王永平,王 輝,鄭 翔,聞作川,田 浩,陳 鵬,劉冠群

北京市大興區(qū)人民醫(yī)院胸外血管外科,北京 102600

創(chuàng)傷造成的肋骨骨折會導(dǎo)致患者喪失勞動力,甚至使患者的工作和日常生活在受傷后很長一段時間內(nèi)受到持續(xù)的不良影響[1]。肋骨骨折根據(jù)受傷肋骨數(shù)量可分為單根和多根肋骨骨折,其中≥3根的多個連續(xù)肋骨骨折會引起呼吸力學(xué)改變和胸壁矛盾運動,導(dǎo)致連枷胸的發(fā)生,甚者會發(fā)生呼吸衰竭[2]。目前臨床治療肋骨骨折主要有外固定非手術(shù)治療和手術(shù)治療兩種方式,隨著近年來手術(shù)、麻醉技術(shù)的不斷提升和內(nèi)固定材料的發(fā)展,手術(shù)內(nèi)固定治療的應(yīng)用越來越多[3-4]。形狀記憶合金肋骨環(huán)抱器是常用的肋骨骨折內(nèi)固定材料,其具有組織相容性好、操作簡便等優(yōu)點[5],但其固定性能還缺乏可靠的理論依據(jù),臨床療效也需要更多研究證實。本研究回顧性分析2019年1月—2022年12月北京市大興區(qū)人民醫(yī)院胸外血管外科收治的多發(fā)肋骨骨折患者137例,對比應(yīng)用傳統(tǒng)外固定非手術(shù)治療和肋骨環(huán)抱器治療的效果,并進一步采用有限元分析評估肋骨環(huán)抱器內(nèi)固定治療肋骨骨折的應(yīng)力分布,為其臨床應(yīng)用提供可靠的生物力學(xué)依據(jù)。

資料與方法

1 一般資料

納入標準:(1)年齡≥18歲;(2)有明確的胸部創(chuàng)傷,經(jīng)X線片和(或)CT檢查確診,多發(fā)肋骨骨折(骨折數(shù)量≥2根);(3)符合手術(shù)指征,均順利完成手術(shù);(4)術(shù)后3個月內(nèi)隨訪復(fù)診,病歷資料和隨訪資料完整。排除標準:(1)合并嚴重的心、肝、腦、肺、腎等重要器官功能障礙;(2)有精神疾病史;(3)合并凝血系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)疾病;(4)患者或家屬對治療方案不同意。所有患者根據(jù)治療方式分為傳統(tǒng)組(62例)和環(huán)抱器組(75例)。傳統(tǒng)組男性49例,女性13例;年齡25～62歲,平均36.6歲;道路交通傷29例,高處墜落傷17例,摔傷5例,鈍器擊打傷7例,其他4例;合并血氣胸21例,連枷胸應(yīng)用呼吸機11例;骨折數(shù)2～4根52例,≥5根10例。環(huán)抱器組男性57例,女性18例;年齡25～59歲,平均37.1歲;道路交通傷35例,高處墜落傷17例,摔傷7例,鈍器擊打傷9例,其他7例;合并血氣胸27例,連枷胸應(yīng)用呼吸機15例;骨折數(shù)2～4根61例,≥5根14例。兩組患者一般資料比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。本研究方案獲得筆者醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(SLE002018003S)。

2 治療方法

傳統(tǒng)組:采用傳統(tǒng)的胸外或胸部護板外固定治療。固定前對嚴重血氣胸者給予胸腔閉式引流,對存在肺挫傷者給予肺部修補;對合并腹腔臟器損傷者給予相應(yīng)臟器修復(fù);對合并膈肌破裂者給予膈肌修補術(shù);對合并胸骨骨折者給予內(nèi)固定治療。同時給予止血、止痛、輸血、補液等對癥處理。

