基于有限元模型評價切開保留皮橋術(shù)式治療后馬蹄形肛周膿腫的效果*

石榮，王菁，柯敏輝，陳祖清，黃娟，陳日齊，汪昭楚

1 福建中醫(yī)藥大學(xué)附屬人民醫(yī)院（福建省人民醫(yī)院）肛腸科 福建福州 350004

2 福建中醫(yī)藥大學(xué)附屬第二人民醫(yī)院肛腸科 福建福州 350003

3 福州大學(xué) 福建福州 350108

肛周膿腫是發(fā)生在肛周組織間隙的感染性疾病，臨床主要表現(xiàn)為肛門疼痛、墜脹，或伴有全身感染癥狀[1]。肛門腺感染是肛周膿腫最主要的原因，又以截石位6 點位肛門腺感染最常見[2-3]。感染侵襲內(nèi)、外括約肌及肛管后深間隙，進入坐骨直腸窩而形成單側(cè)或雙側(cè)馬蹄形肛周膿腫，是臨床上危重且治療較棘手的肛周膿腫類型，需盡早地切開避免感染擴散。

馬蹄形肛周膿腫可行肛周膿腫切開保留皮橋手術(shù)治療，手術(shù)的要點在于充分打開病灶、清除感染組織并維持肛門的正常形態(tài)。皮橋為清創(chuàng)后膿腔上方人為保留的皮膚組織，與兩側(cè)創(chuàng)緣間具有牽引力，對創(chuàng)面具有收束作用，以減少術(shù)后肛門的形變[4]。國醫(yī)大師陳民藩教授認(rèn)為術(shù)中皮橋的留置將影響治療的遠(yuǎn)期效果，因為肛門形態(tài)對肛門功能的自我修復(fù)能力至關(guān)重要，維持肛門形態(tài)就是對功能的維護[5]。臨床上保留皮橋術(shù)式受手術(shù)操作者影響較大，設(shè)計欠合理的皮橋可能導(dǎo)致炎性組織殘留、引流不暢、易斷裂等問題，因此明確皮橋在維持肛門形態(tài)中承擔(dān)的力學(xué)效應(yīng)是規(guī)范手術(shù)操作、提高臨床療效的關(guān)鍵。

有限元法是模擬軟組織形變的經(jīng)典方法，可將連續(xù)區(qū)域離散為有限數(shù)量的單元并相互連接在一起，可對每個單元進行力學(xué)分析[6]。該方法在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用，特別是骨科領(lǐng)域[7-8]。前期作者團隊發(fā)現(xiàn)，運用SUPER-SAP有限元軟件可構(gòu)建靈活性高、實用性強的肛周三維有限元模型，通過對生物組織進行軸向牽拉試驗，可以測得其力學(xué)屬性，并在模型中賦予生物力學(xué)特征[9-10]。本研究通過以上方法構(gòu)建肛周膿腫三維有限元模型，以比較切開保留皮橋手術(shù)中，不同形態(tài)皮橋上節(jié)點的受力情況，以及患者術(shù)后的肛門功能差異，旨在揭示皮橋維持肛門形態(tài)的生物力學(xué)機制，探尋最優(yōu)的治療方式，規(guī)范手術(shù)操作。

1 資料與方法

1.1 一般資料

納入2020年9月至2022年12月就診于福建中醫(yī)藥大學(xué)附屬人民醫(yī)院（福建省人民醫(yī)院）肛腸科的120例后馬蹄形肛周膿腫患者作為研究對象，患者均行肛周膿腫切開保留皮橋手術(shù)治療，均為男性，年齡20～50歲。按照隨機數(shù)字表法將患者隨機分為正常皮橋組、寬皮橋組，每組各60 例。兩組一般資料比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），見表1。本研究獲得福建省人民醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)（倫理號：2020-037-02），患者對治療內(nèi)容均知情同意。

