行术后康复练习。
对照组：入院后行绝对卧床制动，患椎下方加垫，逐层加厚至10 cm左右，并行规范抗骨质疏松治疗，绝对卧床6周后，戴胸腰部支具外固定行康复练习，3个月内不可弯腰拾物。
1.3 观察指标
①测量患椎前缘恢复率及临椎骨折发生率；②年龄；③体重；④骨密度（骨质疏松标准：双能X线吸收法测定腰椎骨密度T≤-2.5 SD）；⑤骨水泥注入量；⑥体重指数。
1.4统计学方法
采用SPSS 19.0统计学软件进行数据分析，计量资料用（x±s）表示，组内及组间比较采用t检验，计数资料比较采用χ2检验，P
2 结果
本组病例均获随访，随访时间6～12个月，平均（7.3±2.4）个月，手术组共行PKP治疗腰椎27例，胸椎7例；对照组分别为腰椎26例，胸椎8例。随访显示：实验组与对照组痊愈后邻椎再骨折发生率比较，差异有统计学意义（P
3讨论
PKP治疗骨质疏松性椎体压缩性骨折已被临床公认，本研究显示：实验组患椎邻椎退变较对照组明显，我们认为PKP术后患椎邻椎退变有如下几种因素，患椎矫正高度、骨水泥注入量、注入方式、骨质疏松情况、低体重指数等。
PKP治疗注重生物力学的矫正，有文献报道[3]，PKP术后患者发生邻椎退变率为45%～75%，也有相关报道称PKP术后邻椎继发骨折率为20%～22.5%，其发生率与患者骨质疏松程度、骨水泥注入量、体重指数相关，生物力学研究发现，PKP术通过向病椎注入骨水泥，增强椎体的强度，邻椎应力集中，使邻椎发生骨质疏松性骨折的概率增加，骨水泥的分布不均及向椎间隙的渗漏，可使邻椎终板应力集中，这可能是邻椎退变加速的原因之一[4]。
Baroud G等[5]研究认为，骨水泥的注入恢复了椎体高度，同时其高强度性致使椎间盘压力增加，进而将应力传导致邻椎，加速了邻椎退变，甚至骨折，骨质疏松程度与邻椎再骨折密切相关，椎体骨折的概率在低体重指数人群中明显增加，尤其体重指数
Villarraga ML等[7]认为PKP术后邻椎发生骨折原因与骨质疏松程度密切相关，治疗过程中应用抗骨质疏松药物必不可少，如唑来膦酸、伊班膦酸钠、钙尔奇D、骨化三醇等，以预防和减缓邻椎退变；Lindsay R等[8]认为骨质疏松骨折者经规范抗骨质疏松治疗术后再骨折率减半；低体重指数人群，骨质疏松症发生较多见，发生骨折后行PKP术后邻椎再骨折的机率较高，体重指数与骨密度之比是衡量椎体成形术后公认的指标，低体重指数人群椎体质量较差，PKP术后骨水泥的高强度致使邻椎承载的应力集中，即使很小的负荷也可能造成邻椎骨折。Movrin I[9]通过椎体后凸成形术和非手术方法治疗椎体压缩骨折的疗效比较，总结了PKP术后邻椎再骨折的相关因素，诸如患者的年龄、性别、注入骨水泥的量、骨密度；实验组与对照组的相同危险因素为骨密度、椎体后凸角；Frankel BM等[10]认为骨水泥注入量与邻椎骨折发生存在相关性，合适的骨水泥注入量可明显降低该并发症；Burton AW等[11]认为未经正规药物治疗的骨质疏松症患者，骨质脆性较大，进而发生邻椎骨折，因此，正规的抗骨质疏松治疗对骨质疏松性椎体压缩骨折患者必不可少，避免脊柱过度负重；Wick M等[12]对老年椎体后凸成形术后患者进行随访发现，患者年龄和骨质质量与邻椎再骨折发生率呈正相关；陈惠国等[13]认为PKP术后骨水泥与椎体疏松之间的界面溶解现象目前无处理方法，经骨水泥强化后的椎体高应力是造成邻椎病发生的直接原因。
综合分析骨水泥注入量可能是PKP术后继发邻椎骨折的高危因素；PKP术后致使邻椎承载的负荷增加，加速其退变，骨折风险增加；Liebschner MA等[14]研究发现，当有15%容量的骨水泥注入椎体时，椎体伤前强度水平即可恢复，骨水泥注入过多向邻椎不均匀扩散应力，致使邻椎承载超负荷而致骨折，注重强调恢复椎体高度者，邻椎再骨折概率增加；骨水泥强化邻椎的最大抗压强度与对应骨水泥强化椎体的最大抗压强度比值为0.81，在同等脊柱纵轴的压力下，增加了邻椎骨折的风险，有研究表明，注入2 mL骨水泥椎体强度即可恢复，要恢复刚度，胸椎注入量约4 mL，腰椎注入量约6 mL，把握骨水泥注入量，既需改善症状又不能矫枉过正是手术的水平与技巧。
