不同內(nèi)固定方式在肩鎖關(guān)節(jié)脫位治療中的有限元分析

侯 波 姚金波 郭永祥

(南方醫(yī)科大學順德醫(yī)院附屬陳村醫(yī)院 ， 廣東 佛山 528313 )

肩鎖關(guān)節(jié)由肩胛骨肩峰關(guān)節(jié)面與鎖骨肩峰端關(guān)節(jié)面構(gòu)成。肩鎖關(guān)節(jié)囊松弛，附著于關(guān)節(jié)面的周緣，肩鎖關(guān)節(jié)主要由連接于肩胛骨喙突與鎖骨下面的喙鎖韌帶(斜方韌帶、錐狀韌帶)及肩鎖韌帶固定，肩鎖關(guān)節(jié)屬平面關(guān)節(jié)，可做各方向的微動運動[1]。肩鎖關(guān)節(jié)脫位為臨床常見損傷，發(fā)病率高，不恰當?shù)闹委熗鶎е禄颊咝g(shù)后的功能障礙及肩關(guān)節(jié)疼痛[2]。目前，肩鎖關(guān)節(jié)脫位的內(nèi)固定治療主要有AO鎖骨鉤板、Endobutton 技術(shù)、Weaver-Dunn 手術(shù)等，各種臨床研究中，對于內(nèi)固定方式及肩鎖、喙鎖韌帶的重建方式等有多量的臨床報道，但是對于肩鎖關(guān)節(jié)的生物力學研究較少，大部分是肩鎖關(guān)節(jié)脫位手術(shù)方式、內(nèi)固定選擇、韌帶重建方式等和手術(shù)療效評價，缺乏基礎(chǔ)的生物力學研究，對于各種手術(shù)方式極限載荷等沒有系統(tǒng)評價，所以目前的臨床研究缺乏諸多不足[3]。我院為了研究不同內(nèi)固定方式在肩鎖關(guān)節(jié)脫位治療中的有限元分析，進行了本次研究并取得了顯著的效果，現(xiàn)報告如下。

臨床資料

1 一般資料：我院于2017年1月-2017年12月進行文獻查詢、解剖學測量獲取數(shù)據(jù)，利用Mimics 軟件建立肩鎖關(guān)節(jié)三維模型，并運用 Ansys 軟件建立三維有限元模型分析了解肩鎖關(guān)節(jié)應力分布特點?；仡櫡治鑫以河谕瑫r期收治的肩鎖關(guān)節(jié)脫位患者的病歷，從中選取15例作為對照組，同時選取2017年12月-2018年12月收治的15例肩鎖關(guān)節(jié)脫位患者作為觀察組，對照組患者年齡在28-65歲，平均年齡為(41.32±1.17)歲，女性患者7例，男性患者8例；觀察組患者年齡在27-65歲，平均年齡為(41.24±1.36)歲，女性患者7例，男性患者8例。2組患者在年齡、性別等方面比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，具有可比性。本研究在征得患者及其家屬同意下進行，且經(jīng)過倫理委員會批準，所有患者均符合肩鎖關(guān)節(jié)脫位的診斷標準。

2 方法：(1)人體肩鎖關(guān)節(jié)3D 模型的建立。運用 Mimics 軟件構(gòu)建人體肩鎖關(guān)節(jié)簡化 3D 模型，該模型由鎖骨、肩胛骨、肩鎖及喙鎖韌帶構(gòu)成，查閱已有文獻，獲得肩鎖關(guān)節(jié)主要韌帶(肩鎖韌帶及喙鎖韌帶)解剖學測量數(shù)據(jù)，在建立的骨骼模型中輸入肩鎖關(guān)節(jié)主要韌帶起、止點及韌帶大小等主要數(shù)據(jù)，建立完整的肩鎖關(guān)節(jié)簡化三維模型，該模型立體直觀，可以任意角度旋轉(zhuǎn)及進行精確測量，查詢已有文件獲得常見內(nèi)固定物(鉤板、Endobutton 鋼板、自體半腱肌腱等)力學參數(shù)。(2)人體肩鎖關(guān)節(jié)簡化三維有限元分析模型。運用 Ansys 軟件建立人體肩鎖關(guān)節(jié)簡化三維有限元分析模型，并對肩鎖關(guān)節(jié)有限元模型進行計算及應力分析。本研究中擬建立4 種有限元分析模型：無損肩鎖關(guān)節(jié)模型 、 鎖骨鉤板內(nèi)固定模型、Endobutton 鋼板內(nèi)固定模型 、自體半腱肌腱固定模型。對建立的力學模型進行應力學分析。通過構(gòu)建肩鎖關(guān)節(jié)三維有限元模型進行理論研究，用軟件模擬各種手術(shù)方式的極限載荷，肩鎖關(guān)節(jié)肩鎖韌帶及喙鎖韌帶模型數(shù)據(jù)采用文獻法獲得解剖學測量數(shù)據(jù)，然后與傳統(tǒng)的生物力學分析結(jié)果進行對比。