表1 兩組一般資料比較 ±s

表1 兩組一般資料比較 ±s

組別正常皮橋組（n＝60）寬皮橋組（n＝60）t P年齡/歲41.2±7.3 40.4±7.5 0.568 0.571體質(zhì)量/kg 70.2±7.1 69.5±7.5 0.553 0.581病程/d 3.1±1.5 3.6±1.6-1.441 0.152

1.2 診斷標(biāo)準(zhǔn)、納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

診斷標(biāo)準(zhǔn)：參考《肛周膿腫臨床診治中國專家共識》[11]、《中醫(yī)肛腸科常見病診療指南》[12]診斷肛周膿腫，后馬蹄形肛周膿腫需結(jié)合影像學(xué)檢查結(jié)果進一步明確診斷。

納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）診斷為后馬蹄形肛周膿腫；（2）年齡在20～50歲，該年齡段患者肛周組織差異較小，便于觀察；（3）患者均行肛周膿腫切開保留皮橋手術(shù)治療。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）既往有肛門直腸手術(shù)史者；（2）合并肛管、直腸惡性腫瘤者；（3）合并克羅恩病、潰瘍性結(jié)腸炎、腸結(jié)核、糖尿病者；（4）合并心、肝、腎、腦等嚴(yán)重基礎(chǔ)疾病者。

1.3 有限元模型構(gòu)建

切開保留皮橋手術(shù)治療肛周膿腫的有限元模型于福建中醫(yī)藥大學(xué)骨重建生物力學(xué)實驗室構(gòu)建完成。

1.4 試驗儀器

SUPER-SAP 有限元軟件、超導(dǎo)磁共振成像儀、彈簧測力計、高精度數(shù)顯卡尺、數(shù)碼相機、肛腸動力檢測系統(tǒng)。

1.5 手術(shù)方法

（1）正常皮橋組：麻醉滿意后，患者取折刀位，暴露肛門，常規(guī)消毒，鋪孔巾，常規(guī)消毒肛管及直腸黏膜下段。沿截石位6點位穿刺抽吸膿液，于截石位6點位包塊隆起處作放射狀切口，示指伸入切口探查膿腔，破壞纖維隔，沿膿腔走行擴創(chuàng)。繼續(xù)予彎鉗自截石位6點位向側(cè)面坐骨直腸窩探查，沿彎鉗方向作弧形切口，全層切開膿腔，于截石位5點位或7 點位肛緣外3 cm 處留一寬約1.5 cm 皮橋，使截石位6點位切口與側(cè)邊切口成對口引流，修剪創(chuàng)面使之引流通暢，檢查創(chuàng)面無明顯滲血。術(shù)畢，常規(guī)消毒肛門手術(shù)創(chuàng)面，用凡士林紗條、無菌止血紗布填塞，塔型紗布壓迫，寬膠帶加壓固定，送患者安返病房。

（2）寬皮橋組：術(shù)中設(shè)置皮橋的寬度為3 cm，其余手術(shù)操作同正常皮橋組。

1.6 觀察指標(biāo)

1.6.1 節(jié)點選擇 在SUPER-SAP 軟件中，選取6個節(jié)點進行分析，其中89、173、257 位于皮橋內(nèi)側(cè)緣，以此代表直立狀態(tài)下肛周皮橋的下段、中段和上段節(jié)點，90、174、258 代表皮橋外側(cè)緣。通過調(diào)整節(jié)點位置，形成正常寬度（1.5 cm）的皮橋模型A和寬皮橋（3.0 cm）的模型B（圖1）。

圖1 切開保留皮橋術(shù)式三維有限元模型

1.6.2 位移量測算 （1）術(shù)中麻醉后在預(yù)留皮橋處以記號筆標(biāo)記皮橋下段、中段、上段6個點，測量各節(jié)點與肛門的距離d1（mm）；（2）完成皮橋留置后，測量新的距離d2（mm），則皮橋在肛門方向的位移量△d＝d2-d1（mm）；（3）由助手按壓創(chuàng)緣消除張力，用拉力計背離肛門方向牽拉皮橋，測量拉伸△d 時拉力的大小F（N）；（4）在SUPER-SAP 軟件中，給予模型同樣大小和方向的力，測算出皮橋節(jié)點的位移量并記錄。

