中柱臺階對髖關節(jié)生物力學行為的影響及相關研究.pdf

1、研究目的：在我國隨著工業(yè)的發(fā)展,近十年來交通事故導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。骨折發(fā)病率的升高及其損傷結果的嚴重性為其治療提出了挑戰(zhàn)，有學者同時強調：髖臼骨折的復雜性，導致骨折類型的無限性。本課題組張春才教授基于髖臼的進化性，髖臼與骨盆的整體性及“頭臼對應”的系統性概念，在Letournel和Judet兩柱理論的基礎上創(chuàng)新性的提出了髖臼三柱理論。將臼頂負重區(qū)及

2、其上方對應的骨質的骨折作為髖臼骨折的一種類型加以區(qū)分，而臼頂作為髖臼中柱的組成部分，是負重關節(jié)面，臼頂區(qū)月狀關節(jié)面的完整性與穩(wěn)定性是承擔髖臼生理功能的重要基礎，涉及此處骨折會導致股骨頭與髖臼之間的接觸面積和應力等關系發(fā)生改變，從而大大增加遠期創(chuàng)傷性關節(jié)炎的發(fā)生概率，因此對手術方案的選擇和預后評估有著重要的影響。髖臼骨折為關節(jié)內骨折，且由于其解剖位置深、結構復雜、手術操作難度大，其復位是否追求解剖復位目前仍存在爭議。涉及髖臼負重關節(jié)面的骨

3、折雖然早在上個世紀中期就被明確提出，并認為其是髖臼骨折診療中的重要影響因素，但縱觀半個多世紀的髖臼骨折研究發(fā)展史，針對髖臼臼頂的基礎或臨床研究少之又少，同它重要的作用產生了鮮明的對比，而在臨床工作中我們發(fā)現，基于髖臼三柱理論的中柱是髖臼骨折經常累及的部位。與之相應的分類方法、診斷標準、手術技術和內固定材料仍缺乏系統性的研究。我們通過模擬髖臼骨折中柱骨折，探討髖臼負重頂區(qū)的臺階移位對髖關節(jié)生物力學行為的影響為確定手術標準和術后療效評價標準

4、提供理論依據。
　　 研究方法：取5 具骨盆標本模擬中柱骨折生物力學行為的研究。實驗時取完整骨盆及與之相連的近側1/3 股骨，去除肌肉組織，保留骨盆的韌帶和兩側髖關節(jié)囊。用自制的夾具將骨盆和股骨固定于雙足站立骨盆中立位，即兩側髂嵴連線平行于地面，在額狀面上，兩側髂前上棘與恥骨聯合平面垂直于地面，髖關節(jié)生物力學行為的變化通過壓敏片來測量，壓敏片可以同時測量髖臼與股骨頭之間的負重、負重面積、平均應力、峰值應力和應力的分布情況。去除實

5、驗側的髖關節(jié)囊，將壓敏片貼于股骨頭上，壓敏片上下覆蓋乳膠套防潮。于髖臼前前壁切跡，及后方髂坐粗線處的關節(jié)面的中央,由關節(jié)外向內鉆兩個直徑2.0mm的標記孔。以便實驗中標記壓敏片的位置，并以此將髖臼關節(jié)面分為前柱、中柱及后柱三部分。實驗在CSS-44010生物力學試驗機上進行，加載量為500N，維持2分鐘，鈍性探針自標記孔插入,在壓敏片上建立壓敏片與髖臼的參照點，同時髖臼邊緣也標記在壓敏片上。加載后，將壓敏片取下，粘貼于紙板上，用FPD-

6、305E密度計和FPD-306E 壓力轉換器進行應力分析，AutoCAD2004 軟件進行圖像分析，測量負重面積。分別測量髖臼完整、解剖復位、不同程度（移位1mm、2mm、3mm）移位時髖臼與股骨頭之間的接觸特性。
　　 研究結果：中柱臺階明顯影響使髖關節(jié)前、中、后柱區(qū)關節(jié)面的負重面積、平均應力、峰值壓強和載荷。解剖復位及鋼板固定后雖然恢復了部分髖臼的解剖形態(tài)，髖臼總的接觸面積（1259.16±132.98mm2），較完整狀態(tài)明

7、顯增加(P＜0.05)，前柱、中柱、后柱的接觸面積分布亦未恢復到完整狀態(tài)，中柱對應接觸面積522.05±31.61mm2較完整狀態(tài)507.86±30.17mm2增加(P＞0.05)，后壁為310.23±30.32mm2較完整狀態(tài)378.76±27.84mm2減少(P＜0.05)。1mm 臺階時，總接觸面積是1040.01±111.18mm2，較完整組減少，前柱、中柱、后柱所對應接觸面積分別是209.96±53.13mm2,459.53±

8、28.69mm2,370.52±29.36mm2,與完整組相比，前柱及中柱所對應接觸面積有所減少，而后柱所對應接觸面積無顯著性差異 ((P＞0.1)。2mm 臺階時，髖臼總接觸面積是872.54±110.98mm2，較完整組顯著減少，前柱、中柱、后柱所對應接觸面積分別是230.47±48.34mm2,346.52±26.73mm2,295.55±35.91mm2,與完整組相比，前柱、中柱及后柱所對應接觸面積均有所減少，而以中柱、后柱所對

