临床上,髂骨组织瓣切取后供区总的并发症发生率为19.37%,其中髂骨骨折和骨盆环不稳是其严重的主要并发症之一。无论是血管化还是非血管化髂骨组织移植的临床应用中,髂前区都是常选择的部位。当在髂前区切取髂骨组织瓣时,如果切取的髂骨组织瓣靠近髂嵴且取骨体积较大,易使髂前上棘基底部过窄,而且髂前上棘有腹股沟韧带及缝匠肌附着,在它们的牵拉应力下很容易导致髂前上棘的撕脱骨折及骨盆不稳定。文献中,有关髂骨组织瓣移植术后供区骨盆生物力学及稳定性改变的研究报道较少。本研究拟通过有限元法构建骨盆三维有限元实体模型,并在此基础上进行骨盆的生物力学研究,以期为髂前区安全切取髂骨组织瓣、避免术后骨盆不稳定提供理论依据。
目的:通过对不同体积髂骨组织瓣切取后骨盆的生物力学研究,确定临床髂前区髂骨组织瓣的安全切取术式,为避免术后并发髂骨骨折提供理论参考。
方法:选取1名健康男性志愿者行64排螺旋CT扫描,将CT图像数据导入交互式医学影像控制系统软件,构建骨盆三维模型,以其网格优化处理模块对模型进行面网格优化,然后以有限元分析软件对其进行体网格划分,再导回到交互式医学影像控制系统软件进行材料赋值,终实现完整骨盆三维模型的实体化。在此基础上模拟切取三种不同体积髂骨块的髂骨组织瓣,分别为20×20mm(Pelvis-20),40×40mm(Pelvis-40)和60×60mm(Pelvis-60),并分别建立骨盆三维有限元模型。然后,对这三种切取后骨盆模型及完整骨盆模型分别加载载荷:①在腰5椎体上加载N模拟人体重力和10N?m力矩模拟人体前屈、后伸、侧弯和旋转共五种正常生理运动;②在髂前上棘沿缝匠肌方向施加N拉力(模拟1倍人体体重拉力);③在髂前上棘沿缝匠肌方向施加1N拉力(模拟2倍人体体重拉力),进行生物力学分析和比较。
结果:应用有限元法,可在有限元分析软件中建立一个完整骨盆的有限元模型,包括皮质骨、松质骨、椎间盘以及骶髂关节,整个骨盆模型合计节点数为,单元数为。
①四种骨盆模型在直立、前屈、后伸、侧弯和旋转的五种正常生理运动中,骨盆的位移和应力分布相比较,差异无显著性。
②在髂前上棘施加N的拉力后,Pelvis-40和Pelvis-60两种骨盆模型产生的局部位移显著大于Pelvis-20和intact,因此,前两者更易发生骨折。
③在髂前上棘施加1N的拉力后,四种骨盆模型在髂前上棘处均易发生骨折,但Pelvis-40和Pelvis-60产生的骨折位移明显大于Pelvis-20和Intact产生的骨折位移,而Pelvis-40和Pelvis-60之间相比较,差异无显著性。
结论:
①我们通过有限元软件构建的完整骨盆模型实现了模型与实体的高度近似,具有较高的真实性和准确性,符合骨盆的解剖特点。
②在人体的直立、前屈、后伸、侧弯和旋转等正常生理运动下,髂前区切取髂骨组织瓣后骨盆的应力主要经骶骨翼、骶髂关节、坐骨大切迹、弓状线传至髋臼,其中以骨盆背面、坐骨大切迹的应力大,故术后不易并发髂骨骨折。
③髂前区的安全切取髂骨组织瓣的临床术式是不超过40×40mm大小的髂骨块,其中切骨的深度及剧烈运动是导致术后并发髂骨骨折的主要因素。
④髂前区的髂骨组织瓣移植术可导致骨盆的稳定性下降,且随切取髂骨骨量的逐渐增加而骨盆稳定性逐渐下降。
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