肱骨干遠1-3力學(xué)交界區(qū)骨折：微創(chuàng)手術(shù)治療及損傷機制與骨折形態(tài)的有限元分析.pdf

1、肱骨干遠1/3骨折是臨床當中比較多見并且很有特點的一種骨折類型。這種骨折在治療方式的選擇上存在爭議，而且它的損傷機制缺乏生物力學(xué)方面的論證，也缺少專門的骨折分型。使用功能支具進行保守治療擁有較高的骨折愈合率，但需要肢體長期制動以及畸形愈合的結(jié)果往往令醫(yī)生與患者產(chǎn)生顧慮。手術(shù)治療方式的報道有很多，采用各種不同手術(shù)入路，應(yīng)用一枚或者兩枚鋼板都有學(xué)者進行使用，但缺乏公認的最佳手術(shù)方式。手術(shù)治療能夠使患者早期恢復(fù)功能，明顯減少肢體畸形和關(guān)節(jié)僵硬

2、的情況出現(xiàn)，但同樣存在幾方面的難點，包括：遠端骨塊的固定效果，術(shù)中橈神經(jīng)的處理以及如何減少手術(shù)創(chuàng)傷。我們設(shè)計了應(yīng)用前外側(cè)入路進行小切口手術(shù)治療肱骨干遠1/3骨折的新手術(shù)方式，能夠在確?？煽抗潭ㄐЧ耐瑫r，減少橈神經(jīng)干擾，而且能夠明顯縮短手術(shù)瘢痕減少手術(shù)創(chuàng)傷。
　　肱骨干遠1/3區(qū)域在形態(tài)學(xué)上具有特點，這里是骨干中段至遠端的變形區(qū)域，所有這里是一種結(jié)構(gòu)學(xué)上的薄弱區(qū)域，應(yīng)力在傳導(dǎo)過程中會在這個區(qū)域形成相對集中的情況。同樣這種結(jié)構(gòu)類型導(dǎo)

3、致骨折后的形態(tài)具有一定的特點和規(guī)律，目前還沒有一種專門的分型對這個區(qū)域的骨折進行歸納。我們將應(yīng)用有限元分析的方法，對肱骨干遠1/3這個力學(xué)交界區(qū)骨折的損傷受力過程進行模擬，分析骨折的力學(xué)成因。然后結(jié)合損傷力學(xué)的理論對骨骼進行斷裂模擬，得到不同工況下所對應(yīng)的骨折形態(tài)，并希望能夠結(jié)合臨床影像學(xué)資料歸納總結(jié)出一種肱骨干遠1/3力學(xué)交界部骨折分型系統(tǒng)，討論其現(xiàn)實臨床意義。
　　第一部分應(yīng)用前外側(cè)入路的有限切開內(nèi)固定手術(shù)治療肱骨干力學(xué)交界區(qū)

4、骨折
　　背景：
　　肱骨干遠1/3存在一個力學(xué)交界區(qū)域，從而成為間接暴力骨折的好發(fā)部位。傳統(tǒng)切開內(nèi)固定手術(shù)（open reduction and internal fixation，ORIF）存在醫(yī)源性橈神經(jīng)損傷的風(fēng)險，而且造成廣泛的軟組織剝離，遺留很長的手術(shù)瘢痕。小切口鋼板內(nèi)固定手術(shù)（minimally invasive plate osteosynthesis，MIPO）并不適用于這一區(qū)域骨折。因此，我們設(shè)計應(yīng)用前外側(cè)

5、入路有限切開內(nèi)固定（limited open reduction，LOR）治療肱骨干遠1/3骨折的手術(shù)方式，通過回顧性分析病例的臨床與影像結(jié)果對這種手術(shù)治療方式進行評估。
　　方法：
　　2010年4月至2016年6月，28例肱骨干遠1/3骨折應(yīng)用前外側(cè)LOR手術(shù)治療。記錄患者的基本資料，DASH(Disabilities of the Arm，Shoulder and Hand)評分，MEP(Mayo Elbow Perf

6、ormance）評分，肘關(guān)節(jié)活動度，瘢痕長度，術(shù)后并發(fā)癥，并分析評估臨床療效。
　　結(jié)果：
　　所有骨折完全愈合，平均愈合時間為3.5個月。其中一例出現(xiàn)骨折延遲愈合（3.6%），愈合時間為9個月。沒有骨折不愈合，醫(yī)源性神經(jīng)損傷或者內(nèi)定失效等并發(fā)癥出現(xiàn)。平均DASH評分6.6，所有患者的MEP評分均為優(yōu)或良。平均瘢痕查長度為6.8cm，其中最短瘢痕為4.5cm。在遠端骨塊使用2或3枚螺釘并沒有對臨床結(jié)果造成差異。
　　結(jié)

7、論:
　　前外側(cè)入路LOR手術(shù)治療肱骨干遠1/3骨折會得到可靠的骨折愈合率，更少的醫(yī)源性神經(jīng)損傷，更小的創(chuàng)傷和手術(shù)瘢痕，良好的術(shù)后功能。
　　第二部分肱骨干力學(xué)交界區(qū)骨折損傷機制的有限元分析
　　目的：
　　應(yīng)用有限元分析的方法模擬肱骨干遠1/3力學(xué)交界部骨折的發(fā)生，討論力學(xué)基礎(chǔ)和損傷機制。
　　方法：
　　采集11名健康志愿者肱骨CT數(shù)據(jù)，使用專業(yè)醫(yī)學(xué)圖像處理軟件AMIRA將二維影像數(shù)據(jù)進行三維圖形

