骨盆环损伤的生物力学研究
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生物材料力学模拟与骨损伤修复治愈技术评估骨损伤是人类常见的医学问题之一,常见的骨折、骨裂、骨缺损等情况需要进行修复治疗。
近年来,生物材料力学模拟技术的发展为骨损伤修复治愈技术带来了新的机遇。
本文将探讨生物材料力学模拟与骨损伤修复治愈技术的评估方法及其在临床实践中的应用。
骨损伤的修复治疗通常需要借助骨修复材料来促进骨再生。
传统的骨修复材料主要包括金属材料、陶瓷材料和聚合物材料。
随着生物材料力学模拟技术的发展,可以对这些材料的力学性能进行精确模拟和评估,从而为骨损伤修复治愈技术的选择和优化提供科学依据。
生物材料力学模拟是通过计算机模拟手段对材料的力学性能进行预测和评估的技术。
它基于材料的物理特性和力学行为,利用有限元方法、多物理场耦合等数值模型,通过数值计算来模拟和分析材料在各种外力作用下的响应情况。
在材料设计和优化过程中,生物材料力学模拟可以提供重要的辅助信息,指导材料性能调控及骨损伤修复治愈技术的改进。
例如,通过模拟不同生物材料的应力分布和损伤机制,可以筛选出具有良好生物相容性和力学性能的骨修复材料。
对于骨损伤修复治愈技术的评估,生物材料力学模拟可以提供多个方面的信息。
首先,它可以对不同材料的力学性能进行定量评估,包括弹性模量、抗拉强度、韧性等。
这些指标可以直接反映材料的力学性能,从而评估材料的可靠性和适应性。
其次,生物材料力学模拟还可以模拟骨损伤修复过程中的力学环境,如受力状态、加载模式等。
这些信息对于设计合理的修复方案和评估治愈效果至关重要。
在骨损伤修复治愈技术的临床实践中,生物材料力学模拟的应用已经得到了广泛的关注和应用。
例如,在骨缺损修复方面,生物材料力学模拟可以模拟材料与骨组织的植合过程,并评估植入材料的稳定性和骨再生性能。
此外,生物材料力学模拟还可以模拟不同治疗方案下的力学环境,如内固定装置的应力分布、切口位置的影响等。
这些信息有助于优化治疗方案,提高治愈效果。
然而,生物材料力学模拟与骨损伤修复治愈技术的评估仍面临一些挑战。
《不同工况下骨盆的生物力学响应研究》篇一一、引言骨盆作为人体重要的承重结构,其生物力学特性在各种工况下均具有重要研究价值。
本文旨在探讨不同工况下骨盆的生物力学响应,为临床医学、生物力学及工程应用等领域提供理论依据。
本文首先概述了骨盆生物力学研究的重要性,接着介绍了研究背景、目的及意义。
二、文献综述骨盆的生物力学研究已取得一系列成果,涉及正常生理状态、病理状态以及各种外力作用下的骨盆响应。
研究表明,骨盆在受到冲击、跌倒、交通事故等外力作用时,其生物力学响应具有显著差异。
此外,不同年龄段、性别、体型等因素也会影响骨盆的生物力学特性。
因此,对骨盆的生物力学响应进行研究,有助于了解其在不同工况下的力学特性及损伤机制。
三、研究方法本研究采用生物力学实验与有限元分析相结合的方法,对不同工况下骨盆的生物力学响应进行研究。
首先,通过文献调研,确定研究工况及实验方案。
其次,收集志愿者数据,建立骨盆的三维有限元模型。
最后,在不同工况下进行仿真实验,分析骨盆的生物力学响应。
四、实验结果1. 正常生理状态下的骨盆生物力学响应在正常生理状态下,骨盆承受着人体的重量及各种运动产生的力。
通过有限元分析发现,骨盆在站立、行走等正常生理状态下的应力分布较为均匀,未见明显应力集中现象。
2. 病理状态下的骨盆生物力学响应在病理状态下,如骨质疏松、骨折等,骨盆的生物力学响应发生改变。
通过有限元分析发现,骨质疏松患者的骨盆应力分布不均,易出现应力集中现象;而骨折患者的骨盆则可能因骨折部位的不稳定而产生异常应力分布。
3. 外力作用下的骨盆生物力学响应在外力作用下,如跌倒、交通事故等,骨盆可能发生骨折、移位等损伤。
通过仿真实验发现,不同类型的外力对骨盆的生物力学响应具有显著影响。
例如,侧向冲击可能导致骨盆环的断裂;而垂直冲击则可能导致髋臼骨折等。
五、讨论根据实验结果,我们可以得出以下结论:1. 在正常生理状态下,骨盆的生物力学响应较为稳定,但当处于病理状态时,其应力分布会发生改变,易发生应力集中现象。
骨科医学中的生物力学研究骨科医学是关注人体骨骼系统的健康和功能的医学领域。
在这个领域中,生物力学扮演了一个至关重要的角色。
生物力学是物理学和生物学的交叉领域,研究生物系统的力学特性,包括骨骼系统的形态、力学、材料学和生物学等。
在骨科医学中,生物力学研究致力于解决一系列与骨骼系统相关的临床问题,包括疾病的预防、诊断和治疗等方面。
骨科医生和生物力学家通常使用计算机模拟和实验研究方法来研究骨骼系统的力学行为。
通过这些研究,他们可以改进治疗方法,预防疾病,甚至改进人工骨骼等医疗器械。
这些研究还可以帮助医生更好地了解骨骼系统在日常活动中的功能和性能,以及在运动和运动中所承受的力量。
下面是一些研究生物力学在骨科医学中的应用的例子:1. 骨折愈合骨折愈合是指一种生物学上的自我修复过程,涉及骨骼系统中各种不同类型的组织和生物分子之间的相互作用。
通过生物力学分析和建模,研究人员可以更好地理解骨折愈合过程中的机制,从而改进治疗策略和预防措施。
2. 骨质疏松骨质疏松是骨骼系统的一种常见问题。
它是一种骨量减少、组织低萎缩和骨密度下降的疾病,导致骨骼脆弱易碎。
通过生物力学建模,研究人员可以了解骨质疏松症下骨骼的力学性能,例如骨骼的结构和骨强度。
这些研究还可以用于改进骨质疏松预防和治疗方法的发展。
3. 人工关节和骨科植入物人工关节和其他骨科植入物是骨科医生经常使用的治疗手段。
这些植入物可以帮助骨骼系统的受损部分重获功能并减轻疼痛。
然而,不同的植入物在各种运动和负载下可能会受到不同的力学应力。
因此,生物力学建模可以用于评估不同类型的植入物在各种情况下的性能,并预测其在日常活动中的生物相容性。
