胸鎖關(guān)節(jié)解剖型鎖定鋼板的研制及生物力學研究.pdf

1、第一部分胸鎖關(guān)節(jié)的解剖學及生物力學研究
　　目的：（1）測量胸鎖關(guān)節(jié)周圍骨性結(jié)構(gòu)與韌帶的解剖學數(shù)據(jù)，觀察其形態(tài)學特點，為胸鎖關(guān)節(jié)脫位及周圍骨折解剖鎖定鋼板的研制提供解剖學參數(shù)與理論依據(jù)。（2）對胸鎖關(guān)節(jié)及周圍韌帶進行生物力學測試，探討其生物力學特點,為設(shè)計用于胸鎖關(guān)節(jié)脫位及周圍骨折的內(nèi)固定鋼板提供生物力學依據(jù)，也為臨床手術(shù)提供生物學參考。
　　方法：（1）選取8具成人防腐、濕潤尸體標本（6男、2女），死亡年齡32-58歲，平

2、均46.5歲。解剖分離出完整的胸骨柄、雙側(cè)鎖骨及胸鎖關(guān)節(jié)周圍組織。剝除標本上附著的肌肉及無關(guān)軟組織，完整保留雙側(cè)胸鎖關(guān)節(jié)、周圍韌帶及關(guān)節(jié)囊結(jié)構(gòu)，修整成骨-韌帶-骨標本模型。用墨跡圖及網(wǎng)格計數(shù)法測量本組胸鎖關(guān)節(jié)標本的胸骨柄與鎖骨端關(guān)節(jié)面積，并進行統(tǒng)計學分析。對所有標本進行CT三維重建，用影像學和解剖學兩種方法測量本組標本以下解剖參數(shù)：參考董加純等提供的方法測量胸骨柄厚度，同時測量胸骨切跡寬度，雙側(cè)鎖骨近端三分之一的前后徑、上下徑，鎖骨與胸

3、骨柄在冠狀面所成夾角，胸鎖關(guān)節(jié)在解剖位向前的成角，對兩種方法測得的每組數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析。（2）觀察本組標本胸鎖前、后韌帶的形態(tài)學特點，分別測量長、寬及厚度，并進行統(tǒng)計學分析。（3）將每副標本的左、右側(cè)胸鎖關(guān)節(jié)隨機配對分組：A組測試單純切斷胸鎖前韌帶前后在鎖骨遠端加載0-10N負荷下負載點的位移及角度變化，B組測試單純切斷胸鎖后韌帶前后在鎖骨遠端加載0-10N負荷下負載點的位移及角度變化。參考Spencer的力學實驗研究，操作如下：分別

4、用特制夾具固定標本的胸骨柄端，在解剖位垂直于鎖骨遠端進行前、后方向負載實驗(勻速加載0-10N，加載速度2mm/min）。力學試驗機相連接的終端計算機采集實驗數(shù)據(jù)，并繪制負荷-位移曲線。所得位移值根據(jù)正弦三角函數(shù)關(guān)系計算出胸鎖關(guān)節(jié)向前、后方向所成角度。比較兩組在前、后方向負載下關(guān)節(jié)所成的角度及負載-成角回歸直線斜率。實驗數(shù)據(jù)應用SPSS19.0統(tǒng)計學軟件進行分析，P<0.05認為具有統(tǒng)計學差異。
　　結(jié)果：（1）本組測量的胸骨柄關(guān)

5、節(jié)面積（239.00±28.78mm2）小于鎖骨內(nèi)側(cè)端關(guān)節(jié)面積（482.56±44.89mm2），有顯著性差異（t=-40.105，P＜0.001）。胸骨柄厚度，胸骨切跡寬度，雙側(cè)鎖骨近端三分之一的前后徑、上下徑，鎖骨與胸骨柄在冠狀面所成夾角，胸鎖關(guān)節(jié)在解剖位向前的成角，在標本大體與CT兩種方法上測量的數(shù)據(jù)結(jié)果均無統(tǒng)計學差異（P＞0.05）。（2）本組測量的胸鎖前韌帶長度為17.56±1.94mm，寬度為15.54±1.42 mm，厚度