8、重建和修飾。得到的網(wǎng)格化的肱骨模型后導(dǎo)入有限元分析軟件Marc/Mentat定義材料屬性，設(shè)置材料參數(shù)，設(shè)置8種工況分別模擬肱骨遠端受力近端約束和近端約束遠端受力兩組主要受力類型，以及每組4種包括軸向力100N，剪切力100N，扭轉(zhuǎn)力100N以及扭轉(zhuǎn)力200N不同方向大小的受力情況。設(shè)計不同受力部位、方向、大小等多種變量模擬肱骨間接暴力損傷的現(xiàn)實受力情況，進行多因素分析。
　　結(jié)果：
　　分析88種等效von Mises應(yīng)力

9、云圖結(jié)果。我們可以發(fā)現(xiàn)，在B組工況當中模型的高應(yīng)力區(qū)域分布不一致，而在A組工況當中所有模型的高應(yīng)力區(qū)域都位于肱骨遠1/3的形變區(qū)。A組工況的高應(yīng)力區(qū)與我們需要研究的骨折發(fā)生區(qū)域相一致。在相同受力部位的不同方向、大小的受力情況下得到的高應(yīng)力一致。為了直觀表達，設(shè)定von Mises最高的10%區(qū)域為力學(xué)交界區(qū)，最終得到其的范圍位于整個肱骨長度的74%(SD±2.33）至83%(SD±2.01）的區(qū)域，其中最高應(yīng)力點平均位于整個肱骨長度的7

10、9.8%(SD±2.56）。
　　結(jié)論：
　　肱骨干遠1/3區(qū)域存在由于骨骼結(jié)構(gòu)形態(tài)改變導(dǎo)致的力學(xué)交界區(qū)是容易誘發(fā)骨折的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。肱骨干遠1/3骨折的具體損傷機制是當肱骨遠端為相對固定狀態(tài)，應(yīng)力由施加在肱骨近端沿干部向下傳導(dǎo)，至力學(xué)交界區(qū)出現(xiàn)相對集中，超出骨骼屈服極限，最終導(dǎo)致骨皮質(zhì)損傷破裂產(chǎn)生骨折。肱骨干遠1/3力學(xué)交界區(qū)大約位于整個肱骨長度的74%至83%的區(qū)域，其中最高應(yīng)力點平均位于整個肱骨長度的79.8%。
　

11、　第三部分肱骨干力學(xué)交界區(qū)骨折形態(tài)的有限元動態(tài)模擬和骨折新分型
　　目的：
　　應(yīng)用顯式有限元分析的方法模擬肱骨干遠1/3力學(xué)交界部骨折斷裂的動態(tài)過程，結(jié)合臨床影像資料加以驗證，得到基于受力機制的新骨折分型系統(tǒng)。
　　方法：
　　采集1名健康志愿者肱骨CT數(shù)據(jù)，使用專業(yè)醫(yī)學(xué)圖像處理軟件AMIRA將二維影像數(shù)據(jù)進行三維圖形重建，通過逆向工程軟件Geomagic和CAD軟件3D Max對圖形進行修飾和組合。得到的網(wǎng)格

12、化的肱骨模型后導(dǎo)入有限元分析軟件ANSYS/LS-DYNA定義失效材料屬性，斷裂準則，設(shè)置相關(guān)參數(shù)。模擬現(xiàn)實受力損傷，對模型施加6種荷載工況，A:軸向壓縮、B:折彎和C:扭轉(zhuǎn)、D:壓縮+折彎荷載、E扭轉(zhuǎn)+折彎荷載、F:壓縮+扭轉(zhuǎn)荷載。調(diào)試結(jié)果模擬斷裂過程。搜集臨床肱骨干遠1/3力學(xué)交界部骨折影像學(xué)資料供205例，與有限元分析結(jié)果進行比對。
　　結(jié)果：
　　在只有一種載荷情況下，僅有一條與受力方向相近的骨折線出現(xiàn)，三種骨折形態(tài)

13、分別對應(yīng)A組出現(xiàn)橫行骨折，B組出現(xiàn)短斜形骨折，C出現(xiàn)螺旋形骨折。當D、E、F三種加載兩種載荷時，出現(xiàn)長斜形或帶有楔形骨折塊的骨折形態(tài)。當二次暴力后出現(xiàn)復(fù)雜粉碎骨折。根據(jù)這個結(jié)論我們將骨折形態(tài)進行分類：Ⅰ型為軸向壓縮的引起橫行骨折，Ⅱ型為徑向折彎的引起的短斜形骨折，Ⅲ型為切向扭轉(zhuǎn)引起的螺旋骨折，Ⅳ型為兩種方向復(fù)合載荷引起長斜形骨折，Ⅴ型為兩種方向復(fù)合載荷引起的螺旋楔形骨折，Ⅵ型為兩種方向復(fù)合載荷引起的折彎楔形骨折，Ⅶ型為二次暴力引起的粉碎

14、骨折。根據(jù)這種分型與收集的臨床病例205例資料比對分析，得到Ⅰ型骨折30例，Ⅱ型骨折24例，Ⅲ型骨折27例，Ⅳ型骨折22例，Ⅴ型骨折57例，Ⅵ型33例，Ⅶ型12例。能夠該包含所有骨折分型。
　　結(jié)論：
　　使用顯式有限元分析法對于肱骨干遠1/3力學(xué)交界區(qū)骨折的損傷發(fā)生和斷裂模擬具有可行性和可靠性。結(jié)合臨床影像學(xué)資料得到新的肱骨干遠1/3力學(xué)交界區(qū)骨折分型系統(tǒng)，是一種簡單有效地骨折分型系統(tǒng)，能夠應(yīng)用于臨床病例的分析，對臨床治療