正常踝关节不同位置时应力分布的实验研究

来源 :河北医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ewen2005
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目的:分析研究正常成人新鲜足标本胫距关节在背伸、中立及跖屈不同位置的生物力学特性。寻找胫骨远端不同类型骨折的损伤机制,为治疗胫骨远端骨折的提供生物力学依据。 方法: 1.收集成人新鲜小腿以下的标本6具,临床资料、肉眼及x线观察排除标本畸形、退行性变及骨折、肿瘤、结核、炎症和明显骨质疏松等结构性破坏,踝的功能正常。双层塑料袋密封包裹标本,置于-20℃深低温冷冻冰柜中保存,在此温度下保存,骨和韧带的生物特性没有明显改变,实验前12小时取出,室温下自然解冻。 2.室温下自然解冻,在踝关节以上25厘米处横行截断胫腓骨,小心剔除近段5厘米皮肤、肌肉等软组织,保留胫腓骨间膜,标本近端用聚甲基丙烯酸甲脂包埋处理,包埋盒与胫腓骨垂直,以保持向下加载时踝关节位于中立位。并将尸体标本标号,便于以后实验和统计分析。自制胫腓骨夹具,用以固定小腿。 3.实验夹具直立中立位固定标本于电子万能试验机,注意保持小腿标本胫骨处于自然垂直地面状态。 4.于踝关节前面横行切口,暴露踝关节前关节囊,切开关节囊,暴露踝关节面。用硬白纸做模,由踝关节前缘置入踝关节,复制出踝关节面压迹,将压迹裁下作为压敏片模板,将压敏片依模板裁剪,周围用塑料薄膜包裹,以免压敏片受潮,小心将压敏片置入踝关节。轻轻将标本固定在实验机平台上。测试环境温度为25℃,湿度为40-60%。 5.我们在测试中假设1倍体重为60kg,因此,在中立位,背屈10°,跖屈30°位时,只加载60kg(1倍体重),生物力学机以20N/秒的速度向标本顶端施加600N的压力,保持最大载荷5秒后卸载。然后去除加载后取出压敏片,可见受压部位的着色反应。着色区的形态和大小,反映了踝关节接触区的面积和特征。在整个测试过程中,用生理盐水保持标本湿润。测试后的压敏片所有着色图形均扫描入电脑中。通过电脑计算出每一次加载后踝关节接触面的面积并打印出图形以供分析。 6.胶片上的微囊受压后破裂释放出成色材料与显色材料反应,从而产生色彩,所产生的颜色淡浓与压力大小相关,随后分析压敏片的着色情况,可分析出其表面所受压力的大小。将测试好的压敏片(见附图)用FPD301密度仪和FPD302密度压力转换仪测出压力及压力分布情况,压敏片反映出的关节面接触图形的面积通过激光扫描仪输入计算机,用AUTO,CAD2004算出接触面积,根据公式:力=面积X压强,可以计算出接触面上传递的负荷。测得数据用sas v9统计软件进行统计分析(Paired-Sample T Test)。 结果:在踝关节负重600N的时,六具标本分别按不同位置分成三组(背伸10度位、中立位、跖屈30度位),当踝关节背伸10度位时,踝关节所受压强平均值为1.338±0.136MPa,接触面积平均值为4359.882±123.435mm2,压力平均值为582.568±11.415N。当踝关节中立位时,踝关节所受压强平均值为1.586±0.127MPa,接触面积平均值为3687.260±118.423mm2,压力平均值为5584.889±10.468N。当跖屈30度位时,踝关节所受压强平均值为1.736±0.145MPa,接触面积平均值为3358.709±117.859mm2,压力平均值为582.856±11.024N。t检验,p<0.05,有统计学意义,着色区的形态、大小和位置,反映了踝关节接触区的面积和特征,对踝关节在足背屈.中立.跖屈力学分布特征相关性分析,与临床踝关节损伤机制相一致。结论:骨折类型与损伤时足的位置有关:足跖屈位时,距骨后部较窄的部分进入踝穴,接触面积变小,产生较大的压强,接触中心位于踝关节的后侧部分,压缩暴力向后常导致胫骨后踝的大块骨折;中立位时,关节面相适应,压力分布分散,垂直暴力引起胫骨远端整个关节面中心性压缩或产生前后较大骨块的“Y’形骨折;背屈位时,距骨前部较宽部分进入踝穴,接触面积变大,接触中心位于踝关节的前侧部分,距骨撞击踝穴前部分,形成胫骨前缘的压缩。
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