不同内固定方式在肩锁关节脱位治疗中的有限元分析

侯 波 姚金波 郭永祥

(南方医科大学顺德医院附属陈村医院 ， 广东 佛山 528313 )

肩锁关节由肩胛骨肩峰关节面与锁骨肩峰端关节面构成。肩锁关节囊松弛，附着于关节面的周缘，肩锁关节主要由连接于肩胛骨喙突与锁骨下面的喙锁韧带(斜方韧带、锥状韧带)及肩锁韧带固定，肩锁关节属平面关节，可做各方向的微动运动[1]。肩锁关节脱位为临床常见损伤，发病率高，不恰当的治疗往往导致患者术后的功能障碍及肩关节疼痛[2]。目前，肩锁关节脱位的内固定治疗主要有AO锁骨钩板、Endobutton 技术、Weaver-Dunn 手术等，各种临床研究中，对于内固定方式及肩锁、喙锁韧带的重建方式等有多量的临床报道，但是对于肩锁关节的生物力学研究较少，大部分是肩锁关节脱位手术方式、内固定选择、韧带重建方式等和手术疗效评价，缺乏基础的生物力学研究，对于各种手术方式极限载荷等没有系统评价，所以目前的临床研究缺乏诸多不足[3]。我院为了研究不同内固定方式在肩锁关节脱位治疗中的有限元分析，进行了本次研究并取得了显著的效果，现报告如下。

临床资料

1 一般资料：我院于2017年1月-2017年12月进行文献查询、解剖学测量获取数据，利用Mimics 软件建立肩锁关节三维模型，并运用 Ansys 软件建立三维有限元模型分析了解肩锁关节应力分布特点。回顾分析我院于同时期收治的肩锁关节脱位患者的病历，从中选取15例作为对照组，同时选取2017年12月-2018年12月收治的15例肩锁关节脱位患者作为观察组，对照组患者年龄在28-65岁，平均年龄为(41.32±1.17)岁，女性患者7例，男性患者8例；观察组患者年龄在27-65岁，平均年龄为(41.24±1.36)岁，女性患者7例，男性患者8例。2组患者在年龄、性别等方面比较差异无统计学意义(P>0.05)，具有可比性。本研究在征得患者及其家属同意下进行，且经过伦理委员会批准，所有患者均符合肩锁关节脱位的诊断标准。

2 方法：(1)人体肩锁关节3D 模型的建立。运用 Mimics 软件构建人体肩锁关节简化 3D 模型，该模型由锁骨、肩胛骨、肩锁及喙锁韧带构成，查阅已有文献，获得肩锁关节主要韧带(肩锁韧带及喙锁韧带)解剖学测量数据，在建立的骨骼模型中输入肩锁关节主要韧带起、止点及韧带大小等主要数据，建立完整的肩锁关节简化三维模型，该模型立体直观，可以任意角度旋转及进行精确测量，查询已有文件获得常见内固定物(钩板、Endobutton 钢板、自体半腱肌腱等)力学参数。(2)人体肩锁关节简化三维有限元分析模型。运用 Ansys 软件建立人体肩锁关节简化三维有限元分析模型，并对肩锁关节有限元模型进行计算及应力分析。本研究中拟建立4 种有限元分析模型：无损肩锁关节模型 、 锁骨钩板内固定模型、Endobutton 钢板内固定模型 、自体半腱肌腱固定模型。对建立的力学模型进行应力学分析。通过构建肩锁关节三维有限元模型进行理论研究，用软件模拟各种手术方式的极限载荷，肩锁关节肩锁韧带及喙锁韧带模型数据采用文献法获得解剖学测量数据，然后与传统的生物力学分析结果进行对比。

3 评定指标：分析通过运用三维有限元分析模型对肩锁关节脱位治疗中的应用效果，与传统的生物力学分析结果进行对比。根据2组患者的病情恢复情况，对2组患者的治疗效果进行对比，通过满意度调查问卷的形式对2组患者的满意度进行对比，以及对比2组患者的住院费用，住院时间和康复时间，综合的评价三维有限元分析模型的临床作用。

4 统计学处理：应用SPSS19.0统计软件进行数据分析。数据以率(%)表示，计量资料采用t检验方法，各组间差异比较采用方差分析和x2检验，(P<0.05)表示数据之间的差异具有显著的统计学意义。

5 结果

5.1 2组治疗有效率对比：对照组患者有6例治疗无效，而观察组患者治疗仅有1例无效，对照组患者治疗有效率为60.00%，观察组患者治疗有效率为93.33%，P=0.032，对照组和观察组数据差异具有统计学意义。见表1。

表1 对照组和观察组患者治疗有效率比较(n，%)

5.2 2组满意度对比：通过对肩锁关节脱位患者运用有限元分析，可以明显提高患者的满意度，观察组患者有13例患者非常满意，远远高于对照组患者的3例患者，对照组患者满意度为73.33%，观察组患者满意度为100.00%，P=0.026，组间数据差异明显具有统计学意义。见表2。

表2 对照组和观察组患者满意度比较(n，%)

讨 论

三维有限元分析法在生物医学领域的应用越来越广泛，通过建立与人体结构相吻合的生物力学模型，并赋予骨和韧带组织材质参数，可以通过有限元分析方法模拟出骨骼的静态和动态应力状况，并在此基础上完整分析包括损伤机制、应力分布、最大载荷等生物力学数据，指导选择恰当的内固定方式[4]。传统的生物力学分析是使用实物标本进行分析，人为造成骨折或脱位模型，再行内固定治疗，然后在试验机上进行力学实验并探讨骨的整体和局部应力变化[5]。与其相比，三维有限元分析具有一定的优越性，主要是模型一旦建立即可以重复使用且无损耗，能够通过模拟分析的方法研究实验所不能研究的状况[6]。在医学领域中，三维有限元分析最早应用于股骨，相对应的国内有关下肢的三维有限元分析文献也最多，但是有关上肢，特别是肩锁关节三维有限元分析模型的建立及其应力分析报道很少，肩锁关节脱位内固定三维有限元分析的文献报道更少[7]。本文通过分析解肩锁关节应力分布特点，了解肩锁及喙锁2 条主要肩锁关节韧带的应力分布及极限负荷，了解不同内固定方式肩锁关节再脱位等极限载荷，对不同内固定方式通过应力分析给出评价，并为临床上肩锁关节脱位的内固定选择提供参考。

本文于2017年1月-2017年12月进行文献查询、解剖学测量获取数据，利用Mimics 软件建立肩锁关节三维模型，并运用 Ansys 软件建立三维有限元模型分析了解肩锁关节应力分布特点。回顾分析我院于同时期收治的肩锁关节脱位患者的病历，从中选取15例作为对照组，同时选取2017年12月-2018年12月收治的15例肩锁关节脱位患者作为观察组，对照组行传统的生物力学分析，观察组行三维肩锁关节有限元模型进行分析。结果表明，运用肩锁关节脱位治疗中的有限元分析，与传统的生物力学分析进行对比，可以提高治疗效果，提升患者满意度。对照组患者治疗有效率为60.00%，观察组患者治疗有效率为93.33%，P=0.032，2组数据差异具有统计学意义；对照组患者满意度为73.33%，观察组患者满意度为100.00%，P=0.026，组间数据差异明显具有统计学意义。

综上所述，通过对肩锁关节脱位患者运用有限元分析，不仅可以提高患者的治疗有效率，还可以提高患者的满意度，对于肩锁关节脱位患者具有重要的临床意义。