腓骨短縮對脛距關(guān)節(jié)生物力學(xué)接觸特性的影響

1、腓骨短縮對脛距關(guān)節(jié)生物力學(xué)接觸特性的影響         08-07-01 14:38:00     編輯：studa20             作者：劉勇，彭阿欽，焦建寶，高文山，王聰，郭銳【摘要】  目的測定腓骨短縮時(shí)，脛距關(guān)節(jié)的接觸特性的變化，探討腓骨短縮的最大允許程度。方法6具小腿標(biāo)本，去除踝關(guān)節(jié)以上的皮膚、肌肉等軟組織，用夾具將其固定于

2、正常行走踝關(guān)節(jié)中立位，分別測出在正常，腓骨短縮2、4、6 mm時(shí)，脛距關(guān)節(jié)的接觸壓及接觸面積并進(jìn)行比較，觀察并總結(jié)出接觸壓及接觸面積的變化趨勢。結(jié)果通過模擬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，腓骨短縮時(shí)，脛距關(guān)節(jié)總接觸面積呈減小趨勢，前外、后外象限的接觸面積、接觸壓呈增大趨勢,而前內(nèi)，后內(nèi)象限的接觸面積、接觸壓均減小。結(jié)論2 mm以上（包含2 mm）的腓骨短縮，均會造成脛距關(guān)節(jié)接觸特性的顯著改變。 【關(guān)鍵詞】  腓骨短縮； 脛距關(guān)節(jié)； 壓敏片； 生物力學(xué)； 踝關(guān)節(jié)    Abstract：ObjectiveTo evaluate the effect of fibula shor

3、tening on biomechanical characters of tibiotalar joint and prescribe the most acceptable extent of fibula shortening.MethodSix fresh cadaveric specimens were disarticulated though the knee,and the soft tissues were removed from the knee to the level of the ankle joint.The position of the ankle joint

4、 during testing simulated the single leg stance phase of gait.Every group of specimen carried out a biomechanical test in the turn of intact,fibula  2mm shortening, 4mm shortening, 6mm shortening. The biomechanical change of the tibiotalar joint after fibular shortening was found.ResultThe tota

5、l contact area of the tibiotalar joint tended to decrease in the fibular shortening model. The contact area and contact pressure in anteromedial and posteromedial quadrant tended to decrease, while, the contact area and contact pressure in anterolateral and posterolateral quadrant tended to increase

6、.ConclusionThe 2 mm fibular shortening (including 2 mm) significantly alter the biomechanical characters in tibiotalar joint.    Key words：shortened fibula;  tibiotalar joint;  pressure sensitive film;  biomechanics;  ankle joint腓骨骨折經(jīng)常伴隨踝關(guān)節(jié)和脛骨遠(yuǎn)端骨折發(fā)生，骨折后經(jīng)常發(fā)生移位畸形愈合，對

7、踝關(guān)節(jié)功能產(chǎn)生影響。關(guān)于腓骨骨折有很多治療方法的報(bào)道，但很少有人研究并闡明腓骨短縮后踝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)改變。作者設(shè)計(jì)了本實(shí)驗(yàn)，使用了更為先進(jìn)的試驗(yàn)儀器，測試人體在行走，踝關(guān)節(jié)中立位時(shí)，腓骨短縮2、4、6 mm情況下，脛距關(guān)節(jié)不同區(qū)域接觸面積、平均應(yīng)力、峰值應(yīng)力值的變化，探討腓骨短縮的可接受程度。1  材料與方法1.1  標(biāo)本的制作    6個(gè)近期防腐成人尸體標(biāo)本,經(jīng)X線攝片證實(shí)無骨質(zhì)疏松及骨骼系統(tǒng)疾病。將標(biāo)本自膝關(guān)節(jié)離斷，小心去除踝關(guān)節(jié)以上的皮膚、肌肉等軟組織，保留重要的韌帶和踝關(guān)節(jié)囊。1.2  模擬腓骨短縮畸形  