9、應接觸面積減少明顯（p＜0.01）。3mm 臺階時，髖臼總接觸面積是733.81±107.68mm2，較完整組顯著減少，前柱、中柱、后柱所對應接觸面積分別是191.62±49.45mm2,309.25±28.43mm2,232.94±29.80mm2,與完整組相比，前柱、中柱及后柱所對應接觸面積均顯著減少（p＜0.01）。與完整狀態(tài)對比，解剖復位及鋼板固定平均壓強1.27±0.11MPa，但是并沒有使平均壓強恢復至完整狀態(tài)，前柱、后柱的

10、平均壓強分布較完整組輕度降低，但無統計學意義。其中前壁為1.11±0.18MPa 較完整狀態(tài)（1.18±0.22MPa）輕度增加(P＞0.05)，無顯著性差異，后壁為1.08±0.16MPa 較完整狀態(tài)（1.13±0.21MPa）減少(P＞0.05)，仍無顯著性差異，但是中壁平均壓強1.45±0.30MPa 較完整狀態(tài)1.32±0.32MPa 顯著增加(P＜0.05)，說明中柱所對的關節(jié)面平均壓強經過復位鋼板固定后仍然與完整狀態(tài)時存在差

11、距。1mm 臺階時，髖臼平均壓強的分布平均壓強是1.66±0.17MPa，較完整組（1.22±0.13MPa）及解剖復位組（1.27±0.11MPa）明顯升高，前壁、中壁、后壁平均壓強分別是1.29±0.19MPa,1.88±0.31MPa,1.59±0.21MPa,與完整組相比，三柱所對應的平均壓強均明顯增加。其中以中柱、后柱所對應接觸面增加顯著，其平均壓強與解剖復位組對比有顯著性差異((P＜0.05)，與完整組對比亦有顯著性差異(P

12、＜0.01)。2mm 臺階時，髖臼平均壓強是3.18±0.21MPa，較完整組及解剖復位組明顯升高，前壁、中壁、后壁平均壓強分別是2.58±0.22MPa,2.91±0.19MPa,3.96±0.41MPa,與完整組相比，三柱所對應的平均壓強均明顯增加，與完整組對比亦有顯著性差異 ((P＜0.01)。3mm 臺階時，髖臼平均壓強是3.74±0.19MPa，較完整組及解剖復位組明顯升高，前柱、中柱及后柱所對應接觸面的平均壓強分別是2.63

13、±0.25MPa,3.27±0.26MPa,4.89±0.43MPa,與完整組相比，三柱所對應的平均壓強均明顯增加，與完整組對比差異顯著(P＜0.01)。髖臼中柱骨折臺階狀移位使髖臼負重頂區(qū)和前壁的峰值應力增加，而使后壁的峰值應力下降。髖臼完整時負重頂區(qū)的峰值應力為2.22±0.18MPa，解剖復位時為2.35±0.23MPa（與完整時相比,P=0.89），臺階狀移位1mm時為2.98±0.28MPa（與完整時相比,P=0.03），2m

14、m時為3.61±0.19MPa（與完整時相比,P=0.010），3mm時為3.87±0.26MPa （與完整時相比,P=0.001）。髖臼完整時前壁的峰值應力為2.18±0.14MPa，解剖復位時為2.11±0.19MPa（與完整時相比,P=0.92），臺階狀移位1mm時為2.32±0.19MPa （與完整時相比,P=0.75），2mm時為3.58±0.22MPa （與完整時相比,P=0.02），3mm時為3.63±0.25MPa（與完

15、整時相比,P=0.001）。髖臼完整時后壁的峰值應力為2.13±0.21MPa，解剖復位時為2.22±0.17MPa（與完整時相比,P=0.79），臺階狀移位1mm時為2.06±0.21MPa（與完整時相比,P=0.04），2mm時為1.96±0.41MPa（與完整時相比,P=0.02），3mm時為1.89±0.43MPa（與完整時相比,P=0.003）。完整髖臼三個區(qū)域總載荷為1448.47±276.16 N，其中前柱、中柱、后柱載荷

16、為350.09±92.28N,670.38±85.82N,427.99±98.06N。骨折解剖復位并行鋼板固定后，其三個區(qū)域的總載荷為1600.43±232.25N，其中前柱、中柱、后柱載荷為362.75±76.49N,902.63±79.80N,333.05±85.96N。骨折解剖復位殘存1mm 臺階，其三個區(qū)域的總載荷為1723.37±245.58N，其中前柱、中柱、后柱載荷為270.85±86.47N,863.92±93.27N,

17、589.13±65.84N。2mm 臺階，其三個區(qū)域的總載荷為2773.96±255.32N，其中前柱、中柱、后柱載荷為594.61±85.49N,1008.37±70.24N,1170.25±99.59 N。3mm 臺階，其三個區(qū)域的總載荷為2744.29±289.57N，其中前柱、中柱、后柱載荷為593.96±102.49N,1011.25±90.56N,1139.08±96.52N。中柱骨折解剖復位鋼板固定后中柱和后柱區(qū)域與完整狀

18、態(tài)下有顯著性差異，其中中柱為902.63±79.80N、后柱為335.05±85.96N (P=0.038和0.029)，前柱載荷與完整狀態(tài)350.09±92.28N（P=0.023)相比無顯著性差異。臺階組三柱的載荷與完整組相比有顯著性差異，且隨著臺階的增加，三柱的載荷均逐漸增加。所以可以得出，由于臼頂部臺階的存在，導致了髖關節(jié)應力載荷的增加，解剖復位雖然能夠減小載荷增加的幅度，但仍不能完全恢復完整時的狀態(tài)。
　　 研究結論：