骶髂螺釘釘?shù)绤?shù)的CT測量與力學性能的三維有限元分析.pdf

1、骶髂關節(jié)骨折脫位時,骨盆在旋轉(zhuǎn)與垂直方向均不穩(wěn)定。生物力學證實應用骶骼螺釘內(nèi)固定,能夠提供骨盆足夠的穩(wěn)定性,其生物力學效應等于或優(yōu)于其他內(nèi)固定。同時臨床實踐證明骶髂螺釘是治療骶髂復合結構損傷最有效方法之一。骶骨側塊個體差異性較大,解剖位置較深,且骶髂關節(jié)周圍解剖結構復雜,現(xiàn)有文獻對確切的進針部位及最佳進針方向沒有統(tǒng)一規(guī)范,手術相關的應用解剖學資料尚少。這限制了骶髂螺釘技術的推廣普及。近年來,在透視與導航技術基礎上開展的經(jīng)皮骶髂螺釘內(nèi)固定

2、術因創(chuàng)傷更小,固定可靠,廣受青睞。但經(jīng)皮骶髂螺釘內(nèi)固定術是以閉合復位、術前患側釘?shù)绤?shù)測量與術中影像學監(jiān)測為應用基礎。然而臨床上部分骶髂螺釘技術適應癥患者經(jīng)牽引術后,患側骶髂關節(jié)仍難以復位或復位不良?；紓任磸臀?術前無法直接測得相應的螺釘釘?shù)绤?shù)。這嚴重影響術中進針點、進針方向、螺釘大小及長度的選擇。術中切開復位后再試圖測量,不僅耽誤手術時間,增加手術風險,同時也可能因搬運患者引起復位關節(jié)再脫位。為了尋找一種更為簡便、精確的理想骶髂螺釘

3、釘?shù)绤?shù)的CT測量方法來指導術中置釘,本研究通過應用CT三維重建技術對11例冰凍正常成人骨盆標本左、右側骶髂關節(jié)進行模擬骶髂螺釘內(nèi)固定術,并對理想骶髂螺釘釘?shù)绤?shù)進行測量與置釘驗證其準確性。為了探討部分經(jīng)牽引術后仍未復位的骶髂螺釘技術適應癥患者,切開復位骶髂螺釘內(nèi)固定術前應用螺旋CT個體化測量健側螺釘釘?shù)绤?shù),指導術中置釘?shù)目尚行?本研究根據(jù)對側的CT測量結果,在11例冰凍正常成人骨盆標本左、右骶髂關節(jié)進行個體化置釘研究。另外,目前國內(nèi)

4、外關于骶髂螺釘力學性能的三維有限元分析的文獻報道鮮有。本研究通過建立骨盆垂直不穩(wěn)定三維有限元模型,評價骨盆前環(huán)穩(wěn)定與不穩(wěn)定2種情況下,單S1螺釘固定與S1、S2雙螺釘固定的生物力學性能,為骶髂關節(jié)骨折脫位內(nèi)固定方式的選擇提供理論依據(jù)。
　　 目的：尋找一種更為簡便、精確的理想骶髂螺釘釘?shù)绤?shù)的CT測量方法來指導置釘,并驗證其準確性與探討臨床意義。
　　 方法：
　　 1.應用CT三維重建技術對11例冰凍正常中國成

5、人骨盆標本進行螺旋CT掃描與多平面重組,左、右側骶髂關節(jié)模擬骶髂螺釘內(nèi)固定術,并應用數(shù)字刻度尺(精確度為0.1mm)與度量器(精確度為0.1°)測量理想骶髂螺釘?shù)尼數(shù)绤?shù)(包括理想螺釘?shù)闹睆?、長度、進針方向、安全角度及進針點與髂后上、下棘的距離等)。
　　 2.根據(jù)CT測量結果,在11例骨盆標本(22個骶髂關節(jié))上進行個體化置釘驗證。
　　 3.采用SPSS13.0軟件對測量數(shù)據(jù)進行處理,求各個參數(shù)的均值和標準差((x)

