3D打印个性化定制钢板经腋窝入路治疗骨性Bankart损伤的有限元分析及临床研究

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背景:肩关节是人体最灵活的关节之一,同时也是最容易受伤的关节。肩关节脱位占全身关节脱位的50%左右,其中肩关节前脱位最常见。肩关节前脱位时,肩胛盂唇前下方的盂肱韧带复合体附着处撕脱性损伤被称为Bankart损伤,暴力继续经肱骨头和下盂肱韧带复合体传导至肩胛盂前缘,并造成肩胛盂前缘的骨折被称为Bankart骨折。反复肩关节前脱位导致的肩胛盂前缘压缩性骨折或骨缺损和Bankart骨折被统称为骨性Bankart损伤。未经有效治疗的骨性Bankart损伤容易出现畸形愈合和不愈合,进而导致持续疼痛、骨关节炎、和长期肩关节不稳定等并发症。目前骨性Bankart损伤的手术治疗主要分为开放手术和关节镜手术。以往的开放手术治疗骨性Bankart损伤采用三角肌胸大肌间隙入路显露骨损伤区域,但该入路需要喙突截骨并切断肩胛下肌腱,这对肩关节原有解剖结构的破坏较大。关节镜手术因为微创的特点被很多医师推崇,但它对大面积Bankart骨折和骨缺损的治疗效果不甚理想。而且关节镜手术主要以缝合锚钉和螺钉固定Bankart骨折,单纯依靠缝合锚钉或螺钉的固定强度是否足够仍然存疑。所以,对于骨性Bankart损伤治疗的研究一直是临床研究的热点。目的:本文提出了一种经腋窝入路3D打印个性化定制钢板治疗骨性Bankart损伤的新方法。首先构建Bankart骨折模型,并分别给予骨折模型以个性化定制钢板和单纯螺钉固定。利用计算机有限元分析技术,分析和单纯螺钉固定相比,个性化定制钢板在应力分布和固定稳定性上的优势,探究钢板固定Bankart骨折的可靠性;然后通过临床病例分析研究,进一步验证腋窝入路3D打印个性化定制钢板在骨性Bankart损伤治疗中的优势。我们希望这种新的手术入路和个性化的治疗理念能为骨性Bankart损伤提供潜在治疗方案。方法:获取健康志愿者的肩关节CT数据,然后通过Mimics、Geomagic等软件构建出肩胛骨模型。通过Solidworks软件对肩胛骨模型进行处理以构建Bankart骨折模型。根据从内固定装置生产厂商获取的钢板螺钉的详细参数,通过Solidworks软件分别构建个性化定制钢板固定模型和单纯螺钉固定模型。通过ANSYS软件对不同骨折固定模型进行计算机有限元分析。将得出的应力分布数据和骨折位移数据统计后用SPSS软件进行统计学分析,对比两种固定模式的生物力学特点。回顾性分析吉林大学中日联谊医院创伤骨科2018年9月至2021年6月期间,经手术治疗的骨性Bankart损伤患者共27例。其中经腋窝入路3D打印个性化定制钢板治疗患者共13例为观察组,经胸大肌三角肌间隙入路手术患者共14例为对照组。应用SPSS软件对比分析两组患者在手术时间、术中出血、术后轴位CT残余骨折移位距离和术后功能评分上的区别。P<0.05被认为具有统计学意义。结果:计算机有限元分析得出的数据结果显示,无论在对抗垂直压力载荷还是剪切力载荷时,a组的内固定装置最大应力、骨折块最大应力及骨折断面最大位移均小于b组(P<0.05);A组的内固定装置最大应力、骨折块最大应力及骨折断面最大位移均小于B组(P<0.05)。临床病例分析研究结果显示,观察组在手术时间、术中出血量和术后轴位CT残余骨折移位距离上均比对照组组小(P<0.05)。而且对照组患者获得了更高的术后功能评分(P<0.05)。结论:3D模型的使用有助于医师更加直观的了解患者的损伤特点,方便医师之间和医患之间的沟通。术前模拟复位和规划有助于提高手术的精确性和效率。腋窝入路经肌肉、神经和血管间隙显露骨折,避免损伤原有的肩关节解剖结构,解决了传统三角肌胸大肌间隙入路需要喙突截骨和切断肩胛下肌腱的弊端,对肩胛盂下部的显露更加充分。3D打印个性化定制钢板可以为骨性Bankart损伤提供稳定固定,而且比单纯螺钉固定更有力学优势;避免术中反复弯折塑形引起的钢板金属疲劳、螺钉孔失效等弊端;减少螺钉测量次数和术中透视次数,缩短手术时间,减少术中出血量。综上所述,我们认为这种全新的手术入路和个性化治疗理念可以为骨性Bankart损伤的治疗优化提供研究基础。
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