1.6.3 術(shù)后3個月肛門壓力測量 測量患者術(shù)后3個月的肛管靜息壓及肛管最大收縮壓。檢查前患者排空大小便，取左側(cè)臥位，屈髖屈膝90°，檢查者將帶有球囊的測壓導(dǎo)管緩慢插入直腸內(nèi)，出水孔距離肛緣6 cm，休息1 min后開始測量。根據(jù)既往研究結(jié)果，正常男性的肛管靜息壓為50～70 mmHg、肛管最大收縮壓為120～170 mmHg[13]。

1.6.4 結(jié)局指標(biāo) （1）比較手術(shù)測量位移量與模型位移量的差異，驗證模型有效性；（2）比較模型A和模型B 的同位置節(jié)點的位移量差異，明確不同形態(tài)皮橋的位移特性；（3）比較單個模型皮橋內(nèi)側(cè)、外側(cè)緣的位移量差異；（4）比較患者術(shù)后3個月的肛管靜息壓、肛管最大收縮壓情況。

1.7 統(tǒng)計學(xué)方法

選用SPSS 26.0 統(tǒng)計學(xué)軟件對數(shù)據(jù)進行處理。計量資料以（±s）表示，比較行t檢驗或配對t檢驗；計數(shù)資料以（n）表示。以P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 手術(shù)測量位移量與模型位移量比較

測量皮橋上6個節(jié)點的應(yīng)力和位移量后，在SUPER-SAP 軟件中導(dǎo)出相應(yīng)節(jié)點的模型位移量，將手術(shù)測量位移量與模型位移量進行比較，結(jié)果表明，正常皮橋組174節(jié)點手術(shù)測量位移量與模型A位移量比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），寬皮橋組173節(jié)點手術(shù)測量位移量與模型B 位移量比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。其余節(jié)點手術(shù)測量位移量與模型位移量比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。見圖2。

圖2 手術(shù)測量位移量與模型位移量比較

2.2 兩模型皮橋上節(jié)點位移量比較

比較兩模型節(jié)點的位移量差異，可反映手術(shù)的差異。結(jié)果表明，與模型B 相比，模型A 的89、173、257節(jié)點位移量較?。≒＜0.05），而90、258節(jié)點位移量較大（P＜0.05），兩模型在174節(jié)點的位移量比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。見圖3。

圖3 兩模型皮橋上節(jié)點位移量比較

2.3 兩模型皮橋內(nèi)側(cè)、外側(cè)緣位移量比較

兩模型中位于內(nèi)側(cè)緣的89、173、257節(jié)點位移量均大于外側(cè)緣的90、174、258節(jié)點位移量（P＜0.05）。見圖4。

圖4 兩模型皮橋內(nèi)側(cè)、外側(cè)緣位移量比較

2.4 兩組患者術(shù)后3個月肛門壓力比較

肛門壓力測量結(jié)果表明，正常皮橋組患者術(shù)后3 個月的肛管靜息壓、肛管最大收縮壓均高于寬皮橋組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.001）。見表2。