6、±s),并對骨盆標本左右側進行配對t檢驗,檢驗水準設為α=0.05。
　　 結果：
　　 1.理想骶髂螺釘?shù)拈L度與最大直徑分別為:(87.62±1.68)mm與(20.26±1.20)mm；理想骶髂螺釘與冠狀面、水平面的夾角分別是(25.85±1.06)°與(19.79±1.60)°;理想骶髂螺釘在冠、軸狀面上的安全角度分別為(19.84±1.15)°與(23.64±1.35)°；理想骶髂螺釘進針點與髂后上、下棘的距離分

7、別為(37.02±1.67)mm與(38.30±1.14)mm。
　　 2.11例骨盆標本左、右側骶髂關節(jié)所置螺釘均安全、準確地到達預定位置。3.同一個體左、右側理想骶髂螺釘釘?shù)绤?shù)無統(tǒng)計學差別。
　　 結論：
　　 1.應用CT三維重建技術模擬骶髂螺釘內(nèi)固定術,可簡便、準確地測量理想骶螺釘?shù)尼數(shù)绤?shù)并進行術前評估,這對術中置入螺釘?shù)倪M針點、角度和形態(tài)的選擇具有重要的指導意義。
　　 2.臨床上部分骶髂螺

8、釘技術適應癥患者經(jīng)牽引術后,患側骶髂關節(jié)仍難以復位或復位不良,或許能根據(jù)健側理想螺釘?shù)尼數(shù)绤?shù)指導術中置釘。
　　 目的：探討切開復位骶髂螺釘內(nèi)固定術前應用螺旋CT個體化測量健側螺釘釘?shù)绤?shù),指導術中置釘?shù)目尚行浴?br>　　 方法：
　　 1.實驗-結束后,應用MTS MiniBionix-858型生物力學試驗機(MTS公司,USA,南方醫(yī)科大學生物力學實驗室)將11例骨盆標本左、右側骶髂關節(jié)均制成垂直不穩(wěn)定模型。<

9、br>　　 2.復位骶髂關節(jié)后,根據(jù)對側的CT測量結果,在11例骨盆標本(22個骶髂關節(jié))左、右側骶髂關節(jié)上進行個體化置釘。
　　 結果：左側骶髂關節(jié)所置11枚螺釘均安全、準確地到達S1椎體預定位置；右側骶髂關節(jié)所置螺釘除1枚偏離突出骨質(zhì)外,其余10枚均安全到達S1椎體預定位置。
　　 結論：切開復位骶髂螺釘內(nèi)固定術前應用螺旋CT個體化測量健側螺釘釘?shù)绤?shù),指導患側術中置釘?shù)姆椒ㄊ强煽康摹?br>　　 目的：建立可靠

10、的骨盆三維有限元模型,為進一步研究骨盆骨折損傷機制及評價內(nèi)固定物的生物力學性能提供可靠的數(shù)字仿真模型。
　　 方法：選擇1例有代表性的健康成人男性志愿者,經(jīng)影像學檢查排除骨盆損傷、腫瘤、畸形等病變后,采用螺旋CT(Toshiba Aguilion16,東芝公司,日本)橫斷掃描第4腰椎下緣至股骨大轉(zhuǎn)子下5cm處,層厚為0.5cm。掃描數(shù)據(jù)以Dicom格式存入計算機,借助MINICS10.0軟件(Materialise公司,比利時)

11、重建骨盆骨性結構,幾何模型導入FREEFORM PLUS軟件(SensAbole公司,美國)進行打磨、填孔及去噪處理,形成接近正常的幾何實體模型。幾何實體模型導入ANSYS10.0軟件(Ansys公司,美國)進行網(wǎng)格劃分,根據(jù)韌帶的起止點及橫截面積加載韌帶,錄入各結構的材料力學屬性,建立骨盆的三維有限元模型。設立上部軀體重力負荷為500N,垂直加壓于骶骨椎體上表面。模擬雙足站立,評價骨盆環(huán)的應力傳導規(guī)律與骶髂關節(jié)應力分布:計算出骶骨25

