微波輻射對(duì)犬股骨力學(xué)性能的影響

1、    微波輻射對(duì)犬股骨力學(xué)性能的影響        【摘要】目的：測(cè)試微波輻射下犬股骨的生物力學(xué)性能，分析微波對(duì)股骨強(qiáng)度的影響。方法：成年雜種犬12只，顯露股骨干，左側(cè)為實(shí)驗(yàn)組，右側(cè)為對(duì)照組，利用微波對(duì)股骨干中段進(jìn)行65加熱10 min。術(shù)后45d和90d取材。測(cè)試CT值和生物力學(xué)特性。結(jié)果：肉眼觀察微波輻射區(qū)股骨干色澤呈灰白樣，X線和CT表現(xiàn)同正常對(duì)照組。最大壓縮強(qiáng)度、彈性模量均與正常組無(wú)顯著性差異。結(jié)論：微波輻射破壞了骨組織的血供和再生，但3個(gè)月內(nèi)對(duì)骨強(qiáng)度的破壞不顯著。

2、【關(guān)鍵詞】微波生物力學(xué)高熱骨 The effects of microwave induced hyperthermiaon the biomechanics of canine femurWu Zenghui,Liu Jingfa,Zhong Shizhen,et al.Department of Orthopedics,Guangzhou General Hospital of PLA,Guangzhou,510010Objective:To investigate the effects of microwave induced hyperthermia on the mineral d

3、esity and biomechanics of canine femur.Methods:The left femurs of 12 dogs were irradiated by microwave of 65 for 10 minutes.The right femurs were taken as control.Both the right and left femur of 6 canine were sacnning by CT and evaluted biomechanically at 45 and 90 days after irradiation.Results:Th

4、e color of the irradiated femur was greyish white.There was no significant difference in CT parameter,compressive stress,strain and elastic modules between both groups.Conclusions:The microwave irradiation may spoil the blood supply and osseous anagenesis of femur,but its mineral density would not d

5、ecrease at least three months after irradiationKey wordsMicrowaveBiomechanicsHyperthermiaBone微波應(yīng)用于臨床的抗腫瘤治療，具有定位準(zhǔn)確、迅速、有效和方便，并發(fā)癥少等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)原發(fā)性惡性骨腫瘤病人利用微波在體原位滅活腫瘤組織，保存瘤段骨比以往的保肢手術(shù)更具優(yōu)越性1，2。但微波加熱組織凝固后，對(duì)骨組織生物力學(xué)的性能有無(wú)改變報(bào)道甚少3，了解骨組織微波滅活后生物力學(xué)特性的改變，對(duì)臨床骨腫瘤保肢后的功能鍛煉和康復(fù)具有指導(dǎo)意義。1材料和方法普通家犬12只，年齡1218個(gè)月，體重1520kg，雌雄不拘。實(shí)驗(yàn)前攝股骨X線

6、正側(cè)位片和股骨CT掃描，以排除骨折和畸形，測(cè)定CT值。左側(cè)股骨為實(shí)驗(yàn)組，右側(cè)為對(duì)照組。取大腿中下段前外側(cè)切口，長(zhǎng)約10 cm，顯露股骨中下2/3，用東風(fēng)鉆鉆4孔，直徑2 mm，孔間隔30 mm，將針狀輻射器插入孔內(nèi)，進(jìn)行微波輻射，照射時(shí)間為10 min，輸出功率120W(每個(gè)輻射器30W)，溫度65。手術(shù)結(jié)束后縫合傷口，常規(guī)飼養(yǎng)。手術(shù)后45d和90d，各處死6只，取股骨24條，分成4組，每組6條股骨。取材后立即攝股骨X線正側(cè)位片和CT掃描。將股骨中下段用薄鋼鋸鋸開(kāi)，然后在沙板上細(xì)心磨修，制成長(zhǎng)20 mm，寬5 mm，高2.5 mm的試件，用塑料保鮮袋密封置于-20的冰箱內(nèi)保存。實(shí)驗(yàn)前9h取出，

7、室溫下自然解凍，用SWD-10型材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行壓縮試驗(yàn)，壓縮速度為1 mm/ min。2結(jié)果2.1股骨定量CT值在Somaton-Dr-HCT機(jī)上測(cè)試，先進(jìn)行微波輻射前的股骨中下段CT掃描，術(shù)后45d和90d再行相同部位的CT值測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)(表1)。對(duì)犬股骨先進(jìn)行微波輻射前后自身對(duì)照CT值t檢驗(yàn)，然后分別對(duì)輻射后45d和90d的左右犬股骨及二組間的t檢驗(yàn)，結(jié)果P0.05，說(shuō)明微波輻射后犬股骨CT值無(wú)明顯改變。s組別左右術(shù)前1305.2±193.41356.5±179.0術(shù)后45d1156.1±282.71148.6±318.2術(shù)后90d1152.5

8、77;276.31139.6±291.8     2.2微波輻射對(duì)股骨壓縮特性的影響犬股骨中下段試件體積為20.0 mm×5.0 mm×2.5 mm，由于是密質(zhì)骨為主，試件表現(xiàn)脆性材料的性質(zhì)，壓縮至屈服點(diǎn)時(shí)，骨組織呈粉碎性骨折的表現(xiàn)。載荷變形曲線(附)：屈股點(diǎn)表示試件載荷的最大值，此時(shí)骨質(zhì)斷裂，承受載荷的能力下降。L點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位移表示試件的變形量，上升曲線下的面積表示試件包含的能量，切線的斜率(tg)表示剛度。結(jié)果見(jiàn)(表2、3)。     附犬股骨試件的載荷變形曲線s參數(shù)左右最大載荷43