综上所述,生物力学在骨科医学中的应用非常广泛,涉及多个临床问题和治疗手段。
通过这些研究,我们可以更好地理解骨骼系统的力学和生物特性,并更好地预测和治疗相关的疾病。
生物力学领域的不断发展和进步将继续帮助骨科医生改进现有的治疗方法,为全球人民提供更好的医疗服务。
《不同工况下骨盆的生物力学响应研究》篇一一、引言骨盆作为人体重要的支撑结构之一,其生物力学特性在各种工况下均具有重要影响。
本文旨在研究不同工况下骨盆的生物力学响应,为临床医学、生物力学及工程应用等领域提供理论依据。
二、研究背景及意义随着现代科技的发展,人们在工作和生活中所面临的工况日益复杂。
骨盆作为人体承受多种力的主要部位,其生物力学响应研究具有重要意义。
不同工况下的骨盆生物力学响应研究有助于了解骨盆在不同外力作用下的力学特性,为预防和治疗骨盆相关疾病提供理论支持。
同时,该研究对于改善个人运动能力、提高工程防护设备设计等方面也具有实际意义。
三、研究方法本研究采用生物力学实验和有限元分析相结合的方法,对不同工况下的骨盆进行生物力学响应研究。
实验采用真人骨盆标本和人工合成的生物材料样本,通过模拟不同工况下的外力作用,观察骨盆的力学响应。
同时,利用有限元分析软件对实验结果进行验证和补充。
四、不同工况下的骨盆生物力学响应1. 静态工况下的骨盆生物力学响应在静态工况下,骨盆主要承受重力作用。
研究表明,骨盆在不同方向的重力作用下,会产生不同的应力分布。
其中,前后方向的应力主要集中在髂骨和耻骨区域,左右方向的应力主要集中在坐骨区域。
这些应力分布对于了解骨盆的稳定性具有重要意义。
2. 动态工况下的骨盆生物力学响应在动态工况下,骨盆会受到多种力的作用,如冲击力、剪切力等。
这些力的作用会导致骨盆产生不同的变形和应力分布。
例如,在跌倒等意外情况下,骨盆可能会受到较大的冲击力,导致骨折等损伤。
因此,了解动态工况下骨盆的生物力学响应对于预防和治疗相关疾病具有重要意义。
3. 特殊工况下的骨盆生物力学响应特殊工况下,如孕妇、老年人等特殊人群的骨盆生物力学响应也会有所不同。
孕妇由于胎儿的存在和荷尔蒙的影响,其骨盆的生物力学特性会发生变化;而老年人的骨质疏松等问题也会导致其骨盆的生物力学特性发生改变。
因此,针对这些特殊人群的骨盆生物力学响应研究也具有重要意义。
不同内植物修复单侧不稳定骨盆后环损伤的有限元及生物力学分析梁成;张麟麒;王冠;李文;段可;李忠;鲁晓波;卓乃强【期刊名称】《中国组织工程研究》【年(卷),期】2024(28)9【摘要】背景:骨盆稳定性主要由骨盆后环决定及骶髂关节决定,车祸等高能量冲击带来的骨盆后环损伤及骶髂关节脱位病例逐年递增。
手术治疗是最优方法,临床中存在多种内植物修复方式,但哪种治疗方式的生物力学性能最优仍有一定争议。
目的:对比前路双钢板、后路桥接钢板、拉力钉3种内植物修复单侧不稳定骨盆后环损伤的生物力学性能,为其临床治疗及骨盆新型拉力钉研发提供参考。
方法:①有限元仿真:利用Mimics、Wrap和SolidWorks分别建立正常骨盆、单侧后环损伤骨盆及其前路双钢板、后路桥接钢板、拉力钉修复模型,利用Ansys分析模型的应力和变形情况;②生物力学实验:用15个完整骨盆标本随机分为5组,分别为正常骨盆、单侧后环损伤骨盆及其前路双钢板、后路桥接钢板、拉力钉修复组,并用InstronE10000力学试验机进行力学测试。
结果与结论:①仿真分析结果显示,正常骨盆模型骶骨平均位移为0.174 mm,骶髂骨最大应力为10.51 MPa,应力分布均匀;单侧不稳定损伤骨盆模型骶骨平均位移最大,为0.267 mm,模型应力集中明显;3种修复模型骶骨平均位移都接近正常骨盆模型,拉力钉修复模型骶髂骨应力分布均匀;②力学实验结果显示,正常骨盆模型整体刚度为(226.38±4.18)N/mm,单侧不稳定损伤骨盆模型整体刚度最小为(130.02±2.19)N/mm,3种修复方式整体刚度和正常骨盆偏差都在±10%以内,修复效果明显;③仿真结果和力学实验结果相符;④从生物力学角度分析,拉力钉修复模型的生物力学状态与正常骨盆最接近,该种方式最佳;前路双钢板修复刚度过大,应力遮挡效果更显著;后路桥接钢板修复不能解决正常侧软组织的代偿效果,存在缺陷;该研究可为临床手术提供优选依据;⑤骨盆新型拉力钉应从拉力钉的角度进行改良,保留拉力钉良好的生物力学性能,同时附加其他优势性能,例如可用于骨质疏松骨盆等。
有限元方法在骨盆后环骨折生物力学研究中的应用秦振书;王朝晖;罗永;唐艳平;曾敏川;何帅【摘要】高能量的暴力是不稳定骨盆后环骨折最常见的原因,常伴有血管神经损伤.对于不稳定骨盆后环骨折通常采取手术治疗,常见的内固定治疗方式有后路张力带钢板、骶髂螺钉、椎弓根钉棒系统等.研究表明不同的内固定方式均能获得良好的临床效果,且治疗正向个体化、精准化、微创化的方向发展.本文就有限元方法在骨盆后环骨折生物力学研究中的应用作一综述.【期刊名称】《创伤外科杂志》【年(卷),期】2018(020)007【总页数】3页(P555-557)【关键词】骨盆后环骨折;内固定;有限元;生物力学【作者】秦振书;王朝晖;罗永;唐艳平;曾敏川;何帅【作者单位】423000 湖南,南华大学附属郴州市第一人民医院骨科二区;423000 湖南,南华大学附属郴州市第一人民医院骨科二区;423000 湖南,南华大学附属郴州市第一人民医院骨科二区;423000 湖南,南华大学附属郴州市第一人民医院骨科二区;423000 湖南,南华大学附属郴州市第一人民医院骨科二区;423000 湖南,南华大学附属郴州市第一人民医院骨科二区【正文语种】中文【中图分类】R683.3骨盆后环是维持骨盆稳定性的主要结构,尤其骶髂关节对整个身体的运动质量起决定性作用[1]。
骨盆空间结构构造复杂、个体差异大、损伤机制各不相同,给疾病诊断及手术修复带来较大困难,因此研究骨盆后环生物力学是确诊和治疗骨盆骨折的关键。