6、為1.93±0.32 mm。后韌帶長度為17.21±1.86 mm，寬度為15.97±1.17 mm，厚度為2.07±0.29 mm。胸鎖前韌帶長度相較于后韌帶略長，形態(tài)學表現(xiàn)更為松弛，分別比較兩者的長、寬、厚度均無統(tǒng)計學差異（P＞0.05）。（3）兩組標本在切斷胸鎖韌帶前后，負載0-10N范圍內(nèi)，隨著負荷的增加，關(guān)節(jié)向前、后方向所成的角度逐漸增大，兩者呈線性關(guān)系。切斷韌帶之前，在負荷為2、4、6、8、10N時，負載向前導致關(guān)節(jié)向后的成

7、角均小于負載向后導致關(guān)節(jié)向前的成角，但僅在負荷為6、8、10N時，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。負載向前的負載-成角回歸直線斜率小于負載向后的負載-成角回歸直線斜率，差異有統(tǒng)計學意義（F=31.413，P=0.001）。切斷韌帶后，A組與B組在向前負載2、4、6、8、10N時，A組關(guān)節(jié)向后的成角均小于B組，差異均有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），A組負載-成角回歸直線斜率小于 B組，差異有統(tǒng)計學意義（F=52.224，P＜0.001）。

8、兩組在向后負載2、4、6、8、10N時，A組關(guān)節(jié)向前的成角均大于B組，差異均有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），A組負載-成角回歸直線斜率大于B組，差異有統(tǒng)計學意義（F=12.503，P=0.008）。
　　結(jié)論：解剖學和影像學兩種方法測量胸鎖關(guān)節(jié)及周圍骨性結(jié)構(gòu)無統(tǒng)計學差異，CT三維重建不僅能對胸鎖關(guān)節(jié)脫位進行準確的診斷，也能對胸鎖關(guān)節(jié)及周圍骨性結(jié)構(gòu)進行較精確的測量，有助于內(nèi)固定方案的選擇。鎖骨內(nèi)側(cè)端關(guān)節(jié)面與胸骨柄關(guān)節(jié)面的接觸面狹小，關(guān)

9、節(jié)本身不穩(wěn)定，胸鎖韌帶對于維持關(guān)節(jié)穩(wěn)定性的作用極為重要。力學實驗表明胸鎖前韌帶主要限制關(guān)節(jié)向前成角，胸鎖后韌帶主要限制關(guān)節(jié)向后成角，胸鎖韌帶限制關(guān)節(jié)向前成角的作用弱于向后成角，又因關(guān)節(jié)在解剖位時向前自然成角，胸鎖關(guān)節(jié)易發(fā)生前脫位。在手術(shù)治療胸鎖關(guān)節(jié)脫位及周圍骨折時應重視胸鎖韌帶的修復與重建。
　　第二部分胸鎖關(guān)節(jié)解剖鎖定鋼板的研制及生物力學測試
　　目的：研制符合胸鎖關(guān)節(jié)解剖學特點，固定可靠，手術(shù)操作簡便的解剖鎖定鋼板，為治

10、療胸鎖關(guān)節(jié)脫位或周圍骨折提供一種理想的內(nèi)固定器械。通過生物力學實驗對比分析，對胸鎖關(guān)節(jié)解剖鎖定鋼板固定胸鎖關(guān)節(jié)脫位的生物力學性能進行評價，為進一步臨床應用提供實驗依據(jù)。
　　方法：根據(jù)本組胸鎖關(guān)節(jié)標本的解剖學測量參數(shù)及生物力學特性，設(shè)計并研制出胸鎖關(guān)節(jié)解剖鎖定鋼板。將研制的解剖鎖定鋼板與目前常用的斜“T”形鎖定鋼板進行生物力學對比。本組8具胸鎖關(guān)節(jié)骨-韌帶-骨結(jié)構(gòu)標本，均用手術(shù)刀完全切斷胸鎖韌帶及關(guān)節(jié)囊，造成胸鎖關(guān)節(jié)完全脫位模型。