表2 兩組患者術(shù)后3個月肛門壓力比較 mmHg，±s

表2 兩組患者術(shù)后3個月肛門壓力比較 mmHg，±s

組別正常皮橋組（n＝60）肛管靜息壓65.1±2.8肛管最大收縮壓132.8±4.0

表2（續(xù)）

表2 兩組患者術(shù)后3個月肛門壓力比較 mmHg，±s

組別寬皮橋組（n＝60）t P肛管靜息壓61.3±2.8 7.419＜0.001肛管最大收縮壓129.3±5.2 4.405＜0.001

3 討論

切開保留皮橋手術(shù)是治愈肛周膿腫的經(jīng)典術(shù)式，對于肛周膿腫的一次性根治有重要意義，皮橋的作用包括：（1）將范圍較大的切口分割為數(shù)個小切口，減少了每個創(chuàng)面的面積；（2）具有防御保護作用，減少了創(chuàng)面的暴露；（3）皮橋受創(chuàng)緣皮膚的張力牽拉，可有助于維持肛周原始形態(tài)；（4）避免環(huán)形清創(chuàng)后可能的移植傷害；（5）在皮橋上松弛掛線有助于皮橋底部的引流、方便換藥[5]。國醫(yī)大師陳民藩教授認(rèn)為，術(shù)中宜留置1～2 cm 的皮橋[5]，但臨床上皮橋的設(shè)計大多受外科醫(yī)師的主觀影響，缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，因此對切開保留皮橋術(shù)式的生物力學(xué)機制探索并結(jié)合臨床加以驗證是首要任務(wù)，對于標(biāo)準(zhǔn)化手術(shù)流程，綜合提升治愈率，突破現(xiàn)有治療的瓶頸具有重要意義。

三維有限元法被認(rèn)為是模擬軟組織分析的經(jīng)典方法[14]，有限元法目前已經(jīng)在皮膚、肌肉、肌腱、神經(jīng)、肛門直腸與陰道等軟組織中被應(yīng)用[15]。本研究通過構(gòu)建肛周軟組織三維有限元模型，模擬肛周膿腫切開保留皮橋術(shù)式，以提升肛周生物力學(xué)機制探索的可能性。

本研究結(jié)果表明，模型A、模型B 分別在174、173節(jié)點與手術(shù)測量位移量存在差異，考慮174、173節(jié)點位移量較小，故測量誤差相應(yīng)增加，但其余節(jié)點手術(shù)測量位移量與模型位移量比較無明顯差異，因此認(rèn)為兩模型均可用于切開保留皮橋術(shù)式的生物力學(xué)分析。與模型B 相比，模型A 的89、173、257節(jié)點位移量較?。≒＜0.05），而90、258節(jié)點位移量較大（P＜0.05）。由此可知不同寬度的皮橋?qū)?chuàng)緣組織的牽引能力不同，也直接影響著肛門的位移形態(tài)變化。89、173、257 節(jié)點位于皮橋的內(nèi)側(cè)緣，90、258節(jié)點位于皮橋外側(cè)緣，因此模型A對于維持皮橋內(nèi)側(cè)形態(tài)更具優(yōu)勢。兩模型的內(nèi)側(cè)緣節(jié)點位移量均大于外側(cè)緣節(jié)點（P＜0.05），表明皮橋內(nèi)側(cè)緣的位移變化更明顯，可能與皮橋內(nèi)側(cè)緣靠近肛門，受到更強的括約肌收束力有關(guān)；反之皮橋外側(cè)緣遠(yuǎn)離肛門，故形變更小。對患者術(shù)后3個月的肛門壓力進行測量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)正常皮橋組的肛管靜息壓、肛管最大收縮壓均高于寬皮橋組（P＜0.05）。由于肛門壓力主要受內(nèi)、外括約肌影響，其次為肛墊、血管、腸腔順應(yīng)性等次要影響因素[16-17]，該結(jié)果表明正常皮橋可能對于肛門括約肌的修復(fù)更具有優(yōu)勢。

綜上所述，本研究從生物力學(xué)的角度分析切開保留皮橋術(shù)式治療后馬蹄形肛周膿腫的效果，認(rèn)為皮橋可影響肛周膿腫術(shù)后肛門組織位移的變化，合理的皮橋設(shè)計是減少肛門形態(tài)變化的關(guān)鍵。越靠近肛緣的部位受力變化越明顯，而正常的皮橋有助于維持關(guān)鍵受力部位的形態(tài)。本研究對于進一步規(guī)范切開保留皮橋術(shù)式，提高臨床療效具有一定參考價值。

利益沖突聲明全體作者均聲明不存在與本文相關(guān)的利益沖突。