二维图像如X线片及CT影像不够全面,仅凭借临床医生的经验进行诊断,具有一定的主观性和差异性。
目前三维有限元方法提供了一条良好的手段,特别是三维有限元与快速成型技术相结合,不仅能够为复杂性骨折及畸形矫正的治疗提供前瞻性手术设计,而且还可以为骨折复位效果提供评估方案,同时也可以避免传统的生物力学研究方法所需器械复杂、耗材昂贵、样本来源受限的缺点,利于更快、更深入地开展骨科临床实践及相关学科研究。
《不同工况下骨盆的生物力学响应研究》篇一一、引言骨盆作为人体重要的支撑结构之一,其生物力学响应在不同工况下具有重要意义。
在研究骨折、康复训练以及骨科疾病预防和治疗过程中,了解不同条件下骨盆的生物力学行为成为了至关重要的任务。
本研究将详细阐述不同工况下骨盆的生物力学响应,以期为相关医学领域提供理论基础和实践指导。
二、文献综述近年来,随着生物力学的发展,骨盆的生物力学研究取得了显著的进展。
国内外学者针对骨盆在不同载荷、速度、角度等条件下的生物力学响应进行了广泛的研究。
研究表明,骨盆在遭受撞击、跌落等外力作用时,其内部应力分布、骨骼形变等均会产生明显的变化。
这些研究不仅有助于理解骨盆在正常生理条件下的力学行为,也对于疾病预防、治疗和康复具有指导意义。
三、不同工况下的骨盆生物力学响应(一)正常生理条件下的骨盆生物力学响应在正常生理条件下,骨盆作为人体重要的支撑结构,承受着来自身体各部分的压力和应力。
研究表明,骨盆在正常生理条件下的生物力学响应主要表现在其应力分布和骨骼形变等方面。
这些响应与个体的年龄、性别、体重等因素密切相关。
(二)外力作用下的骨盆生物力学响应当骨盆遭受外力作用时,如撞击、跌落等,其生物力学响应将发生显著变化。
研究显示,在遭受外力作用时,骨盆的应力分布会发生变化,可能导致骨骼的形变和骨折。
此外,外力作用的速度、角度等因素也会影响骨盆的生物力学响应。
(三)病理条件下的骨盆生物力学响应在病理条件下,如骨质疏松、骨折等,骨盆的生物力学响应也会发生变化。
这些疾病可能导致骨骼的强度和稳定性下降,从而影响骨盆在受到外力作用时的生物力学响应。
四、研究方法与实验设计本研究采用生物力学实验和有限元分析相结合的方法,对不同工况下的骨盆生物力学响应进行研究。
首先,通过生物力学实验获取骨盆在不同工况下的应力分布和形变数据;其次,利用有限元分析软件对实验数据进行处理和分析,以更深入地了解骨盆的生物力学响应;最后,结合临床病例,对研究结果进行验证和评估。
骨盆环损伤的生物力学研究作者:陈自强来源:《中外医学研究》2014年第03期【摘要】目的:探讨骨盆环应力走向,为骨盆环损伤提供更可靠、合理的治疗方法。
方法:选取6尸体标本第四腰椎及近端股骨在内的完整骨盆,人为应用垂直作用力及旋转作用力作用于骨盆,观察并记录各标记点应变值。
结果:随着作用力加大,相关观察点应变值随即变化。
结论:骶股弓是骨盆传导垂直负荷的主要途径,耻骨联合分离及外旋力作用易导致骶髂关节损坏。
【关键词】骨盆环;生物力学;耻骨联合分离;力学试验机中图分类号 R35 文献标识码 B 文章编号 1674-6805(2014)3-0134-02The Biomechanics Research of Pelvic Ring Injury/CHEN Zi-qiang.// Chinese and Foreign Medical Research,2014,12(3):134-135【Abstract】 Objective:To study the stresses trend of the pelvic ring, and to provide more reliable and reasonable treatments for pelvic ring injuries.Method:Complete pelvises in 6 corpse specimen were selected, including the fourth lumbar spine and proximal femur, and researchers used vertical force and rotational force on pelvises, and the strain values of tags were observed and recorded.Result:Related viewpoint strain values changed as the force increased.Conclusion:Sacral shares bow is the main way to transmit pelvic vertical load, and pubic symphysis separation and outward turning force can lead to damage of sacroiliac joints.【Key words】 Pelvic rin; Biomechanics; Symphysis separation; Mechanical testing machineFirst-author’s address:Wuyi Traditional Chinese Medicine Hospital of Jiangmen City,Jiangmen 529400,China骨盆骨折病情严重,治疗不当的话往往出现较严重的并发症。
