李冬妹 黃素珍 陳希聰 高澤偉

股骨頸骨折約占髖部骨折的50%以上[1]，目前普遍認(rèn)為移位型股骨頸骨折應(yīng)盡早進(jìn)行手術(shù)，主要方式為人工半髖或全髖關(guān)節(jié)置換[2]。老年髖部骨折的患者往往因?yàn)榛A(chǔ)疾病多，臥床時(shí)間較其他部位骨折長(zhǎng)，發(fā)生褥瘡的可能性更高。在等待手術(shù)前的護(hù)理工作中，翻身護(hù)理是預(yù)防骶尾部褥瘡的重要預(yù)防工作。但是因?yàn)楣钦鄱说牟环€(wěn)定，翻身過(guò)程中往往因?yàn)楣钦鄱说南嗷[動(dòng)、摩擦，加重患者的疼痛感受，可能導(dǎo)致使用止痛藥的頻率增加。臨床實(shí)踐中牽引術(shù)常規(guī)應(yīng)用于術(shù)前管理，起緩解疼痛的作用[3]。而在實(shí)際工作中，翻身常需要在牽引下進(jìn)行以減輕患者的疼痛。牽引如何影響股骨頸骨折斷端的生物力學(xué)狀態(tài)有待研究。本研究通過(guò)建立不穩(wěn)定型股骨頸骨折(Pauwels Ⅲ型)有限元模型，模擬比較側(cè)位翻身下股骨頸骨折斷端在牽引及非牽引狀態(tài)下的生物力學(xué)特性，為臨床及護(hù)理工作提供理論支持。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

獲取1名因股骨頸骨折住院的老年患者的髖部CT資料(女，71歲)，采用GE64排螺旋CT自骨盆上緣至股骨中上段進(jìn)行掃描得到二維圖像，以Dicom格式保存。

1.2 方法

1.2.1三維建模 將Dicom格式的髖部CT數(shù)據(jù)拷貝后導(dǎo)入Mimics 19.0軟件中，經(jīng)過(guò)區(qū)域增長(zhǎng)、腔隙填充、編輯蒙罩、包裹、光滑等步驟初步建立股骨中上段三維模型，導(dǎo)出為STL格式文件(見(jiàn)圖1a)；利用Geomagic Studio 2013對(duì)上述三維模型進(jìn)行表面優(yōu)化處理，包括刪除釘狀物、光滑、構(gòu)建輪廓線、構(gòu)造曲面片等，得到優(yōu)化的股骨三維模型，導(dǎo)出為STEP格式文件(見(jiàn)圖1b)。

圖1 股骨中上段三維模型

1.2.2構(gòu)建股骨頸骨折Pauwels Ⅲ型模型 將優(yōu)化的股骨中上段模型導(dǎo)入到Hypermesh14.0軟件，劃分四面體網(wǎng)格，網(wǎng)格大小為2 mm，經(jīng)過(guò)操作面板中“Tool”“mask”“organize”等功能，將其劃分為包含松質(zhì)骨、皮質(zhì)骨單元的復(fù)合模型，然后根據(jù)股骨頸骨折Pauwels Ⅲ型的分型標(biāo)準(zhǔn)，即骨折線與水平線成70°，將股骨頸部分單元?jiǎng)h除，形成骨折線(見(jiàn)圖2)。

圖2 股骨頸骨折Pauwels Ⅲ型有限元模型

1.2.3材料賦值及設(shè)置骨折端摩擦系數(shù) 對(duì)松質(zhì)骨、皮質(zhì)骨單元分別進(jìn)行材料賦值，皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨屈服應(yīng)力參考文獻(xiàn)[4]，其他材料參數(shù)如密度、彈性模量、泊松比參考文獻(xiàn)[5](見(jiàn)表1)。骨折斷端之間的摩擦系數(shù)[6]設(shè)置為0.46。

表1 材料參數(shù)

圖3 側(cè)身時(shí)股骨中上段受力分析示意圖

換算合力F約為84.85 N，方向?yàn)榕c下肢長(zhǎng)軸成45°，載荷作用部位為中上段重心處。實(shí)際工作中，翻身護(hù)理的時(shí)長(zhǎng)在數(shù)秒至十幾秒之間，本研究在預(yù)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)載荷作用時(shí)間為5 s時(shí)，骨折端接觸最明顯，故將載荷作用時(shí)間均設(shè)置為5 s。