環(huán)抱器組:采用記憶合金肋骨環(huán)抱器內(nèi)固定術(shù)治療。單側(cè)骨折者行健側(cè)臥位,雙側(cè)骨折者行平臥位,胸肩部軟墊墊高。氣管插管全身麻醉,手術(shù)切口根據(jù)骨折部位、數(shù)量和損傷范圍等確定,一般選擇腋中線縱行切口或外側(cè)切口。切開皮膚、皮下組織、筋膜,前鋸肌或胸大肌纖維鈍性分離,觀察胸腔內(nèi)損傷情況,對受損局部肺組織和其他組織破損進行修補。切開并游離骨膜,充分暴露骨折斷端兩側(cè)約3 cm,注意保護肋間血管和神經(jīng)。將多余的碎骨片、血凝塊和損傷嚴重的軟組織清除,之后解剖復(fù)位骨折斷端,根據(jù)肋骨粗細程度、骨折范圍和移位情況選擇合適型號和規(guī)格的純鈦肋骨爪型接骨板(常州華森醫(yī)療器械有限公司),用止血鉗快速將冰水浸泡后已充分撐開4對齒臂的肋骨合金環(huán)抱器放置于骨折斷端,適當(dāng)加壓使其與肋骨充分貼合,用溫度50°C左右的鹽水濕敷,使其齒臂充分收緊環(huán)抱骨折斷端,內(nèi)固定完畢后檢查是否牢靠,由易至難采用同樣的方法對其他骨折進行內(nèi)固定,逐層縫合切口,常規(guī)放置胸腔閉式引流管。術(shù)后給予常規(guī)的止痛、化痰、抗感染等對癥治療和護理,2～3 d拔除胸腔引流管,7～10 d拆除切口縫線。

3 觀察指標

(1)記錄機械通氣時間、引流管拔管時間、下床活動時間、住院時間、骨折愈合時間及治療前后VAS、止痛藥物使用劑量。(2)骨折愈合情況和圍術(shù)期并發(fā)癥發(fā)生情況。骨折愈合效果評價標準參照

彭積貴等[6]研究制定。

4 統(tǒng)計學(xué)分析

5 有限元分析

選取健康男性志愿者1名,27歲,身高177 cm,體質(zhì)量74 kg,將其CT掃描的胸廓數(shù)據(jù)應(yīng)用醫(yī)學(xué)影像學(xué)軟件Mimics19.0(比利時瑪瑞斯公司)進行處理,建立胸廓三維模型,應(yīng)用逆向工程軟件Geomagic Studio12.0(美國杰魔公司)處理胸廓模型,提取出左側(cè)相對容易損傷發(fā)生骨折的第六對肋骨進行平整修復(fù)和前處理,擬合為光滑的Nurbs曲面和(圖1)。本研究應(yīng)用的肋骨環(huán)抱器為純鈦材質(zhì)的肋骨接骨板(圖2),應(yīng)用Solidworks2014(法國達索系統(tǒng)公司)建立接骨板模型,根據(jù)肋骨表面寬度采用不然算法設(shè)定接骨板寬度,使其與肋骨表面緊密契合。將肋骨中部模型分為兩段,獲得完全斷開的肋骨骨折模。根據(jù)肋骨生理結(jié)構(gòu)分為內(nèi)層松質(zhì)骨、外層皮質(zhì)骨和近胸端附著的軟骨。將肋骨模型和肋骨環(huán)抱器模型應(yīng)用Hypermesh軟件(美國澳汰爾公司)進行網(wǎng)格劃分,設(shè)定皮質(zhì)骨總厚度為1 mm,松質(zhì)骨應(yīng)用四面體網(wǎng)格,單元數(shù)量14 245,皮質(zhì)骨和軟骨應(yīng)用楔形單元,單元數(shù)量分別為88 960和12 010,接骨板應(yīng)用六面體單元,單元數(shù)量為6 015。應(yīng)用網(wǎng)格的收斂性檢驗對網(wǎng)格劃分結(jié)果進行檢驗。肋骨和肋骨環(huán)抱器的材料參數(shù)通過文獻查閱獲得,具體見表1。臨床治療肋骨骨折時,手術(shù)醫(yī)師通過醫(yī)用抓持鉗夾緊接骨板,使兩端斷骨和接骨板緊密接觸,此時肋骨和接骨板之間會存在一個較大的預(yù)緊力,應(yīng)用過盈接觸模擬接骨板的夾緊行為。設(shè)置接骨板爪子初始過盈為0.02 mm,計算過盈結(jié)束時肋骨和接骨板爪子接觸面的預(yù)應(yīng)力為20 MPa,兩者之間的預(yù)緊力約為200 N。患者術(shù)后康復(fù)階段肋骨可能會因胸廓受到外力碰撞而承受外界壓力,由于碰撞過程中產(chǎn)生的作用時間較短,因此可將肋骨兩端視為固定,設(shè)置的邊界條件為肋骨兩端固定。本研究設(shè)置3種不同載荷施加位置的撞擊情形,大小均為0.3 MPa,壓力均勻分布,分析該肋骨接骨板在不同沖擊下固定肋骨骨折的性能(圖3)。