第39卷㊀第2期2020年㊀4月北京生物医学工程BeijingBiomedicalEngineeringVol 39㊀No 2April㊀2020基金项目:上海市生物医学工程研究生示范实践基地(1017308011)资助作者单位:1㊀上海理工大学医疗器械与食品学院(上海㊀200093)2㊀上海市普陀区人民医院妇产科(上海㊀200333)通信作者:谷雪莲,副教授㊂E⁃mail:guxuelian@usst edu cn顺产过程中的盆底组织生物力学研究进展周琳夕1㊀谷雪莲1㊀杜洪灵2摘㊀要㊀盆底功能障碍是妇科常见疾病,顺产会导致肛提肌撕脱,盆底肌肉力量减弱,这些损害严重影响产妇健康㊂顺产的方式㊁助产器械的使用都会影响顺产的进程从而造成盆底损伤,因此在顺产过程中临床医生对骨盆及其软组织损伤的判断至关重要㊂研究顺产盆底组织的力学变化及损伤情况,为临床医生制定康复方案提供参考是有必要的㊂本文主要围绕顺产对盆底的损伤及通过生物力学模拟顺产得到易损部位进行综述㊂关键词㊀顺产;盆底功能障碍;生物力学;易损部位;综述DOI:10 3969/j.issn.1002-3208 2020 02 016.中图分类号㊀R318㊀㊀文献标志码㊀A㊀㊀文章编号㊀1002-3208(2020)02-0215-05本文著录格式㊀周琳夕,谷雪莲,杜洪灵.顺产过程中的盆底组织生物力学研究进展[J].北京生物医学工程,2020,39(2):215-219.ZHOULinxi,GUXuelian,DUHongling.Advancesinbiomechanicsofpelvicfloorinspontaneouslabor[J].BeijingBiomedicalEngineering,2020,39(2):215-219.AdvancesinbiomechanicsofpelvicfloorinspontaneouslaborZHOULinxi1,GUXuelian1,DUHongling21㊀SchoolofMedicalInstrumentandFoodEngineering,UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,Shanghai㊀200093;2㊀PutuoDistrictPeople sHospitalofShanghai,Shanghai㊀200333Correspondingauthor:GUXuelian(E⁃mail:guxuelian@usst edu cn)ʌAbstractɔ㊀Pelvicfloordysfunctionisacommongynecologicaldisease,whichcanleadtotheavulsionoflevatoranimuscleandtheweakeningofpelvicfloormusclestrength.Thesedamagesseriouslyaffectmaternalhealth.Thewayofspontaneousdelivery,theuseofmidwiferyequipmentsmayaffecttheprocessofspontaneousdelivery,resultinginpelvicfloorinjury.Therefore,itiscrucialforclinicianstojudgethepelvicandsofttissueinjuryintheprocessofdelivery.Itisnecessarytostudythemechanicalchangesandinjuriesofthepelvicfloortissueinordertoprovidereferenceforclinicianstomakerehabilitationsuggestions.Thisarticlemainlyfocusesonthepelvicfloorinjurycausedbyspontaneouslaborandthevulnerablepartsobtainedbybiomechanicalsimulationofspontaneouslabor.ʌKeywordsɔ㊀spontaneousdelivery;pelvicfloordysfunction;biomechanics;vulnerablepart;review0㊀引言顺产分为三个阶段:第一阶段是从有效的子宫收缩开始到子宫颈完全扩张;第二阶段是从子宫颈完全扩张到婴儿出生;第三阶段是从婴儿出生到胎盘分娩[1]㊂在这个过程中,对盆底软组织的损伤主要包括分娩前的结缔组织重塑和产时韧带肌肉撕裂创伤,这些创伤如果产后没有及时恢复可能造成永久性的神经肌肉损伤和盆底功能障碍,包括尿失禁㊁盆腔器官脱垂或大便失禁等㊂每10名女性中就有1名女性因顺产后遗症遭受痛苦,还有近1/3的女性会面临二次分娩,大大加重患盆底疾病的概率[2]㊂阴道分娩是造成骨盆移位和骨盆环损伤的原因之一,骨盆移位和损伤会对周围软组织和泌尿生殖系统结构产生伤害㊂骨盆中的骶骨和骶髂关节呈倒梯形状[2],当受到向下传导的体质量和向外扩张的力量时,会造成骨盆移位和损伤,导致骨盆的不稳定㊂骨盆环的肌肉韧带承受盆底组织器官的压力变大,使部分软组织失去承载盆底器官的能力,造成尿道㊁直肠移位,子宫膨出,形成盆底功能障碍性疾病,对产妇造成不良影响,需引起人们的关注㊂想要预防盆底疾病,需理解顺产对盆底各器官和软组织的影响及器官㊁软组织和骨盆之间的相互作用㊂为此本文将对顺产对盆底组织的影响,骨盆㊁韧带和肌肉相互作用的研究现状进行综述㊂1㊀顺产对盆底及其周围组织的力学变化影响1 1㊀顺产对骨盆的力学变化影响骨盆是人体重要的结构,其与骶骨一起把上身的重量转移[3]㊂顺产对骨盆造成的损害主要有耻骨联合分离和骶髂关节错位㊂耻骨联合分离是:阴道分娩时产力作用于髂后上棘,经骨盆向前方传递,导致单髋或双髋外旋或移动,造成耻骨联合分离㊂当胎儿进一步通过产道,导致骶结节韧带与骶棘韧带损伤,进而累及骶髂关节,使骶髂前韧带和骶髂骨间韧带损伤,骨盆环两侧移位,引起骶髂关节损伤㊂健康人耻骨之间的距离为4 6mm,妊娠期间增大2 