9、8.0±168.2443.9±187.1最大變形0.61±0.160.61±0.16剛度984.2±372.61145.8±543.1能量0.173±0.060.165±0.04應(yīng)力48.7±22.553.6±20.6應(yīng)變0.026±0.010.032±0.01彈性模量293.8±121.2307.2±171.9     s參數(shù)左右最大載荷441.2±176.7447.6±194.9最大變形0.6

10、1±0.160.61±0.15剛度1035.8±421.31146.7±496.2能量0.169±0.050.167±0.041應(yīng)力51.0±20.654.1±21.5應(yīng)變0.025±0.010.024±0.01彈性模量294.7±131.3304.2±163.9     分別對(duì)對(duì)照組與微波輻射組，45d和90d的輻射組間進(jìn)行兩兩比較t檢驗(yàn)，結(jié)果P0.05，說(shuō)明微波輻射45d和90d后犬股骨的壓縮力學(xué)特性無(wú)明顯變化。 3討論3.1微波輻

11、射后骨礦物質(zhì)含量的變化在臨床上，定量CT值對(duì)預(yù)測(cè)骨質(zhì)疏松病人的骨持重能力和評(píng)價(jià)骨量的變化是一較靈敏的手段4。吳春營(yíng)等5用人尸體骨，檢測(cè)了定量CT值與骨組織形態(tài)計(jì)量學(xué)和骨灰化分析進(jìn)行比較，結(jié)果表明定量CT值可反應(yīng)骨質(zhì)的礦化情況，可視為對(duì)骨量觀測(cè)的一個(gè)敏感方法。本實(shí)驗(yàn)測(cè)量了犬股量經(jīng)微波輻射后第45d和90d的定量CT值，輻射后與正常股骨及輻射后不同時(shí)間的CT值比較無(wú)顯著差異(P0.05)，說(shuō)明30W的微波輻射10 min，對(duì)犬股骨的骨礦物質(zhì)含量無(wú)明顯影響，反映了已礦化的骨質(zhì)經(jīng)微波輻射后丟失甚少。雖然有的文獻(xiàn)報(bào)道6定量CT值會(huì)因骨髓內(nèi)不同含量的脂肪帶來(lái)對(duì)骨礦含量的低估。但本文采用犬左右股骨的自身對(duì)照

12、，沒(méi)有個(gè)體間的誤差，可以排除不同個(gè)體骨髓內(nèi)脂肪差異所帶來(lái)的CT值誤差。所以本實(shí)驗(yàn)?zāi)芸陀^和敏感地反應(yīng)微波輻射后的骨礦狀況，有利于正確評(píng)價(jià)微波輻射后骨密度的狀況。國(guó)內(nèi)已將定量CT值應(yīng)用于臨床，測(cè)量椎體內(nèi)骨礦密度，反應(yīng)骨質(zhì)疏松的狀況，預(yù)防椎骨承受重力和牽張力后失代償性塌陷的發(fā)生和治療隨訪觀察等。在微波技術(shù)日益進(jìn)入臨床應(yīng)用的今天對(duì)分析和評(píng)估微波治療后骨髂的密度改變，本文提供了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的參數(shù)，對(duì)臨床醫(yī)師具有重要的參考價(jià)值。3.2微波輻射對(duì)骨壓縮特性的影響強(qiáng)度和剛度是骨的重要力學(xué)特性，在壓縮載荷的試驗(yàn)中，載荷-變形曲線能反映結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的三個(gè)參數(shù)：結(jié)構(gòu)在破壞前所能承受的載荷，結(jié)構(gòu)在破壞前所能承受的變形，結(jié)構(gòu)在

13、破壞前所能貯存的能量。結(jié)構(gòu)的剛度由彈性范圍內(nèi)的曲線斜率表示。由于骨試件在壓縮時(shí)，骨的橫截面影響骨的強(qiáng)度和剛度。面積越大，強(qiáng)度和剛度也越大，破壞載荷和剛度的大小與橫截面積成正比。所以本實(shí)驗(yàn)在做犬股骨壓縮骨塊時(shí)，盡量做到各試件的長(zhǎng)、寬、高一致，避免因試件大小不一而導(dǎo)致結(jié)果的誤差。Dalen7和Carter8曾觀察了骨組織密度、骨礦物質(zhì)含量對(duì)骨質(zhì)力學(xué)性質(zhì)的影響，認(rèn)為骨質(zhì)密度和骨質(zhì)內(nèi)礦物質(zhì)含量越高骨的壓縮強(qiáng)度越大，應(yīng)變率越小。因?yàn)殡S著骨質(zhì)內(nèi)礦物質(zhì)含量的增加，骨有機(jī)成分減小，無(wú)機(jī)成分增多，骨的強(qiáng)度和剛度增大，而變形減少，本文犬股骨經(jīng)微波輻射后骨礦物質(zhì)含量無(wú)明顯變化，骨試件的壓縮強(qiáng)度、剛度、應(yīng)力、應(yīng)變等也無(wú)顯著性差異，其骨礦物質(zhì)與骨壓縮特性的關(guān)系與文獻(xiàn)報(bào)道一致。Vahey9等研究了犬近端股骨的壓縮特性，結(jié)果犬股骨近端的生物力學(xué)特性與人股骨的近端非常接近，骨試件破壞前的平均應(yīng)變?yōu)?.0259，最大應(yīng)變?yōu)?.0288，作者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果較Vahey的結(jié)果略小。但彈性模量差異較大，可能與部位有關(guān)。在臨床上，不少作者10進(jìn)行了脛骨近端骨應(yīng)變的分布規(guī)律研究，這為膝關(guān)節(jié)的矯形或人工關(guān)節(jié)置換提供生物力學(xué)基礎(chǔ)。作者的實(shí)驗(yàn)證明微波輻射對(duì)骨力學(xué)的影響較小