摘要：随着中国逐渐步入老年化社会,人体骨骼以及肌肉逐渐出现衰退,越来越多的人因跌倒发生骨质疏松性髋部骨折,其...随着中国逐渐步入老年化社会,人体骨骼以及肌肉逐渐出现衰退,越来越多的人因跌倒发生骨质疏松性髋部骨折,其中以股骨颈骨折给患者带来的高风险与高医疗费用尤为突出。由此可见,预防老年人股骨颈骨折的发生对于减少社会经济负担和降低患者死亡率具有战略意义。目前行之有效的主要措施是通过口服刺激骨生成、抑制骨吸收的药物增强患者骨密度预防髋部骨折,临床取得的成效尚没有达到理想标准;除此之外,老年病人肌肉应激保护性动作响应同样是髋部骨折重要影响因素,国内外尚未见相关报道。中医学基于“脾主肌肉、肾主骨”的理论,以脾肾阳虚型老年患者臀中肌为研究对象进行相关探讨。臀中肌使髋关节外展的同时,其前部肌纤维具有内旋髋、后部肌纤维具有外旋髋的作用。因此,本研究的目的为:1.通过临床前瞻性研究分析老年女性跌倒后股骨颈骨折与非骨折患者臀部健侧外展肌肉群的相关性能,找出肌肉对影响发生股骨颈骨折的相关规律,试图为临床预防老年骨质疏松性股骨颈骨折提供一种新方法。2.基于临床CT数据建立髋关节的三维有限元模型,加载具有主动响应的臀中肌模型,将工程断裂力学原理引入骨折的生物力学有限元分析中,模拟臀中肌主动响应后,前部肌纤维以及后部肌纤维分别对于股骨颈骨折的影响规律,为老年股骨颈骨折的生物力学增添新的活力。方法:1.临床研究对广州中医药大学第一附属医院骨科门、急诊就诊的老年女性患者30例,其中,股骨颈骨折术后门诊返院复查15例(实验组),跌倒后髋部疼痛骨科急诊未发现骨折的老年女性病人15例(对照组),年龄分布在65~89岁,平均年龄75.06±5.86岁。经征求患者及其家属同意后,运用Biodex等速肌力测评系统测量志愿者外展肌性能,选取用于评价肌力的达到最大功值的循环以及神经肌肉性能的平均能量这两个指标,对其进行统计学检验,分析肌肉对于老年女性股骨颈骨折的相关性。2.实验研究(1)骨骼的模型:选取1例符合筛选要求的脾肾阳虚型老年股骨颈骨折病人的双侧髋关节CT影像学数据,保存为DICOM格式以光盘形式拷贝,导入Mimics19.0软件进行阈值分割、蒙板处理、形态学运算、腔隙填充、编辑蒙板、光滑3D模型等步骤建立健侧半骨盆以及股骨近端的三维模型,将生成的STL格式的模型导入逆向工程软件Geomagic Studio 2013中进行生成曲面、拟合曲面等操作优化模型后,载入有限元前处理软件Hypermesh14.0中,分别对骨盆以及股骨近端赋予骨质疏松性骨骼的材料属性。(2)肌肉的伸缩试验:将湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室提供的肌肉模型赋予人体肌肉材料属性后,在两端肌腱各加载300N拉力,导入LS-DYNA中运算后模拟肌肉的伸缩状态。(3)骨骼与肌肉组配运算:肌肉伸缩状态良好后,在Hypermesh14.0中导入肌肉主动响应的有限元分析模型,通过平移、旋转等命令后,以rigidbody形式将肌肉模型按照臀中肌的解剖起止点连接在髋关节骨性结构上模拟臀中肌的收缩功能,生成一个具有高仿真度的肌肉骨骼有限元模型。在Hypermesh14.0的界面对模型设定断裂力学失效参数,设置运算的载荷以及边界约束后,生成格式为K的文件(肌肉激活前,K1模型:股骨头与矢状位呈20°夹角,自上而下施加500N载荷;肌肉激活后,K2模型:在K1模型的基础上使髋关节外展外旋各5°;K3模型:在K1模型的基础上使髋关节外展内旋各5°),分别导入有限元后处理软件LS-DYNA中计算,得到臀中肌主动响应前后基于应力-应变曲线关系的股骨颈骨折断裂模型,对比分析3种有限元断裂模型前后的骨折裂纹。结果:(1)实验组及对照组外展肌在年龄、达到最大功值循环、平均能量这三个计量资料均具有统计学意义,说明髋部外展肌的肌力最大能量输出以及神经肌肉性能随着年龄的增大而逐渐降低,呈现出一种负相关的关系,与临床及人体生理知识相符合,此结果具备可信性、合理性。此外,外展肌力大、神经肌肉性能较灵活的志愿者跌倒后,相对实验组而言,发生髋部骨折的可能性降低。(2)臀中肌主动响应后的K2、K3模型对比:K3模型在髋关节外展内旋5°后未见股骨颈骨折,而是在股骨约束区域发生骨折,K2模型在髋关节外展外旋5°后仍然发生了股骨颈骨折。(3)对比K1、K2模型:两者均发生股骨颈骨折,发生股骨颈骨折的时间均为T=22.5ms,按照骨折移位程度K1模型骨折裂纹为GardenII型,K2模型骨折裂纹为GardenIII型,较K1模型移位更加严重。结论:(1)肌肉有限元模型具有较高仿真度,其主动响应后肌肉收缩可为临床人体肌肉的有限元运算提供一定的参考价值。(2)臀中肌主动响应后,肌肉收缩引起髋关节跌倒姿势改变后可能是影响老年股骨颈骨折发生的重要因素。(3)脾肾阳虚型老年患者跌倒后发生骨质疏松性骨折的风险性相对较高,补肾健脾法可能有利于降低老年股骨颈骨折的发生率,为中医药防治老年骨科疾病提供一种新的方法。更多还原显示全部