患椎前缘高度恢复程度与PKP术后继发邻椎骨折呈正相关，过度恢复椎体高度及脊柱后凸畸形，减少患椎终板凹陷，同时增加邻椎负荷，致邻椎发生骨折，患椎矫枉过正增加了邻椎再骨折的风险；陈柏龄等[15]对成人胸4～腰1椎体生物力学研究发现，单侧填充骨水泥可基本恢复患椎的轴向强度，但非穿刺侧刚度在侧方压缩载荷下显著低于穿刺侧，提示骨水泥在椎体内分布与椎体刚度呈正相关；Liebschner MA等[14]研究生物力学与邻椎关系时发现，单球囊注入骨水泥使其在椎w内分布不均衡的可能性增加，致使单侧载荷传导增加，生物力学不佳，而双球囊注入骨水泥使其在椎体内均匀分布，使应力均衡致使邻椎再骨折明显低于单球囊注入。
PKP术后继发邻椎再骨折是多因素的结果，可能与患椎的矫枉过正、骨质疏松、低体重指数、骨水泥注入量等有相关性，故PKP手术应严格遵守适应证，骨质疏松是导致PKP术后邻椎再骨折的根源，提高操作技巧、规范抗骨质疏松治疗是降低PKP术后邻椎再骨折的关键；本研究样本量较小，随访时程不长，患椎及邻椎的远期情况仍需进一步研究。
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篇9
关键词：生物力学；骨质疏松；腰椎；模型；体层摄影术
脊柱的生物力学试验可以通过体内和体外试验两种方式进行。近年来有限元分析法作为一种骨科生物力学的研究方法越来越受到关注。有限元分析不仅能模拟脊柱的各种运动方式，还能模拟正常人、患者和手术后的脊柱外形，从而计算出相应的各个结构的受力和位移情况。腰椎的有限元模型可以为骨质疏松椎体弥补以上试验的不足，为骨质疏松椎体的生物力学试验提供良好的试验模型。拟建立包含多个完整的功能脊柱单位（Functional spinal unite，FSU）骨质疏松腰椎的三维有限元模型，模型包括四个椎体和三个个椎间盘。模型将用于骨质疏松的椎体的治疗评价的生物力学试验。
1 资料与方法
1.1 一般资料：①志愿者1名：根据国人解剖学数值选取1个有代表性的健康成年男性志愿者，35岁，身高175 cm，体重73 kg；②General Electrics 64层螺旋CT机；③计算机工作站：Intel（R）Xeon（TM）CPU 3.00 G 双核四节点（8 cpu），内存：16 G，硬盘：320 G；④医学图像处理软件Mimics 10.0（Materialise's interactive medical image control system 10.0）：一款由比利时Materialise 公司开发的介于医学与机械领域之间的一套逆向软件，可以快捷的将CT或是MRI的断层扫瞄的二维图像转化为机械领域中CAD/CAM软件或完全的三维模型；⑤有限元分析软件MSC.PATRAN 2005：MSC.PATRAN最早由美国宇航局（NASA）倡导开发的，是工业领域最著名的并行框架式有限元前后处理及分析系统，其开放式、多功能的体系结构可将工程设计、工程分析、结果评估、用户化身和交互图形界面集于一身，构成一个完整CAE集成环境；⑥有限元分析软件ABAQUS：ABAQUS由美国公司开发，是世界知名的高级有限元分析软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。ABAQUS包括一个十分丰富的、可模拟任意实际形状的单元库。