表1 肋骨和肋骨接骨板的材料屬性

圖1 三維CT重建人體胸廓模型和修復(fù)平整后的肋骨模型

圖2 純鈦肋骨接骨板實物圖

圖3 肋骨受3種外加載荷示意圖,肋骨中部、肋骨遠端、肋骨近端

結(jié) 果

環(huán)抱器組機械通氣時間、引流管拔管時間、下床活動時間、住院時間、骨折愈合時間均較傳統(tǒng)組顯著縮短,治療后VAS較治療前和傳統(tǒng)組顯著降低,止痛藥物使用劑量較傳統(tǒng)組顯著減少(P<0.001)。見表2。環(huán)抱器組優(yōu)良率為97.3%(73/75),顯著高于傳統(tǒng)組的77.4%(48/62),P<0.001。見表3。環(huán)抱器組肺部感染、肺不張和胸廓畸形并發(fā)生率均明顯低于傳統(tǒng)組(P<0.05)。見表4。

表2 兩組患者術(shù)后恢復(fù)情況比較

表3 兩組患者骨折愈合效果比較[n(%)]

表4 兩組患者并發(fā)癥發(fā)生情況比較[n(%)]

應(yīng)用肋骨環(huán)抱器內(nèi)固定后,3種不同載荷情形中肋骨的最大位移值均比正常肋骨小,說明肋骨骨折接受肋骨環(huán)抱器固定后能承受較大的壓力,其固定效果較好。當(dāng)肋骨近端和遠端骨端發(fā)生碰撞時,固定后肋骨的最大應(yīng)力比正常肋骨小;當(dāng)靠近骨折發(fā)生位置的肋骨中部發(fā)生碰撞時,其損傷風(fēng)險最大,肋骨位移最大,使用肋骨環(huán)抱器固定后的最大位移為5.96 mm,斷面間隙值為0.079<0.1 mm,說明肋骨骨折斷面在外力作用下仍能保持良好的貼合狀態(tài),能促進骨折康復(fù),固定后應(yīng)力超出正常肋骨的20.8%,由環(huán)抱器邊緣擠壓肋骨產(chǎn)生,在肋骨應(yīng)力承受范圍內(nèi),肋骨不會受到損傷。綜合應(yīng)力、位移、斷面間隙值等指標,肋骨環(huán)抱器內(nèi)固定后在3種不同碰撞情形下其固定性能均良好,驗證了其優(yōu)越的固定性能。