3mm的宽度,顺产后该值达到最大,当耻骨之间的距离超过10mm时就会造成耻骨错位[4]㊂顺产产程过长,胎儿过大,分娩姿势不对,阴道助产钳的不当使用是引发这一病症的原因,临床上多采用躺卧硬板床和骨盆束缚带来解决㊂骶髂关节错位是在阴道分娩时,胎头通过产道,产力经髂后上棘向骨盆前方传递,经过髂骨翼㊁股骨㊁髋臼向骶髂关节周围传递自上而下的力,造成骶髂前韧带和骶髂骨间韧带的损伤以及骶骨和髂骨移动㊂由于阴道分娩产力挤压胎头使骨盆及其软组织长时间扩张,女性骶骨关节错位的患病率要远高于男性㊂大于15mm的骶髂关节移位会造成骨盆疼痛[5]㊂由于阴道分娩造成骨盆力学的破坏从而引起的并发症有下腰痛㊁臀后痛㊁迟发性腰骶神经损伤㊁骨盆关节痛和骶髂关节炎等㊂目前研究骨盆力学主要靠植入假体或通过尸体组织来评估骨盆的应力和应变分布,相对来说较困难㊂另一种方法就是有限元建模,它可以适应骨骼几何形状和材料属性的变化,可以考虑不同患者的具体情况㊂目前国内外骨盆有限元研究主要集中在骨盆的固定㊁碰撞分析和步态分析,产力的传导对单个骨盆的影响分析并不多㊂1 2㊀顺产对盆底肌肉的力学变化影响肛提肌群是女性骨盆的主要结构成分,这些肌肉组成了腹腔 盆腔的底部并通过维持泌尿生殖系统的闭合来支撑盆底器官㊂第二产程期间肛提肌经历极端变形以允许胎儿头部通过,这个过程常导致肛提肌的损伤㊂肛提肌主要有3个部分:耻骨尾骨肌㊁耻骨直肠肌和髂尾肌㊂耻骨尾骨肌连接会阴体㊁阴道壁和肛管的腹侧括约肌,耻骨直肠肌在直肠周围形成一个吊带,髂尾肌相对平坦,连接双侧骨盆侧壁[6]㊂妊娠时,腹腔压力增加,子宫向下移位,盆底肌肉受到压力的影响向下移动㊂盆底肌的最上层由肛提肌和尾骨肌组成,参与妊娠和分娩的活动,支持盆腔脏器㊂一些研究学者已经模拟阴道分娩期间骨盆底变形的时间过程㊂得出结论是伸展最大的是耻骨上肌,耻骨上肌的拉伸率增大会增大肛提肌整体的损伤风险㊂在一些学者对阴道分娩模拟的过程中,发现在耻骨肌的耻骨起源附近为高应变区域㊂目前的研究办法大多应用生物力学建模,可以更好地了解阴道分娩过程中肛提肌的损伤机制㊂国内外研究方法是通过尸体进行拉伸实验得到肌肉的数据,然后用建模软件把肛提肌简化成二维模型后再生成三维模型,通过施加腹压模拟阴道分娩㊂阴道分娩期间肌肉的拉伸是非妊娠期间横纹肌耐受值的2倍,肛提肌会发生显著的变化㊂Brandão等[7]发现受损部位在耻骨内侧而不是耻骨直肠肌,Sun等[8]把该受损部位精确到耻骨侧壁长约10cm处,即耻骨肌和耻骨尾骨肌,提肌弓的耻骨上部分㊂肛提肌的减弱会导致膀胱膨出的危险,双侧耻骨尾骨肌撕脱会导致阴道前壁下降㊂目前国内对肌肉软组织的研究才刚刚涉及,国外对肛提肌的研究注重探讨肌肉的各向异性㊂肌纤维的分布㊁盆底肌的力学机制还需进㊃612㊃北京生物医学工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第39卷一步研究㊂1 3㊀顺产对盆底韧带的力学变化影响解剖学中描述了很多的骨盆韧带,但它们对骨盆平衡和器官支持的影响还不太清晰㊂其中对盆底静力学影响较大的有骶髂韧带㊁骶棘韧带㊁骨间韧带㊁骶结节韧带㊁耻骨上韧带㊁耻骨弓韧带㊁子宫骶骨韧带㊁圆韧带和宽韧带㊂顺产时由于胎头的下降会造成骶髂韧带㊁骶棘韧带㊁骨间韧带㊁骶结节韧带㊁耻骨上韧带㊁耻骨弓韧带一定程度的损伤[6],其中骶髂韧带刚度最大,但受力也最大,骶髂韧带损伤会造成腰背疼痛,骶骨和髋骨不稳定,从而影响盆底器官的平衡㊂耻骨上韧带和耻骨弓韧带刚度不高,但要维持耻骨联合处的稳定,容易在第二产程中受损,引起产后耻骨痛,严重的还会影响日常生活㊂子宫骶韧带在站立时支撑子宫,圆韧带在子宫定位中起着作用[9]㊂当胎头经过子宫下段时,子宫骶韧带会受到牵拉,Carroll等[10]用生物力学建模的方法模拟顺产对子宫骶骨韧带的影响,提出对于中等大小的胎头,子宫骶骨韧带有30%的变形,随着胎头变大,子宫骶骨韧带的扭曲变大,有可能会影响盆底静脉和泌尿生殖器脱垂㊂Chan等[11]用生物力学建模的方法分析子宫韧带在盆腔静力学中的重要性,得出结论:站立时子宫骶韧带比仰卧具有更大的张力,圆韧带则是仰卧比站立时的张力大㊂圆韧带的损伤会导致子宫过度的横向移动,圆韧带功能缺失严重的会导致子宫自行旋转甚至后倾㊂子宫骶韧带的双侧功能缺失不会诱发生殖器脱垂,但子宫骶韧带和圆韧带的损伤会引起阴道下降㊂宽韧带的功能缺失会导致器官移位㊂盆底脱垂不仅仅是单一韧带的损伤,而是多因素的,用生物力学建模的方法有助于帮助医生了解脱垂机制㊂2㊀顺产对盆底组织的力学性能影响2 1㊀顺产对盆底器官的力学性能影响阴道分娩和年龄增加是盆底功能障碍的主要原因[12],进而导致尿道㊁膀胱颈㊁膀胱后壁㊁子宫颈㊁直肠的移动性发生显著的变化,盆底器官脱垂意味着支撑结构的生物力学特性的改变㊂盆底功能障碍最主要的表现就是盆腔器官脱垂和压力性尿失禁㊂研究表明子宫脱垂患者占14%,膀胱膨出患者占34%,直肠前突患者占18%[13]㊂子宫和阴道尖端由肌肉成分支撑,肌肉成分需要完整的神经系统和筋膜成分,任何这些损伤都可能造成盆腔器官脱垂㊂Shek等[14]提出骨盆的三种支撑机制:(1)肛提肌收缩阴道,阻塞肛提肌裂孔,通过该提肌裂孔可能发生盆腔器官脱垂㊂(2)阴道角度的改变,使其在腹压增加的情况下靠在提肌板上㊂(3)筋膜和韧带的松弛将子宫㊁膀胱和膀胱颈以及直肠悬挂在骨盆侧壁上,严重影响盆底器官的力学性质㊂子宫筋膜的完整性对于支撑子宫㊁膀胱和直肠也很重要㊂骨盆前侧筋膜形成了尿道韧带,向前延伸与阴蒂的悬韧带连续,还有筋膜从耻骨前方连续延伸,腱弓和肛提肌延伸至坐骨棘后方,包裹盆腔器官㊂顺产因为产力引起子宫收缩和腹压升高会导致子宫筋膜的永久性撕脱损害,导致包裹盆腔之力不足,从而形成盆腔器官脱垂㊂压力性尿失禁在女性中的患病率为20% 30%,但仅有7% 12%的人重视,而这一疾病随着年龄的增加病症越来越明显,在45 