1.2 方法与步骤：模型的建立：①螺旋CT扫描：采用General Electrics 64层螺旋CT对已经选定的对象进行螺旋扫描及断层图像处理。扫描时志愿者采取仰卧位静止不动，尽量保持扫描断面与身体长轴垂直。扫描参数如下：层厚0.699 mm，球管电流200 mA、电压120 kV。②CT图像处理及保存：在CT工作站中，通过调整图灰度、增加对比度等，对图像观察细节进行处理，得到清晰的骨窗断层图像，并将其保存为DICOM格式，刻录为光盘保存。③CT图像处理及胸腰段三维图像的重建：将DICOM格式的图像数据导入三维重建软件Mimics。在MIMICS中逐层分割提取已选取的CT图像，去除骨骼周围软组织图像，尽量把胸腰椎T11～T12～L1～L2段从背景中分割。得到处理后每一个断层的CT图像，然后重建出胸腰段的三维图像。④胸腰段椎体三维实体模型的建立和光滑处理：把生成的三维图像数据导入Magic rp软件，利用Remesh模块对模型进行光滑处理，生成光滑和几何高度近似，具有较好面网格质量的模型以便导入Patran前处理软件，构建有限元模型。⑤胸腰段三维模型的前处理：将优化的面网格文件导入MSC Patran前处理软件，生成正常T11～T12～L1～L2段椎体的四面体单元。并在体单元的基础上根据解剖结构的材料属性不同，把椎体分割成皮质骨、松质骨、椎体后部3个部分，其中皮质骨厚度约为1～2 mm。⑥T11/T12、T12/L1、L1/L2椎间盘的建模过程：在已有的椎体四面体单元的基础上生成椎间盘和终板模型，采用六面体单元划分。椎间盘髓核被模拟为不可压缩的体单元（Hybird）。髓核的体积约占椎间盘体积的35%～45%，靠近中后部1/3。椎间盘的上下表面由1.0 mm 厚的软骨终板构成。⑦关节突关节、椎间盘纤维、韧带的建模过程：选择关节软骨，并把关节软骨层的表面接触选用面-面接触单元模拟（无摩擦的滑动表面接触单元），关节囊使用三维Truss单元模拟。纤维环纤维由只承受拉应力的Truss单元构建，纤维在环状体中呈剪刀状方式走行，并与椎间盘平面成平均25°～40°的夹角。有限元模型包含的前纵韧带、后纵韧带、棘上韧带、棘间韧带、横突间韧带以及黄韧带均采用只受拉力Truss单元模拟。⑧赋予各结构材料学参数：对整个胸腰段有限元模型单元材料相关属性进行设定，构建与实际模型在材料参数和力学行为上相吻合的三维有限元模型，其中纤维、韧带、关节囊为只受拉应力的线弹性材料。各部位的材料属性见表1。
表1 正常胸腰段有限元模型的材料参数
结构弹性模量（MPa）泊松比截面积（mm2）皮质骨 12 0000.30
松质骨1000.2
关节软骨100.4
L5-椎体后部3 5000.25
终板1 0000.4
椎间盘纤维环基质4.20.45
椎间盘髓核0.20.4999
纤维环纤维500非线性
前纵韧带200.33 8.0后纵韧带700.320.0黄韧带500.360.0棘间韧带280.335.5棘上韧带280.335.5横突间韧带500.310.0关节囊1000.340.0骨水泥（PMMA）3 0000.41
骨质疏松的材料模型为在正常模型材料参数的基础上，皮质骨、终板、后部结构模量减少33%，松质骨减少66%，同时考虑髓核脱水，弹性模量增加1倍，其他结构保持不变。见表2。
表2 骨质疏松胸腰段有限元模型的材料参数
结构弹性模量（MPa）泊松比截面积（mm2）皮质骨 8 0400.30
松质骨340.2
关节软骨100.4
L5-椎体后部2 3450.25
终板6700.4
椎间盘纤维环基质4.20.45
椎间盘髓核0.40.4999
纤维环纤维500非线性
前纵韧带200.338.0后纵韧带700.320.0黄韧带500.360.0棘间韧带280.335.5棘上韧带280.335.5横突间韧带500.310.0关节囊1000.340.0骨水泥（PMMA）3 0000.41
2 结果