3 評定指標：分析通過運用三維有限元分析模型對肩鎖關(guān)節(jié)脫位治療中的應用效果，與傳統(tǒng)的生物力學分析結(jié)果進行對比。根據(jù)2組患者的病情恢復情況，對2組患者的治療效果進行對比，通過滿意度調(diào)查問卷的形式對2組患者的滿意度進行對比，以及對比2組患者的住院費用，住院時間和康復時間，綜合的評價三維有限元分析模型的臨床作用。

4 統(tǒng)計學處理：應用SPSS19.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)以率(%)表示，計量資料采用t檢驗方法，各組間差異比較采用方差分析和x2檢驗，(P<0.05)表示數(shù)據(jù)之間的差異具有顯著的統(tǒng)計學意義。

5 結(jié)果

5.1 2組治療有效率對比：對照組患者有6例治療無效，而觀察組患者治療僅有1例無效，對照組患者治療有效率為60.00%，觀察組患者治療有效率為93.33%，P=0.032，對照組和觀察組數(shù)據(jù)差異具有統(tǒng)計學意義。見表1。

表1 對照組和觀察組患者治療有效率比較(n，%)

5.2 2組滿意度對比：通過對肩鎖關(guān)節(jié)脫位患者運用有限元分析，可以明顯提高患者的滿意度，觀察組患者有13例患者非常滿意，遠遠高于對照組患者的3例患者，對照組患者滿意度為73.33%，觀察組患者滿意度為100.00%，P=0.026，組間數(shù)據(jù)差異明顯具有統(tǒng)計學意義。見表2。

表2 對照組和觀察組患者滿意度比較(n，%)

討 論

三維有限元分析法在生物醫(yī)學領(lǐng)域的應用越來越廣泛，通過建立與人體結(jié)構(gòu)相吻合的生物力學模型，并賦予骨和韌帶組織材質(zhì)參數(shù)，可以通過有限元分析方法模擬出骨骼的靜態(tài)和動態(tài)應力狀況，并在此基礎(chǔ)上完整分析包括損傷機制、應力分布、最大載荷等生物力學數(shù)據(jù)，指導選擇恰當?shù)膬?nèi)固定方式[4]。傳統(tǒng)的生物力學分析是使用實物標本進行分析，人為造成骨折或脫位模型，再行內(nèi)固定治療，然后在試驗機上進行力學實驗并探討骨的整體和局部應力變化[5]。與其相比，三維有限元分析具有一定的優(yōu)越性，主要是模型一旦建立即可以重復使用且無損耗，能夠通過模擬分析的方法研究實驗所不能研究的狀況[6]。在醫(yī)學領(lǐng)域中，三維有限元分析最早應用于股骨，相對應的國內(nèi)有關(guān)下肢的三維有限元分析文獻也最多，但是有關(guān)上肢，特別是肩鎖關(guān)節(jié)三維有限元分析模型的建立及其應力分析報道很少，肩鎖關(guān)節(jié)脫位內(nèi)固定三維有限元分析的文獻報道更少[7]。本文通過分析解肩鎖關(guān)節(jié)應力分布特點，了解肩鎖及喙鎖2 條主要肩鎖關(guān)節(jié)韌帶的應力分布及極限負荷，了解不同內(nèi)固定方式肩鎖關(guān)節(jié)再脫位等極限載荷，對不同內(nèi)固定方式通過應力分析給出評價，并為臨床上肩鎖關(guān)節(jié)脫位的內(nèi)固定選擇提供參考。

本文于2017年1月-2017年12月進行文獻查詢、解剖學測量獲取數(shù)據(jù)，利用Mimics 軟件建立肩鎖關(guān)節(jié)三維模型，并運用 Ansys 軟件建立三維有限元模型分析了解肩鎖關(guān)節(jié)應力分布特點?；仡櫡治鑫以河谕瑫r期收治的肩鎖關(guān)節(jié)脫位患者的病歷，從中選取15例作為對照組，同時選取2017年12月-2018年12月收治的15例肩鎖關(guān)節(jié)脫位患者作為觀察組，對照組行傳統(tǒng)的生物力學分析，觀察組行三維肩鎖關(guān)節(jié)有限元模型進行分析。結(jié)果表明，運用肩鎖關(guān)節(jié)脫位治療中的有限元分析，與傳統(tǒng)的生物力學分析進行對比，可以提高治療效果，提升患者滿意度。對照組患者治療有效率為60.00%，觀察組患者治療有效率為93.33%，P=0.032，2組數(shù)據(jù)差異具有統(tǒng)計學意義；對照組患者滿意度為73.33%，觀察組患者滿意度為100.00%，P=0.026，組間數(shù)據(jù)差異明顯具有統(tǒng)計學意義。

綜上所述，通過對肩鎖關(guān)節(jié)脫位患者運用有限元分析，不僅可以提高患者的治療有效率，還可以提高患者的滿意度，對于肩鎖關(guān)節(jié)脫位患者具有重要的臨床意義。