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背景:骶椎半侧切除后重建是临床上骨科医生面临的难题,原因在于切除重建后骨盆环的生物力学机制仍不清楚。一侧骶骼关节被破坏后骨盆环平衡和稳定性缺少明确测试数据;不同方法重建后骨盆环早期稳定性如何,能否满足患者早期的功能锻炼和早期负重,这些都是临床上亟待解决的问题。
目的:分析骶骨半侧切除重建后的生物力学变化规律,并通过与正常骨盆作对比,对临床上可用的手术方式做一个初步的评价,为临床上骶椎肿瘤切除后进行外科手术重建提供理论支持和参考意见。
方法:
通过生物力学实验,选择6例尸体标本,沿矢状面及骶髂关节面切除半侧骶骨并建立骶椎半侧缺损的骨盆模型,而后选择Galveston法(单侧)、腓骨移植和髂骨移植三种工况,模拟对侧骶髂关节融合及非融合两种条件对骨盆进行重建。在骨盆的关键部位粘贴标记点。采取骨盆双足站立位,通过电子万能试验机逐级加载至500N。应用CCD采集数字化的图像,基于Imagej软件,应用数字图像处理技术(数字标记点质心跟踪法、标尺面积标定法)多方位、多点、多角度计算骨盆的位移,比较正常骨盆及各种方法重建后骨盆的稳定性;同时应用电阻应变片检测骨盆关键部位(髂骨弓状线、骶骨侧块等)的应变值,比较不同工况下骨盆的应变改变,应用SPSS11.5统计软件对测试结果进行统计分析。
结果:
1)数字图像处理技术分析结果:①位移测试结果显示:正常骨盆双足站立位稳定性很好,抗压缩功能、冠状面抗外展失平衡功能及侧位抗旋转功能上都优于任何修复重建方式。骶椎半侧切除,骨盆存在严重不稳。半侧骶椎缺损骨盆进行腓骨移植或髂骨移植后应用单侧钉棒内固定后,其稳定性均有不同程度的改善,且各有优势,骶骨移植重建组在轴向抗压缩性能及矢状面抗旋转性能方面优于其他重建组(p<0.05),与正常骨盆对照组结果相接近;腓骨移植重建组在冠状面抗失衡性能方面优于其他重建组(p<0.05),与正常骨盆对照组结果相接近。由于腓骨移植重建组主要是前方力学传导通道的重建,具有更强的冠状面抗旋转性能;而髂骨移植重建组主要构建骨盆后环的面积重建和力学通路重建,在矢状面抗旋转性能及冠状面抗失衡性能方面具有优势。髂骨移植重建组中所移植的髂骨作为被半侧切除骶骨的替代品,较移植腓骨具有与标本更多的接触面积,能够更稳定的控制重建骨盆环的旋转稳定性。②应变片检测结果如下:正常骨盆双足站立位骨盆各部分应变值较小、应力分布均匀;行骶椎半侧切除后,骨盆最大的应力改变在于健侧弓状线部位。从骨盆健侧弓状线和连接棒折弯处的应变值比较来看,腓骨移植重建固定优于其他固定系统(p>0.05)。由于腓骨空心皮质骨的坚实特性,更大程度地分流了垂直载荷应力,使得应力传导通过了更捷径的前方重建传导通路,降低了后方钉棒系统应力负担,断棒的风险较低。而Galveston重建术,因为没有构建除钉棒系统之外的应力传导通路,使连接棒上的应力相对于其他工况而言,最为巨大,断棒风险也最高。髂骨移植的效果居于前两者之间,分析其原因,移植髂骨虽然重新构建了完整的骨盆后环力学传导通路,但其与Galveston重建的钉棒系统都在骨盆后方,使得重建方法缺少前方支撑,故应力分散效果相对前路的移植腓骨而言较弱。
结论:
1)本文的研究工作初步探讨了骶椎半侧切除后骨盆环重建的生物力学机制问题,采用数字图像处理技术和电阻应变片法分析,评价不同重建方式骨盆的稳定性和应变(应力)变化,阐述了骶椎半侧切除后为何要进行重建,针对几种近年常用的重建方法的优缺点提供了生物力学的指导意见。
2)骶椎半侧切除后,骨盆的稳定性和应力分布发生改变,必须进行手术重建以恢复骨盆应力传导功能。从骨盆的稳定性和应力(应变)的比较来看,腓骨移植或髂骨移植结合后路单棒Galveston法固定都体现出了各自优势,能够满足患者早期的功能锻炼和部分下地负重的需要。
3)在健侧骶髂关节融合条件下的三种重建方式虽然测试数据结果都略优于未融合条件下的重建组,但优势较小,且无统计学差异。通过本实验结果,不建议临床应用。