8、  將一個(gè)外固定架安裝于腓骨上，使腓骨中點(diǎn)與外固定架的中點(diǎn)在一個(gè)水平，且于遠(yuǎn)近段各擰入2枚固定螺釘。固定牢靠后，在腓骨中點(diǎn)處以鋼鋸條斜行鋸斷，并做好原位短縮2、4、6 mm的標(biāo)記。于內(nèi)踝尖上約2.5 cm平踝關(guān)節(jié)穹隆處水平截骨，并盡可能少地切開部分前后關(guān)節(jié)囊,從內(nèi)踝處打開踝關(guān)節(jié)放入壓敏片(見圖1)，最后自內(nèi)踝預(yù)鉆釘?shù)罃Q入2枚松質(zhì)骨螺釘，并加張力帶加固。通過拉近骨折線遠(yuǎn)近段上的固定螺釘，比照預(yù)先做好的標(biāo)記，即可制作出腓骨短縮2、4、6 mm的模型。1.3  標(biāo)本的分組及測試順序    每一標(biāo)本按下列順序分別給予生物力學(xué)測定：正常，解剖復(fù)位，短縮2

9、、4、6 mm。1.4  壓敏片的選擇和使用    脛骨和距骨間接觸特性的參數(shù)用壓敏片來測量。通過預(yù)實(shí)驗(yàn)對各種型號壓敏片的測試，結(jié)合作者的實(shí)驗(yàn)條件，采用壓力范圍（2.510 MPa）的低壓壓敏片最理想。但當(dāng)壓力范圍低于低壓型壓敏片的測量范圍時(shí)，結(jié)合使用超低壓型壓敏片（0.52.5 MPa）。1.5  標(biāo)本的加載    將已置入壓敏片的標(biāo)本放入LDS-500實(shí)驗(yàn)機(jī)上, 用螺釘將踝關(guān)節(jié)固定于中立位，并使距下關(guān)節(jié)保持大約5°的外翻角（圖2），以25 N/s的速度加載至700 N，維持30 s。實(shí)驗(yàn)過程中，當(dāng)加載

10、到700 N壓力維持時(shí)，用直徑1.5 mm的鈍頭探針分別自3個(gè)標(biāo)記孔A、B、C插入，并在壓敏片上做出相應(yīng)標(biāo)記X、Y、Z，作為壓敏片與脛距關(guān)節(jié)面相對關(guān)系的參照點(diǎn)。依次進(jìn)行完整標(biāo)本、解剖復(fù)位、腓骨短縮2、4、6 mm的測試。圖1  將標(biāo)本與固定裝置連接（略） 圖2  向脛距關(guān)節(jié)內(nèi)置入壓敏片（略）1.6  實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集與分析    加壓著色后的壓敏片根據(jù)X、Y、Z三點(diǎn)建立的坐標(biāo)系分為前內(nèi)、后內(nèi)、前外、后外4個(gè)象限，用FDP305E密度計(jì)和FDP306E壓力轉(zhuǎn)換器測量每部分的應(yīng)力和應(yīng)力分布。各象限的平均應(yīng)力的測量采用每一象限隨機(jī)取

11、10個(gè)點(diǎn)，分別測量后求平均值。峰值應(yīng)力為在該象限著色最深的區(qū)域測量5個(gè)點(diǎn)，取最大值。接觸面積的測量采用掃描儀將壓敏片圖像掃入計(jì)算機(jī)，利用Auto CAD2004軟件測量脛距關(guān)節(jié)各象限的面積，每象限測量3次，取平均值。1.7  X線片動(dòng)態(tài)觀察踝關(guān)節(jié)的影像學(xué)變化    作者對實(shí)驗(yàn)中的每一組標(biāo)本均攝X線片做動(dòng)態(tài)觀察，比較其微細(xì)變化，以利于更好地看出腓骨短縮帶來的脛距關(guān)節(jié)變化趨勢。1.8  統(tǒng)計(jì)學(xué)方法    對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，用Bartlett法進(jìn)行方差齊性檢驗(yàn)，用NewmanKeuls法進(jìn)行q檢驗(yàn)。2  結(jié)果2.1  隨著腓骨短縮程度的增加，脛距關(guān)節(jié)的總接觸面積呈減小趨勢，且隨腓骨短縮程度的加重而加重，至短縮4 mm組，已有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.05）。 從短縮2 mm開始，各象限的平均接觸面積就發(fā)生了重新分配，隨著短縮程度的增加，而前外、后外象限的平均接觸面積逐漸增加，而前內(nèi)、后內(nèi)象限的平均接觸面積逐漸