腓骨短缩对胫距关节生物力学接触特性的影响

1、腓骨短缩对胫距关节生物力学接触特性的影响         08-07-01 14:38:00     编辑：studa20             作者：刘勇，彭阿钦，焦建宝，高文山，王聪，郭锐【摘要】  目的测定腓骨短缩时，胫距关节的接触特性的变化，探讨腓骨短缩的最大允许程度。方法6具小腿标本，去除踝关节以上的皮肤、肌肉等软组织，用夹具将其固定于

2、正常行走踝关节中立位，分别测出在正常，腓骨短缩2、4、6 mm时，胫距关节的接触压及接触面积并进行比较，观察并总结出接触压及接触面积的变化趋势。结果通过模拟试验发现，腓骨短缩时，胫距关节总接触面积呈减小趋势，前外、后外象限的接触面积、接触压呈增大趋势,而前内，后内象限的接触面积、接触压均减小。结论2 mm以上（包含2 mm）的腓骨短缩，均会造成胫距关节接触特性的显著改变。 【关键词】  腓骨短缩； 胫距关节； 压敏片； 生物力学； 踝关节    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腓骨骨折经常伴随踝关节和胫骨远端骨折发生，骨折后经常发生移位畸形愈合，对

7、踝关节功能产生影响。关于腓骨骨折有很多治疗方法的报道，但很少有人研究并阐明腓骨短缩后踝关节的生物力学改变。作者设计了本实验，使用了更为先进的试验仪器，测试人体在行走，踝关节中立位时，腓骨短缩2、4、6 mm情况下，胫距关节不同区域接触面积、平均应力、峰值应力值的变化，探讨腓骨短缩的可接受程度。1  材料与方法1.1  标本的制作    6个近期防腐成人尸体标本,经X线摄片证实无骨质疏松及骨骼系统疾病。将标本自膝关节离断，小心去除踝关节以上的皮肤、肌肉等软组织，保留重要的韧带和踝关节囊。1.2  模拟腓骨短缩畸形  

8、  将一个外固定架安装于腓骨上，使腓骨中点与外固定架的中点在一个水平，且于远近段各拧入2枚固定螺钉。固定牢靠后，在腓骨中点处以钢锯条斜行锯断，并做好原位短缩2、4、6 mm的标记。于内踝尖上约2.5 cm平踝关节穹隆处水平截骨，并尽可能少地切开部分前后关节囊,从内踝处打开踝关节放入压敏片(见图1)，最后自内踝预钻钉道拧入2枚松质骨螺钉，并加张力带加固。通过拉近骨折线远近段上的固定螺钉，比照预先做好的标记，即可制作出腓骨短缩2、4、6 mm的模型。1.3  标本的分组及测试顺序    每一标本按下列顺序分别给予生物力学测定：正常，解剖复位，短缩2

9、、4、6 mm。1.4  压敏片的选择和使用    胫骨和距骨间接触特性的参数用压敏片来测量。通过预实验对各种型号压敏片的测试，结合作者的实验条件，采用压力范围（2.510 MPa）的低压压敏片最理想。但当压力范围低于低压型压敏片的测量范围时，结合使用超低压型压敏片（0.52.5 MPa）。1.5  标本的加载    将已置入压敏片的标本放入LDS-500实验机上, 用螺钉将踝关节固定于中立位，并使距下关节保持大约5°的外翻角（图2），以25 N/s的速度加载至700 N，维持30 s。实验过程中，当加载

10、到700 N压力维持时，用直径1.5 mm的钝头探针分别自3个标记孔A、B、C插入，并在压敏片上做出相应标记X、Y、Z，作为压敏片与胫距关节面相对关系的参照点。依次进行完整标本、解剖复位、腓骨短缩2、4、6 mm的测试。图1  将标本与固定装置连接（略） 图2  向胫距关节内置入压敏片（略）1.6  实验数据的采集与分析    加压着色后的压敏片根据X、Y、Z三点建立的坐标系分为前内、后内、前外、后外4个象限，用FDP305E密度计和FDP306E压力转换器测量每部分的应力和应力分布。各象限的平均应力的测量采用每一象限随机取

11、10个点，分别测量后求平均值。峰值应力为在该象限着色最深的区域测量5个点，取最大值。接触面积的测量采用扫描仪将压敏片图像扫入计算机，利用Auto CAD2004软件测量胫距关节各象限的面积，每象限测量3次，取平均值。1.7  X线片动态观察踝关节的影像学变化    作者对实验中的每一组标本均摄X线片做动态观察，比较其微细变化，以利于更好地看出腓骨短缩带来的胫距关节变化趋势。1.8  统计学方法    对数据进行方差分析，用Bartlett法进行方差齐性检验，用NewmanKeuls法进行q检验。2  结果2.1  随着腓骨短缩程度的增加，胫距关节的总接触面积呈减小趋势，且随腓骨短缩程度的加重而加重，至短缩4 mm组，已有显著统计学差异（P<0.05）。 从短缩2 mm开始，各象限的平均接触面积就发生了重新分配，随着短缩程度的增加，而前外、后外象限的平均接触面积逐渐增加，而前内、后内象限的平均接触面积逐渐