1.2.5邊界條件 牽引或無(wú)牽引狀態(tài)下，骨折近端相對(duì)于骨折遠(yuǎn)端處于不變位置，因此將骨折近端設(shè)置為各個(gè)方向固定。

1.2.6提交運(yùn)算 完成上述前處理步驟后，骨折模型已包含計(jì)算所需的參數(shù)信息，將此模型導(dǎo)出為K格式文件，并提交至LS-DYNA軟件運(yùn)算，在Hyperview14.0軟件中記錄并比較骨折端的應(yīng)力、位移信息。

2 結(jié)果

2.1 骨折端應(yīng)力

無(wú)牽引下，側(cè)身翻身的應(yīng)力集中于股骨頸內(nèi)下側(cè)、稍偏后的骨折端，最大應(yīng)力106.7 MPa(圖4a)。牽引下，側(cè)身翻身應(yīng)力集中于股骨頸內(nèi)下側(cè)、稍偏前的骨折端，最大應(yīng)力為30.3 MPa(圖4b)。

圖4 骨折端應(yīng)力云圖

2.2 骨折端位移

無(wú)牽引狀態(tài)下，股骨干的最大合位移位于其遠(yuǎn)端，達(dá)到12.91 mm；骨折斷端處最大合位移為1.64 mm，在X，Y，Z軸上的最大分位移分別為1.08 mm，0.24 mm，-1.11 mm(見(jiàn)圖5a及表2)。牽引狀態(tài)下，股骨干的最大合位移位于其遠(yuǎn)端，達(dá)到10.6 mm；骨折斷端處最大合位移為5.03 mm，在X，Y，Z軸上的最大分位移分別為2.64 mm，0.30 mm，-4.64 mm(見(jiàn)圖5b及表2)。

圖5 骨折端位移云圖

表2 骨折端應(yīng)力及位移

3 討論

術(shù)前牽引可以起到緩解肌肉痙攣、牽開(kāi)嵌插骨折端、減少骨折斷端擺動(dòng)，從而起到緩解疼痛的作用。許多研究以止痛藥物使用情況、并發(fā)癥、骨折復(fù)位失敗率、骨折復(fù)位困難情況、手術(shù)時(shí)間、疼痛緩解評(píng)分等結(jié)局指標(biāo)等來(lái)評(píng)價(jià)術(shù)前牽引的作用，但目前理論研究上對(duì)股骨頸骨折術(shù)前是否有必要牽引仍然存在較大爭(zhēng)議[9]。然而筆者在實(shí)際工作中常能體會(huì)到，牽引狀態(tài)下先翻身可以減輕患者因體位擺動(dòng)帶來(lái)的疼痛。具體差異可能在于筆者的觀察處于牽引的過(guò)程中，而既往的研究則關(guān)注于牽引的結(jié)果。本研究通過(guò)建立有限元模型，研究了股骨頸骨折在牽引與非牽引狀態(tài)下側(cè)身時(shí)骨折斷端的力學(xué)改變，結(jié)果提示牽引狀態(tài)下側(cè)身翻身可以減小骨折斷面之間的相互作用力。

側(cè)身翻身時(shí)沒(méi)有牽引力的作用，下肢受自身重力作用有向下發(fā)生位移的趨勢(shì)，骨折后由于骨的連續(xù)性中斷，重力作用于骨折遠(yuǎn)端，使之相對(duì)于近端骨折塊發(fā)生位移、摩擦，導(dǎo)致下肢重力集中于骨折斷面(見(jiàn)圖2a)，而在牽引力的作用下，盡管遠(yuǎn)端骨折塊的合力(84.85 N)大于下肢自身重力(60 N)，但牽引力的存在改變了下肢重力作用的方向，使得在骨折面上的壓力減小，最終導(dǎo)致作用在骨折斷面的應(yīng)力(30.3 MPa)小于無(wú)牽引狀態(tài)下的應(yīng)力(106.7 MPa)。