11、將每副標本的左、右側(cè)胸鎖關(guān)節(jié)進行隨機配對分組：實驗組ALCP（解剖型鎖定鋼板），對照組OTLCP（斜“T”形鎖定鋼板）。在萬能生物材料試驗機（四川大學生物力學重點實驗室）上模擬胸鎖關(guān)節(jié)脫位常見受力機制，分別進行鎖骨遠端負載、胸鎖關(guān)節(jié)扭轉(zhuǎn)、鋼板胸骨柄部抗拔出三項生物力學性能測試。生物力學試驗機的終端計算機采集實驗數(shù)據(jù)并繪制應力-變形曲線。實驗數(shù)據(jù)應用SPSS19.0統(tǒng)計學軟件進行分析，P<0.05認為具有統(tǒng)計學差異。
　　結(jié)果：(1

12、)依據(jù)胸鎖關(guān)節(jié)形態(tài)學特點及解剖學測量的參數(shù)，研制出解剖鎖定鋼板，并委托具有臨床醫(yī)療器械生產(chǎn)許可的廠家生產(chǎn)。獲得國家實用新型專利及外觀專利，同時申請發(fā)明專利。(2)鎖骨遠端負載實驗中，負載0~20N范圍內(nèi)，加載點的負荷與位移呈線性關(guān)系。在解剖位垂直于鎖骨遠端向后加載，最大負荷為20N時，ALCP組加載點的位移為8.455±0.981mm，OTLCP組加載點的位移為10.163±1.379 mm，兩組之間有統(tǒng)計學差異(t=-3.012，P=

13、0.020)。在解剖位垂直于鎖骨遠端向上加載，最大負荷為20N時，ALCP組加載點的位移為5.427±1.154mm，OTLCP組加載點的位移為6.393±1.040mm，兩組間無統(tǒng)計學差異(t=-1.459，P=0.188)。ALCP組抗胸鎖關(guān)節(jié)鎖骨端向后負載變形的性能更強，抗胸鎖關(guān)節(jié)鎖骨端向上負載變形與OTLCP組無明顯差異。（3）胸鎖關(guān)節(jié)扭轉(zhuǎn)實驗中，兩組標本在順、逆時針扭轉(zhuǎn)角度0~10°范圍內(nèi)，扭矩與扭角之間呈線性關(guān)系，隨著扭轉(zhuǎn)角

14、度的增加，扭矩逐漸增大。兩組順時針扭轉(zhuǎn)角為2、4、6、8、10°時，ALCP組扭矩均大于 OTLCP組，兩組差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。兩組逆時針扭轉(zhuǎn)角為2、4、6、8、10°時，ALCP組扭矩均大于OTLCP組，但僅扭角為4、6、8、10°時，兩組差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。兩組扭矩-扭角回歸直線的斜率即扭轉(zhuǎn)剛度，在順時針扭轉(zhuǎn)實驗中， ALCP組扭轉(zhuǎn)剛度為0.122 N.m／°，OTLCP組扭轉(zhuǎn)剛度為0.083 N.m／

15、°，兩組有顯著性差異(F=67.824，P<0.001)。逆時針扭轉(zhuǎn)實驗中， ALCP組扭轉(zhuǎn)剛度為0.108 N.m／°，OTLCP組扭轉(zhuǎn)剛度為0.078 N.m／°，兩組有顯著性差異(F=20.992，P=0.002)。ALCP組抗扭轉(zhuǎn)變形的能力優(yōu)于OTLCP組。（4）ALCP組最大抗拔力為225.24±16.02N， OTLCP組最大抗拔力為174.40±21.90N，兩組有顯著性差異(t=5.785， P=0.001)，ALCP組