55岁时达到峰值㊂通过解剖学和磁共振成像得出尿道支持的吊床假设㊂前阴道壁和膀胱之间的耻骨宫颈筋膜保持与腱弓和肛提肌的连续性,在膀胱颈和尿道下方形成吊床㊂这种连续性对于维持尿液的控制以及支撑膀胱颈和尿道非常重要㊂阴道分娩后骨盆底的肌肉组织在分娩时破裂,盆底横纹肌肉断裂㊂Chanda等[15]对150名产妇进行研究,得出结论:阴道分娩后膀胱颈移动度明显增加,Silva等[16]用有限元模型研究压力性尿失禁,从文献中获得解剖数据以创建有限元假体,用接触约束来描述不同器官之间的相互作用以及流体 结构作用来模拟尿液对组织的影响,Baah⁃Dwomoh等[17]创建盆底结构模型,利用三维有限元进行前阴道壁支持,以评估膀胱膨出形成的机制,得出结论:肛提肌损伤和阴道前端支撑损伤导致膀胱膨出㊂2 2㊀顺产对神经的损伤由分娩引起的骨盆底神经损伤可能导致肌肉组织的进行性去神经支配,随后骨盆的再神经支配可能导致盆底神经功能㊁形态的生理学改变㊂分娩时去神经损伤的机制还不太清楚,但其中一种机制可能是阴部神经受压㊂阴部神经支配第二㊁第三㊁第四骶神经根的肛提肌,在胎头从S2-S4到肛提肌的过程中,胎儿在阴道分娩期间长时间压迫坐骨脊柱,会使阴部神经受损,由于时间增长㊃712㊃第2期㊀㊀㊀㊀㊀㊀周琳夕,等:顺产过程中的盆底组织生物力学研究进展导致阴部神经末梢运动潜伏期和会阴部位移延长,造成产后股神经痛㊁下肢神经损伤㊁产后膀胱功能异常等疾病㊂2 3㊀顺产对盆底筋膜的损伤盆底由外层㊁中层和内层共三层组织构成,外层为浅层筋膜,中层为泌尿生殖膈(由上下两层坚韧的筋膜组成),内层由肛提肌周围的筋膜组成(此处筋膜最坚韧)㊂阴道分娩时,腹腔压力将胎头向骶骨窝处推挤,内层筋膜此时受力最大,能保持盆腔器官原有的位置㊂盆底筋膜包括阴道上部和子宫周围的筋膜鞘㊁子宫与膀胱之间的耻骨颈筋膜㊁直肠下段的筋膜层㊂在顺产期间胎头经子宫娩出,可能会发生结缔组织的撕裂,这在顺产后不易检查出,但随着进一步的阴道分娩和衰老,盆底缺陷可能变得更大,比如膀胱膨出或直肠前突㊂胶原蛋白是结缔组织中最重要的成分,它让筋膜组织有更强的拉伸比,所以自身胶原代谢紊乱的产妇更易发生盆腔器官脱垂㊂在有盆腔器官脱垂的女性中,组织学上显示出胶原纤维走向和厚度的改变㊂阴道前壁胶原蛋白的降低使产妇的压力性尿失禁增加㊂2 4㊀顺产对会阴的损伤顺产会对会阴造成长期损害,包括会阴不适,性交困难和肛门括约肌损伤㊂研究表明85%的女性在阴道分娩期间会出现一定程度上的会阴创伤,其中60% 70%的女性需要缝合㊂产后6个月会阴疼痛仍然存在,这种会阴长期不适的原因主要是顺产时使用镊子和阴道撕裂,如果在产后初期没有及时发现会引起粪失禁㊂医生需要减轻顺产期间会阴损伤的程度,在分娩中助产医生保持双手平衡,保护会阴并对胎头施加压力㊂Liedl等[18]认为镊子辅助分娩是会阴和肛门括约肌损伤的主要原因㊂另一项研究调查显示,镊子辅助分娩是会阴撕裂的主要因素㊂第二产程时间大于120min,分娩方式为枕后位以及会阴切开术和婴儿体质量超过3000g是会阴撕裂的次要因素㊂使用真空抽吸辅助引导分娩引起的会阴损伤明显少于镊子辅助,对肛门括约肌的破坏也较小㊂两项大型随机对照实验表明产前会阴摩擦可能对减少二度撕裂㊁三度撕裂㊁会阴切开术或器械分娩的发生率有一定的益处,特别是对于高龄产妇㊂2 5㊀胎头对盆底的损伤在阴道分娩过程中,特别是在第二产程期间,盆底的生物力学取决于许多变量,其中包括胎儿头部成型㊂胎儿较为重要的大小指标是下枕骨和双顶径,枕后位是较为常见的分娩错位,Baah⁃Dwomoh等[19]模拟胎头分娩引起的最大拉伸比为1 73㊂Liedl等[18]建立了肛提肌与胎头模型模拟分娩,分别研究了胎头可形变和不可形变的状况下,对肛提肌的拉伸出现在垂直位移60 70mm㊂可变形的胎头所得出的拉伸比相较于不可变形的胎头得出的拉伸比更接近临床;Easley等[20]研究了枕后结节错位对骨盆生物力学的影响,该数值模拟显示胎儿在分娩的过程中错位导致枕骨后错位使骨盆底肌肉变形更大,与胎儿在正常枕前位相比,拉伸相关的损伤更大㊂3㊀小结怀孕和分娩对妊娠期和长期的盆底器官脱垂和泌尿系统症状的发展有重要影响,可以结合临床案例确定风险因素,但目前尚无用于检测长期产后症状风险的临床评分系统,之后的研究可以注重盆底软组织㊁肌肉纹理模型构建,更好地模拟顺产时的受力情况㊂剖腹产并不能作为一种预防盆底功能障碍的分娩方式㊂因为与阴道分娩相比,其发病率和死亡率增加,成本也增加㊂弄清顺产对盆底疾病的生物力学,经过适当的产前训练有助于降低产后盆腔器官脱垂和压力性尿失禁的发生率,但这在治疗已确定的盆底疾病[21]方面作用不大㊂因此,临床医生需在分娩时进行多次尝试,以减少第二产程和盆底创伤的时间,并确保盆底组织在初级修复方面具有一定效能㊂参考文献[1]㊀vanGeelenH,OstergardD,SandP.Areviewoftheimpactofpregnancyandchildbirthonpelvicfloorfunctionasassessedbyobjectivemeasurementtechniques[J].InternationalUrogynecologyJournal,2018,29:327-338.[2]㊀GhiT,Dall AstaA,MasturzoB,etal.RandomisedItaliansonographyforocciputpositiontrialantevacuum(R.I.S.POS.T.A.)[J].UltrasoundinObstetrics&Gynecology:theOfficialJournaloftheInternationalSocietyofUltrasoundinObstetrics&Gynecology,2018,52(6):699-705.[3]㊀FitzpatrickM,BehanM,O 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骨盆的解剖与生物力学(一)骨盆的解剖骨盆是躯干的重要座基、由骶骨、双侧髂骨、坐骨和耻骨连结而成。