正常脊柱胸腰段三维有限元模型已经建立起来。完整的脊柱胸腰段三维有限元模型包括共276 580个四面体单元，8 532个六面体单元，673个杆单元，总计共95 219个结点。见表3。
表3 正常胸腰椎有限元模型的单元划分
结构单元类型数量节点
95 219椎体骨四面体单元276 580椎间盘、终板六面体单元8 532韧带、关节囊、纤维三维杆单元673
建成后的三维有限元模型与实体组织具有良好的几何相似性。
完全按照上述步骤我们利用有限元软件Patran前处理功能，对不同组织的物理特性进行定义，皮质骨、终板、后部结构模量减少33%，松质骨减少66%，同时考虑髓核脱水，弹性模量增加1倍，其他结构保持不变。基本符合真实的生物力学要求，真实模拟了骨质疏松椎体的材料特性，成功建立了T11～L1的骨质疏松有限元模型。见图1。
图1 建立关节囊、纤维、韧带的正常胸腰段脊柱有限元模型
3 讨论
1974年，Belytschko首先将有限元分析法应用于脊柱力学研究，建立二维椎间盘模型，标志着有限元在骨科生物力学分析中应用的开端[1]。Liu等在1975年首次提出三维有限元模型，将其用于椎间盘生物力学研究并将理论结果与试验结果进行了比较。由于有限元法在求解过程中条理清晰，步骤同一，通用性强，特别适合计算机仿真计算。随着电脑软硬件技术的发展，有限元法在骨结构生物力学及医疗研究中愈显重要且前景广阔。
有限元分析不仅能模拟脊柱的各种运动方式，还能模拟正常人、患者和手术后的脊柱外形，从而计算出相应的各个结构的受力和位移情况。脊柱某些结构的外在位移用普通试验方法容易测得，但内在应力的改变则需要复杂的测试技术，利用有限元分析能够精细地得到模型内部地受力变化。这比外在位移来说更具有深远地意义。而计算机技术的进步及功能完善的专用软件的问世，为确保有限元模型的精确性奠定了基础。现今的研究成果使有限元模型不仅能逼真地模拟椎骨、椎间盘，还能将脊柱周围的韧带、肌肉直接或者间接地加入模型，使模型更加真实完善。正因为如此，近年来有限元分析法作为一种骨科生物力学的研究方法越来越受到关注。有限元模型最大的优势在于可以反映集体内部的应力变化情况，这是其他试验方法难以做到的。
3.1 骨质疏松腰椎三维有限元模型的建立：有限元建模有多种方法，由于人体结构的不规则性，同时CT、MRI机器普及，图像建模的方法比较适合于临床生物力学的研究，目前多数临床相关的研究是通过此方法建模的[2-3]。
在本试验中，我们采用General Electrics 64层螺旋CT对已经选定的对象进行薄层螺旋扫描及断层图像处理。得到清晰的胸腰段椎体骨窗断层图像，并将其保存为DICOM格式，再将DICOM格式的图像数据导入三维重建软件Mimics。这样通过CT建立的胸腰段椎体有限元仿真模型与真实的胸腰段脊柱在几何上就近似人体骨形态。并且我们建立的是四面体椎体模型，四面体相比六面体，对复杂几何体的形状拟和较好。脊柱六面体有限元模型和本课题建立的四面体椎体加六面体椎间盘的胸腰段有限元模型示意图：见图2～3。
图2 脊柱六面体有限元模型
图3 胸腰段六面体、四面体混合有限元模型
另外，由于韧带从生理结构上，只承受拉力作用，不受压力作用，因此，本试验中采用只受拉力作用的线弹性材料模型，采用三维杆单元模拟，一定程度上符合韧带的生理特性。由于CT无法建立椎间盘模型（因为在CT上椎间盘的灰度和周围软组织的灰度重叠无法取值）且椎间盘结构复杂，文章根据椎间盘的生理结构，通过CAD构建了简化的椎间盘模型。椎间盘被固定在相邻的椎体之间，分散来自椎体的压力，通过与双侧软骨终板结合的纤维环和髓核使椎体间具有一定的活动度。