在牽引狀態(tài)下骨折端在各個(gè)方向的分位移均大于非牽引狀態(tài)，原因在于牽引狀態(tài)下，股骨干受力大于非牽引狀態(tài)下的，股骨干合力方向與骨折線成角更小，股骨干與近端骨折塊成相互分離趨勢(shì)。其中以Z軸負(fù)方向的分位移比非牽引狀態(tài)下更大，表明在牽引狀態(tài)下股骨干會(huì)向遠(yuǎn)端分離，而骨折斷端之間的分離趨勢(shì)正是術(shù)前牽引所預(yù)期的效果，即牽開(kāi)嵌插的骨折端，這也與實(shí)際相符合，即牽引狀態(tài)下病人疼痛感大大減少。

牽引的過(guò)程本質(zhì)上可以認(rèn)為是骨折端相互作用的物理過(guò)程，本研究結(jié)果僅從有限元角度探討骨折端之間的物理變化。但實(shí)際上牽引是骨骼與骨骼、軟組織與軟組織、骨骼與軟組織之間相互聯(lián)動(dòng)的過(guò)程，牽引過(guò)程伴隨著多種髖關(guān)節(jié)周圍力學(xué)環(huán)境。股骨頸骨折后關(guān)節(jié)腔內(nèi)出現(xiàn)積血，液體的填充將使關(guān)節(jié)腔內(nèi)的壓力明顯增高，不同體位牽引、不同牽引力量都會(huì)改變關(guān)節(jié)囊內(nèi)壓力，從而使得患者的疼痛感覺(jué)存在差異。如下肢處于外旋位時(shí)，髖關(guān)節(jié)囊處于松弛狀態(tài)，髖關(guān)節(jié)囊內(nèi)壓最低，囊內(nèi)壓力隨牽引力增加而增大[10]。骨折后髖部周圍肌群的痙攣緊張也是影響牽引力的重要因素，骨折后患髖在3～7 d內(nèi)達(dá)到水腫高峰，相應(yīng)地髖部周圍肌群亦處于緊張狀態(tài)，牽引力往往被強(qiáng)大的肌肉痙攣抵消，使得真正作用于骨折端的牽引力大打折扣，其中對(duì)皮膚牽引的影響最大。骨牽引因?yàn)橹苯油ㄟ^(guò)鋼針將牽引力傳遞至骨折端，因此受到肌緊張的影響理論上小于皮膚牽引。此外，骨折斷端的相互嵌插也會(huì)減少牽引力的直接作用。

盡管存在多種抵抗?fàn)恳Φ奈锢硪蛩?，但牽引?duì)疼痛緩解和放松肌緊張起著重要的作用。有文獻(xiàn)對(duì)髖部骨折后皮膚牽引在緩解疼痛方面進(jìn)行研究，認(rèn)為骨折后牽引與無(wú)牽引患者的疼痛均會(huì)逐漸下降，但應(yīng)用皮膚牽引患者的舒適度更高[11-12]。但也有研究持反對(duì)觀點(diǎn)，認(rèn)為無(wú)論術(shù)前或術(shù)后，牽引均沒(méi)有明顯的作用，大部分未經(jīng)牽引治療的患者疼痛評(píng)分反而更低。原因可能在于，患肢骨折后外旋、外展，降低了關(guān)節(jié)囊內(nèi)壓力，減少了疼痛感受[13]。

需要指出的是疼痛是一種主觀感受，目前實(shí)踐中常采用疼痛視覺(jué)模擬評(píng)分作為評(píng)價(jià)疼痛的指標(biāo)，目測(cè)評(píng)分會(huì)因?yàn)閭€(gè)人的痛閾或疼痛忍耐程度有較大的誤差，因此這種指標(biāo)結(jié)果往往是較模糊的[9]。此外，疼痛評(píng)分往往受其他因素干擾，如精神壓力、睡眠質(zhì)量等。

本研究的不足之處主要在于沒(méi)有將軟組織的抵抗作用納入到施加載荷中，此外，實(shí)際上股骨頸骨折的骨折線、骨折成角往往粗糙不規(guī)則，本研究的骨折線較規(guī)則，結(jié)果可能與實(shí)際存在一定差異；而且實(shí)際上頭頸骨折塊并不是完全固定，翻身過(guò)程中往往存在內(nèi)收情況，本研究將頭頸骨折塊完全固定，其相互作用可能比實(shí)際情況明顯。