骨盆与周围肌肉韧带共同构成一自锁系统。
对骨盆产生重要力学作用的肌肉有骶棘肌、髂腰肌、臀肌、闭孔内外肌、梨状肌和腘绳肌等。
骨盆间骨连结属微动关节,在腰椎和双下肢的各种活动中,多有骨盆诸关节参与,且骶骨与负荷的反应性轴旋动作紧密相连。
临床上用来检测其对称性的骨性表面标志是:双侧髂前上棘、髂后上棘、髂嵴、耻骨结节和坐骨结节,还有各腰、骶椎棘突连成的后正中线和骶骨旁沟等。
骨盆生理活动主要发生在孕妇临盆分娩时,其活动方式为骶骨“点头”或“仰头”运动;在病理情况下各种病因可以通过各种轴向冲击、破坏骨盆的自销系统,而发生各种移位,如发生单侧骶髂关节前倾或后倾、骶骨扭转及耻骨联合错位或位移等。
(二)骨盆的生物力学骨盆上与胸腹呼吸运动的膈肌相联系,下与泌尿生殖系统息息相关,还与颅枕呼吸运动节奏相协调。
因此,骨盆的整体性与躯体生理活动有着密切的关系。
骨盆受损可以引起骨盆系统解剖结构的紊乱,同时由于脊柱与骨盆生物力学密切协调,骨盆紊乱可引起与脊柱相关的多种多样的临床表现。
1、骨盆带与脊柱的协调运动;人体在步行周期中,骨盆是身体重力的核心,它通过骶骨的旋转扭动以协调身体的多轴平衡,使身体在运动中更加省力和灵活。
以左侧为例;当人体左脚支持体重,右脚离地前迈,骨盆向可侧倾斜,骶骨相应在左斜轴向前方旋转;同时腰椎段左侧弯,椎体向右旋;躯干胸段T4的代偿亦出现在左侧弯,椎体向左旋。
而右脚支持体重,左脚离地前迈时则相反。
2、骶骨的屈伸协调运动与骶-蝶-枕共扼系统;呼吸运动是人体的重要生理功能,骶骨的协调摆动可使呼吸的生理节奏衡定,身体内环境含氧量充足,故骶骨的生理动力学与人体健康有着密切的关系。
骶骨在呼吸运动中的协调运动主要表现为骶骨在呼气和吸气时有节律的“点头、仰头”摆动。
呼气时的骶骨运动;a、脊柱被拉直;b、骶骨尾部接近耻骨;c、骶骨底向上后方活动。
骨盆生物力学性能与交通事故骨盆损伤机制
万虎;邓世雄;赵新才
【期刊名称】《创伤外科杂志》
【年(卷),期】2006(8)2
【摘要】高能量交通伤所致骨盆骨折多为高危性创伤,常伴有合并伤和多发伤.国内外学者对骨盆的生物力学性能、骨盆骨折的损伤机制、分类及合并伤等做了大量的研究工作,并取得一定成果.本文就骨盆生物力学性能与交通事故骨盆损伤机制作一综述.
【总页数】3页(P186-188)
【作者】万虎;邓世雄;赵新才
【作者单位】重庆医科大学法医学教研室,重庆,400016;重庆医科大学法医学教研室,重庆,400016;重庆市公安交通管理局,重庆,400041
【正文语种】中文
【中图分类】R681.6;R318.01
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不稳定骨盆骨折发病机制的生物力学研究
王国喜;吴乃庆
【期刊名称】《医用生物力学》
【年(卷),期】1998(13)4
【摘要】本文对不稳定骨盆骨折的生物力学及其发病机制,运用生物力学实验技术进行了探讨,实验标本取自脑外伤死亡的新鲜湿润固定正常人骨盆6具。
模拟正常人站立位、侧方压缩位、后前方压缩位遭到暴力导致骨盆不稳定骨折,用应变电测法得到骨盆各部位的主应力、主方向,以及骨盆极限破坏载荷曲线和丧失稳定性的形态特征,从而了解骨盆不稳定骨折的类型与生物力学发病机制,为临床手术与内固定提供可靠的理论依据。
【总页数】7页(P215-221)
【关键词】生物力学;骨盆骨折;发病机制;不稳定
【作者】王国喜;吴乃庆
【作者单位】江苏姜堰市人民医院骨科;江苏省人民医院骨科
【正文语种】中文
【中图分类】R683.302;R318.01
【相关文献】
1.垂直不稳定性骨盆骨折内固定的生物力学研究 [J], 薛阳千;
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骨盆环损伤的生物力学研究
目的:探讨骨盆环应力走向,为骨盆环损伤提供更可靠、合理的治疗方法。
方法:选取6尸体标本第四腰椎及近端股骨在内的完整骨盆,人为应用垂直作用力及旋转作用力作用于骨盆,观察并记录各标记点应变值。
结果:随着作用力加大,相关观察点应变值随即变化。
结论:骶股弓是骨盆传导垂直负荷的主要途径,耻骨联合分离及外旋力作用易导致骶髂关节损坏。
[Abstract] Objective:To study the stresses trend of the pelvic ring,and to provide more reliable and reasonable treatments for pelvic ring injuries.Method:Complete pelvises in 6 corpse specimen were selected,including the fourth lumbar spine and proximal femur,and researchers used vertical force and rotational force on pelvises,and the strain values of tags were observed and recorded.Result:Related viewpoint strain values changed as the force increased.Conclusion:Sacral shares bow is the main way to transmit pelvic vertical load,and pubic symphysis separation and outward turning force can lead to damage of sacroiliac joints.