3.1.1 三维胸腰椎体几何模型的准确性：我们研究所建立的有限元模型是骨质疏松椎体压缩性骨折好发的脊柱胸腰段，更符合临床实际情况。模型的建立选择健康成年人的胸腰段脊柱作为基础，应用螺旋CT扫描获得胸腰段脊柱的详细轮廓数据，经Materialise Mimics逆向处理软件，建立胸腰段脊柱的三维实体模型。本研究采用基于CT原始数据的先进逆向建模技术，解决了CAD传统正向建模技术无法构建骨骼等复杂几何体的问题，从而保证了几何高度近似，为下一步的研究提供了良好的三维模型。
3.1.2 三维胸腰椎体网格模型的优点：在对胸腰椎体进行网格划分时，考虑到椎体的几何复杂性，对椎体采用自适应四面体网格划分方法，并对在着重考察和形状非常不规则的区域进行网格细化处理，保证了网格模型和几何模型的高度近似性。因此，本研究的网格模型更加细化和逼真，保证了计算的准确性。同时对于椎间盘模型，采用六面体模型，保证了椎间盘纤维模型的合理构建。采用椎体骨四面体和椎间盘六面体的复合网格模型，即保证了网格模型的几何逼真，又保证了胸腰椎各解剖部位的合理构建，为胸腰椎生物力学的研究提供了良好的网格模型。
3.1.3 胸腰椎模型材料属性的可靠性：因为试验条件的限制，本研究胸腰段脊柱有限元模型各部位的材料属性及基本参数采用了国外学者在胸腰椎材料力学研究中的试验结果，并已被不同研究学者引用进行胸腰脊柱的有限元模拟分析[4-6]。虽然因为研究的方法、试验的条件以及力学标本来自不同地区人种的关系，不同研究学者的材料试验造成材料属性有所偏差，但是本研究采用同一学者的研究结果，对不同模型进行力学分析，从纵向上进行定性比较分析，是合理的。
3.2 胸腰椎模型建立的临床意义：很多老年病如椎间盘退变，椎体的压 缩性骨折等都与老年性的骨质疏松有关，而很多的骨质疏松椎体的病因和治疗均与其生物力学有关，因此，分析不同的手术及创伤对骨质疏松的腰椎的影响是十分关键的。精确的生物力学试验可以帮助选择准确的植入物和手术方法，指导患者的术后康复和锻炼[7-8]。目前，很多学者通过有限元模型来进行骨科研究，并取得了好的成果[9-12]。本试验建立的有限元模型可以在计算机上随意的对椎体产生变形，可以模拟椎体骨折的模型，分析骨折后的生物力学变化，同时可对目前治疗骨质疏松骨折的新技术如椎体成型和后凸成型做比较，以及椎体疏松后内固定松动的问题，还可用于腰椎退变性滑脱，能够很好的模拟腰椎的生物力学试验。我们建立此模型想利用此模型观察骨质疏松椎体骨折后椎体成形后的相邻椎体骨折的问题，最近越来越多的报道认为这种骨折与椎体刚度和强度的增强有关。是否椎体成形术后的相邻椎体的骨折是由椎体的生物力学的改变引起，目前尚无定论。以往试验利用有限元的方法对椎体增强后的相邻椎体的生物力学进行了报道，但得出的结论不一致。这些生物力学试验均证明了椎体刚度的增强是目前相邻椎体骨折的原因[13-14]，认为相邻椎体的骨折与骨水泥增强椎体的弹性模量有关，但部分学者认为相邻椎体的骨折和椎体的增强没有关系[15]。我们将利用建立的有限元模型对目前比较关注的椎体成型手术后的相邻椎体的骨折问题进行进一步的探讨。通过更精确的模型来排除其他因素对增强椎体周围椎体的影响。
3.3 试验的局限性及展望：有限元模型材料参数的获得是通过生物试验得到的，但是到目前为止，退变组织的材料参数的获得对于我们模拟退变的三维有限元模型来说仍是个难以解决的问题，不同研究学者对材料属性的定义有所偏差。另外，虽然近年来建立的生物力学有限元模型越来越接近客观实体，并且对生物力学机制有更深入的理解和预测。但有限元法是一种理论性的分析，只有在更好地结合临床检测与试验观察之后，才能最真实地反映脊柱的受力状况，为疾病的发生、发展分析及疾病的治疗提供准确的参考。
今后，我们还将做深入的研究。包括进一步完善有限元模型的设计，特别是退变椎间盘和髓核的有限元模拟，并考虑肌肉力的影响；探讨KP治疗中骨水泥最佳的注射容积量；骨水泥在治疗椎中不同的分布对治疗椎体及相邻椎体的生物力学的影响；使用不同性质的骨水泥对脊柱的生物力学的影响；把有限元分析和生物试验的方法良好的结合起来。