12、個關鍵節(jié)點垂直位移與角位移的均值和標準差((x)±s),并采用SPSS13.0軟件與人體實驗結果進行單樣本t檢驗,檢驗水準設為α=0.05。
　　 結果：
　　 1.所構建的骨盆三維有限元模型共劃分為221139節(jié)點,143115個四面體單元,其中皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨、恥骨聯(lián)合以及關節(jié)軟骨均為solid32單元,全部韌帶均為link單元。
　　 2.骨盆加載后,應力分布均勻,兩側半骨盆受力呈對稱性分布,最大應力分布于坐

13、骨大切跡附近。
　　 3.模擬雙足站立位時,骶骨在矢狀面的垂直位移平均值為0.698mm,角位移平均值為1.69°,與有關文獻報道的尸體生物力學實驗結果基本一致。
　　 結論：本研究所構建的三維有限元模型客觀地反映了骨盆真實的解剖形態(tài)與生物力學行為,是有效、可靠的。
　　 目的：通過建立骨盆垂直不穩(wěn)定三維有限元模型,評價骨盆前環(huán)穩(wěn)定與不穩(wěn)定2種情況下,單S1螺釘固定與S1、S2雙螺釘固定的生物力學性能,為骶髂關節(jié)

14、骨折脫位內(nèi)固定方式的選擇提供理論依據(jù)。
　　 方法：在實驗三的基礎上,建立單純骶髂關節(jié)脫位(A模型)與骶髂關節(jié)脫位+恥骨聯(lián)合分離(B模型)三維有限元模型。2模型分別應用單S1螺釘(Ⅰ類固定)與S1、S2雙螺釘固定(Ⅱ類固定),即可獲得4種(AⅠ、AⅡ、BⅠ與BⅡ)骶髂關節(jié)脫位螺釘內(nèi)固定模型。對4種骶髂關節(jié)脫位螺釘內(nèi)固定模型進行加載與非線性有限元分析,計算出S1螺釘?shù)奈灰婆c應力分布,并與正常骨盆進行比較。
　　 結果：

15、r>　　 1.4種骶髂關節(jié)脫位螺釘內(nèi)固定模型的S1螺釘表面取點路徑上各點的位移曲線結果顯示:S1螺釘?shù)奈灰谱葬斆敝玲斘仓饾u增大。最大位移值的比較結果為:AⅡ模型＜BⅡ模型＜AⅠ模型＜正常骨盆＜BⅠ模型,其中AⅡ、BⅡ、AⅠ模型分別是正常骨盆的55％、82％、96％,而BⅠ模型是正常骨盆的1.93倍(AⅠ模型:1.630×10-3m；AⅡ模型:9.324×10-4；BⅠ模型:3.271×10-3m;BⅡ模型:1.400×10-3m；正常

16、骨盆:1.698×10-3m)。
　　 2.4種骶髂關節(jié)脫位螺釘內(nèi)固定模型的S1螺釘表面取點路徑上各點的應力曲線與S1螺釘?shù)膽υ茍D結果顯示:S1螺釘?shù)膽Ψ植驾^集中,應力峰值出現(xiàn)于通過骶髂關節(jié)處。最大應力的比較結果為:BⅠ模型＞AⅠ模型＞BⅡ模型＞AⅡ模型＞正常骨盆,其中BⅠ、AⅠ、BⅡ、AⅡ模型分別是正常骨盆的736倍、348倍、162倍、75倍(AⅠ模型:3.285×108N；AⅡ模型:7.093×107N;BⅠ模型:6.

17、941×108N；BⅡ模型:1.532×108N；正常骨盆:9.433×105N)。
　　 結論：
　　 1.單純骶髂關節(jié)骨折脫位解剖復位后,予以單純S1螺釘內(nèi)固定,骨盆環(huán)即可獲得可靠的穩(wěn)定,臨床上再冒險置入S2螺釘意義不大。
　　 2.骶髂關節(jié)骨折脫位+恥骨聯(lián)合分離時,單純S1螺釘內(nèi)固定難以恢復骨盆后環(huán)的穩(wěn)定性。
　　 3.S1、S2雙螺釘固定較單枚S1螺釘固定,骨盆穩(wěn)定性更強。
　　 4.穩(wěn)定