[Key words] Pelvic rin;Biomechanics;Symphysis separation;Mechanical testing machine
骨盆骨折病情严重,治疗不当的话往往出现较严重的并发症。
据文献[1-2]报道,骨盆骨折致死率为5%~20%左右,而致残率却高达50%~60%。
因此,本研究通过对标本骨盆进行生物力学研究,为治疗提供一种能有效减少骨折损伤并发症的生物力学依据,现报告如下。
1 材料与方法
1.1 一般材料
选取实验室用一年内尸体标准6具,其中男4具,女2具;死亡年龄35~54岁,平均(42.5±8.3)岁。
所用标本经X线摄片均未有骨质疏松等骨骼相关疾病。
取标本包括腰四及股骨近端三分之一之间的完整骨盆模型,除去皮肤、肌肉、结缔组织,只保留髋关节囊、骨间韧带、耻骨联合及骨盆后方诸韧带。
1.2 方法
1.2.1 单纯垂直作用力将制作好的模具放入夹具内,模拟人体正常站立。
以应变花布置测试点,如图1所示,选取20个观察点(骶髂关节两侧)。
将模具置于力学实验机上,以10 N/S的垂直作用力作用于模具上,应用应变仪分别记录模具在耻骨联合正常、耻骨联合分离1 cm、2 cm、2.5 cm时模具承受依次100 N/S、200 N/S、300 N/S、400 N/S、500 N/S作用力时的应变值。
每个模具实验过程重复三次取平均值。
1.2.2 垂直作用力结合扭转作用力在对模具施以垂直作用力同时,向模具逆时针方向加以10~80 N/S的力,同时采集相应的应变值。
1.3 统计学处理
应用SPSS 16.0统计软件进行数据分析,正态分布的各统计指标均以均数±标准差(x±s)表示,不同耻骨联合分离数据作用于同一位点产生的数值比较应用t检验,P<0.05为差异有统计学意义。
图1 骨盆应变花分布图
2 结果
2.1 单纯垂直作用
(1)耻骨联合未分离:点1~3、6、7、9、10、13、14、17~19处随垂直作用力加大时应变值变化逐步增大(P<0.05)。
其余各点应变值稍有变化,但是差异无统计学意义(P>0.05)。
(2)耻骨联合分离从1 cm逐步增大至2 cm时,点1~5、8~10、12、15~19处应变值也随之增大(P<0.05),而点6、7处应变值则随之减小(P<0.05)。
其余各点差异无统计学意义(P>0.05)。
(3)耻骨联合分离从2cm增大到2.5cm时,点6~8、13、14应变值变小(P<0.05),点11先增大后减小(P<0.05),其余各点差异无统计学意义(P>0.05)。
2.2 垂直作用结合扭转作用
随着扭转力增大,点1~3、13、14压应变值差异无统计学意义(P>0.05),拉应变值逐步增大(P<0.05)。
点4~7压应变值逐步增大,而拉应变值逐步减小(P<0.05)。
2.3 前后环损坏与固定
耻骨联合分离后,导致模具前环不稳;而破坏骶髂关节、关节囊、切断韧带,模具后环不稳。
应用钢板固定耻骨联合可稳定前环(P<0.05),对后环影响不确(P>0.05)。
3 讨论
在所有骨盆环损伤患者中,高处坠落伤占绝大部分,患者在下肢着地骨盆环不仅仅承受来自垂直作用的作用力,往往带有旋力[3-4]。
故本研究除了选择垂直作用的外力外,还加有逆时针扭转作用力。
在垂直作用力较小时,由于骨盆的结构复杂性及牢固性,可以将垂直作用力均匀分散,故本研究在耻骨联合未分离时,除了个别观察点,几乎所有观察点应变值随着作用力的增加而增大,且主要体现在骨盆后环处(1~3、6、7、9、10、13、14)。
前人研究骨盆后环承受大概60%的作用力[3],本实验结果与其吻合。
耻骨联合分离即“开书型分离”,主要是由于强烈的外旋暴力,所造成的危害是破坏了骨盆的正常结构,故易行成各类并发症,本研究分离耻骨联合后发现,点1~5、8~10、12、15~19处应变值也随之增大,
而点6、7处应变值则随之减小,说明分离后由于增大了骨盆环面积导致骶棘韧带紧张,进而骶髂关节缝隙增大[5-12]。
而随着耻骨联合分离到2.5 cm,骶髂关节缝隙进一步增大,当韧带断裂时,两侧受力开始减小。
故盆腔前环损伤可以引起骶髂关节功能障碍。
而垂直结合外旋作用时,骶髂关节髂骨侧(点4~7)受压力逐渐增大,骶骨侧收拉力减小,易发生挫裂。
本研究显示,随着扭转力增大,点1~3、13、14压应变值差异无统计学意义(P>0.05),拉应变值逐步增大(P<0.05)。
点4~7压应变值逐步增大,而拉应变值逐步减小(P<0.05)。
耻骨联合分离后,导致模具前环不稳;而破坏骶髂关节、关节囊、切断韧带,模具后环不稳。
应用钢板固定耻骨联合可稳定前环(P <0.05),对后环影响不确(P>0.05)。
提示随着作用力加大,相关观察点应变值随即变化。
以往对骨盆骨折的治疗往往采取保守治疗或者仅仅内固定耻骨联合,本研究发现耻骨联合固定后仅仅对前环稳定性增强,并不影响后环,因此建议对于复杂骨盆骨折患者应采取前后环协同固定,以加强骨盆的稳定性,最大程度减少骨折后并发症。
综上所述,本研究通过对骨盆受力研究,加强了对骨盆损伤的认识,对未来应用微创治疗骨盆骨折提供了理论基础。
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