討 論

目前臨床治療多發(fā)性肋骨骨折應(yīng)用的內(nèi)固定材料有A-O鋼板、髓內(nèi)釘、接骨板、記憶合金環(huán)抱器等[7]。相比較髓內(nèi)釘和A-O鋼板,接骨板和記憶合金環(huán)抱器的固定更為牢靠,松脫偏位、翻轉(zhuǎn)等情況少見[8-9],更適用于受傷嚴重的多發(fā)性肋骨骨折,且無需二次手術(shù)取出,是目前臨床上應(yīng)用較多的內(nèi)固定手術(shù)方式[4]。記憶合金環(huán)抱器是一類對溫度有一定形狀記憶功能的新型肋骨骨折內(nèi)固定材料,治療時將其處于低溫條件下可發(fā)生變形,而在體溫溫度下其形狀可自動恢復(fù)至原有狀態(tài),而且還具有合適的形狀恢復(fù)力,有較好的抗彎壓和抗扭作用[10]。此外,該內(nèi)固定材料的組織相容性和抗腐蝕能力較好,植入人體的安全性高,也無需再次手術(shù)取出。手術(shù)時應(yīng)用記憶合金肋骨環(huán)抱器只需要選擇相應(yīng)型號固定骨折的肋骨,利用環(huán)保臂所產(chǎn)生的環(huán)保握持力對骨折兩端多個位點進行固定,無需額外的克氏針、鋼絲等固定工具輔助,不僅操作簡單方便,固定效果牢靠,不容易發(fā)生骨折移位,而且能最大程度降低對周圍組織、血管、神經(jīng)和骨髓腔的損傷;治療時不使用骨鉆,因此出血量很少,而且不應(yīng)用鋼板,無需剝離骨膜,可有效減少骨不連的發(fā)生[11]。本研究結(jié)果顯示,與傳統(tǒng)的外固定治療相比,應(yīng)用記憶合金肋骨環(huán)抱器內(nèi)固定治療的環(huán)抱器組患者恢復(fù)更快更好,其術(shù)后恢復(fù)時間均顯著縮短,治療后VAS顯著降低,止痛藥物使用劑量也明顯減少,骨折愈合的優(yōu)良率達到97.3%,顯著高于傳統(tǒng)組,充分顯示了肋骨環(huán)抱器治療多發(fā)性肋骨骨折的效果更好,可明顯縮短治療后恢復(fù)時間,加速骨折早期愈合,緩解疼痛。而且環(huán)抱器組肺部感染、肺不張和胸廓畸形發(fā)生率均明顯低于傳統(tǒng)組,原因主要與其損傷小、能加速骨折愈合、促進患者早期進行咳嗽排痰和下床康復(fù)訓(xùn)練有關(guān)。本研究還通過有限元分析對肋骨環(huán)抱器內(nèi)固定后的力學(xué)性能進行分析,結(jié)果顯示在3種不同的碰撞情形下,研究使用的純鈦材質(zhì)的爪型肋骨環(huán)抱器固定后肋骨的最大位移比正常肋骨更小,固定后骨折肋骨承受的壓力比正常肋骨更高,且骨折斷面分離均<0.1 mm,提示從力學(xué)角度來看該種肋骨環(huán)抱器的固定效能較好,固定后肋骨穩(wěn)定性佳。

綜上所述,肋骨環(huán)抱器內(nèi)固定治療肋骨骨折療效顯著,相比傳統(tǒng)的外固定治療,其能明顯縮短患者機械通氣時間和術(shù)后康復(fù)時間,減輕疼痛,減少肺部感染等并發(fā)癥的發(fā)生,臨床使用價值較高。同時有限元分析也從生物力學(xué)角度證實肋骨環(huán)抱器具有良好的固定性能,能保證固定后肋骨的穩(wěn)定性。

作者貢獻聲明：王永平:資料搜集、論文撰寫與修改;王輝、鄭翔:資料收集、文獻檢索;聞作川、田浩:病例資料整理、統(tǒng)計學(xué)分析、研究設(shè)計;陳鵬、劉冠群:研究指導(dǎo)、論文修改、病例隨訪/數(shù)據(jù)整理