本研究建立的骨质疏松腰椎三维有限元模型接近真实的生物力学标本，是理想的研究骨质疏松腰椎生物力学的数字化模型，可应用于胸腰段骨质疏松后凸成形术相关的有限元生物力学研究。
4 参考文献
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篇10
【关键词】股骨近端骨折；髋部骨折
股骨粗隆间骨折的分型很多，目前临床广泛应用的有2种：
AO分型
AO将股骨粗隆间骨折纳入其整体骨折分型系统中为31-A型骨折，分为三个亚型[1]。
A1骨折为简单的两部分骨折：
A1.I型骨折：内侧骨皮质骨折位于小粗上；
A1.2型骨折：骨折内侧与远端有嵌插，也是两部骨折；
A1.3型骨折：骨折线通过粗隆一干部的两部分骨折。
A2骨折为内侧皮质有两处或两处以上骨折，大粗隆外侧的皮质骨完整，根据骨折的数目和后侧粉碎的程度进一步分型，
A2.1型骨折：一个中间骨折块；
A2.2型骨折：两个中间骨折块；
A2.3型骨折：两个以上的中间骨折块。
A3骨折线经过外侧的皮质骨（反粗隆间骨折）：
A3.1型骨折：骨折线从外侧远端到近端小粗隆的上方，常常还有一分离的骨折线将大粗隆与头颈部分开；
A3.2型骨折是真正的粗隆之间的骨折，有时近侧主骨折块有一侧方骨折；
A3.3型骨折表现为A3.1型骨折加上包括小粗隆内侧皮质的骨折。
Evans分型
Evans [2]（1949）为了达到非手术闭合骨牵引治疗股骨粗隆间骨折的目的，根据骨折线方向、骨折的稳定性，将股骨转子间骨折分为五型。
Ⅰ型：无移位的两片段骨折，稳定；
Ⅱ型：移位骨折，小粗隆有骨折，但内侧皮质完整，复位后可获稳定；
Ⅲ型：移位骨折，小粗隆有骨折，但复位后内侧皮质难以对合，复位后不稳定；
Ⅳ型：合并大小粗隆骨折的至少4部分碎片骨折，固位后无内侧支撑，不稳定；
Ⅴ型：骨折线从近内侧至远外侧走行，反斜形骨折，不稳定；
其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型的骨折线均自小转子向外上方走行，Ⅴ型骨折线由内侧向外下方走行，为逆粗隆间骨折。
股骨粗隆间骨折的治疗方法相对较多，临床上可分为非手术治疗和手术治疗两大类。随着内固定材料发展及手术方法的改进，以及围手术期诊治水平的提高，手术治疗已成为国内外学者公认的首选治疗方法[3]。目前临床上手术内固定方法分为股骨近端髓外固定系统和髓内固定系统。
髓外固定主要为钉-板类内固定，分为骨折断端静态固定系统（非加压钉板内固定系统）和加压钉板内固定系统。非加压钉板内固定系统包括Jewett钉、角钢板（angle plate）、麦氏鹅头钉（Mclanghin nail）、股骨近端解剖型钢板（anatomical proximal femur bone plate）等，动力髁螺钉（DCS）也可用于股骨粗隆间骨折的治疗，但因其固定于股骨近端时不具有滑动加压的功能，因此，也属于股骨近端非加压钉板内固定系统。加压钉板内固定系统以动力髋螺钉钢板（DHS）为代表，相同设计包括滑动髋螺钉（SHS） 、加压髋螺钉（CHS） 、Richards钢板螺钉及 Ambi钢板螺钉等。DHS钢板螺钉系统通常包括滑动螺钉（ sliding hip screw ， SHS）和侧方钢板（ lateral plate， L P） 两部分， 其治疗IFF 已有30 余年的历史。Jacobs[4]等通过生物力学研究与临床应用，证实DHS具有静力加压与动力加压的双重功效，能保持良好的颈干角，可通过IFF 断端的滑动加压达到骨折面最大范围的接触， 进而减少内固定承受的负荷，其稳定固定允许患者早期下地活动，显著减少术后长期卧床等相关并发症的发生，是目前治疗粗隆间骨折的金标准。
