CN105581795A - 一种利用磁共振成像监测骨折愈合及研究相关病理生理过程的骨折固定动物模型及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用磁共振成像技术监测骨折愈合过程、并研究骨折愈合相关病理生理机制的方法，尤其是在大鼠骨折固定动物模型中的应用。本发明的动物骨折固定采用无磁共振图像干扰且机械性能和生物学安全性良好的聚合物材料固定四肢长管状骨的骨折部位，利用磁共振成像技术监测骨折愈合过程和研究相关病理生理机制。实验证实，本发明可用于骨折愈合过程中的磁共振监测及生物医学机理研究。该骨折固定及磁共振成像技术监测模型的建立，为肌肉骨骼系统的骨创伤愈合、延迟愈合、不愈合、感染、炎症和肿瘤方面研究，以及新型治疗手段研发，提供一种有效易行的方案。采用该模型进行病理生理学研究和新治疗方法研究，具有重要的科研价值和应用前景。

Description

一种利用磁共振成像监测骨折愈合及研究相关病理生理过程的骨折固定动物模型及其应用

技术领域

本发明属于医药技术领域，涉及一种骨折固定动物模型及其应用，具体涉及一种利用磁共振成像技术监测骨折愈合及研究相关病理生理过程的骨折固定动物模型及其应用，属于医学动物模型研究领域。

背景技术

随着世界范围内人口老龄化程度加深，骨质疏松患者即骨折发病的高危人口增长明显，与此同时，随着临床上骨折的手术治疗比例逐年增长，术后的骨折延迟愈合、不愈合及感染等并发症发生率亦逐年增加。对于严重危胁患者运动功能、致残风险高的骨折延迟愈合、不愈合及感染等并发症，目前临床上缺乏有效的早期诊断方法，患者确诊后往往已经错过接受治疗的最佳阶段，导致严重功能障碍而无法康复至损伤前的功能水平。骨折愈合涉及一系列复杂的病理生理过程，其中未矿化的纤维软骨组织及周围神经血管等软组织功能状态至关重要，然而当前临床常规使用X线及CT等影像学诊断技术仅能较好显示已经矿化的骨组织，对上述非矿化组织基本无法提供有意义的早期诊断依据，导致即无法及时进行指导进行临床诊断，也无法开展相关基础医学研究。磁共振成像技术可对骨、软骨、神经血管及周围软组织进行精确定位和动态监测，分析局部组织的含水量、脂质含量、神经血管和纤维组织长入状态，非常适用于研究骨折相关病理生理机制和辅助并发症的早期诊断。而且磁共振检查不产生X线放射性损伤，安全性良好，可重复进行动态监测。但是，临床治疗以及骨折愈合研究中，均大量使用金属内固定物。金属内固定物的存在，导致磁共振成像过程中产生大量金属伪影，无法获取可供分析的有效图像。

近年来，多种新型聚合物及生物材料的临床前研究顺利开展，新型聚合物材料与临床骨科常用金属材料不同，不产生磁共振伪影，从而在理论上允许对骨折愈合过程及相关病理生理过程进行更精确的动态分析和早期诊断研究。但是，目前国内外尚无专门用于对骨折愈合过程进行分析的磁共振成像研究动物模型。因此，建立起可真实反映临床上骨折愈合过程、并动态进行磁共振成像分析的骨折固定模型，将填补国内外技术空白，对深入研究骨折愈合病理生理机制有重要意义，为临床上研发骨折延迟愈合、不愈合、术后感染的早期诊断方法以及促进骨折愈合的新治疗手段，提供良好的技术方法，有助于改进当前诊断治疗瓶颈，开辟新路径，造福患者和社会。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种简便易行、对技术设备要求低而制备成功率高、能够真实模拟临床骨折愈合过程并动态进行在体磁共振成像分析的动物模型的构建方法及其应用。

为了实现上述目的，本发明通过制备动物骨折固定模型，并利用磁共振成像技术监测骨折愈合及研究相关病理生理过程。

本发明的实验动物骨折固定模型通过如下方法制备：

实验动物麻醉成功后，手术部位消毒并铺无菌单，切开膝关节部位皮肤和皮下软组织，使髌骨向外侧脱位，显露膝关节，于股骨远端或胫骨近端钻制股骨骨道或胫骨骨道，根据术中测量的具体骨髓腔尺寸，植入聚醚醚酮螺杆作为内固定物。

术中确认内固定物稳定后，采用切开截骨或三点撞击装置方式制备股骨或胫骨骨折，直视下或X线平片确认骨折制备成功后，逐层缝合手术切口，消毒包扎。手术结束后密切监测实验动物生命体征和手术部位，必要时予止痛药物注射镇痛。

所述的实验动物模型大鼠、家兔、比格犬或绵羊等骨折愈合研究常用实验动物，通过显露膝关节制备股骨或胫骨骨折固定模型，或通过显露肘关节制备肱骨或尺桡骨骨折固定模型。

本发明所述的骨折内固定物为实验中于于骨髓腔制备骨道，于骨道内植入无磁共振图像干扰优良性质且生物安全性良好的聚醚醚酮螺杆（直径1.5-10mm，实心或中空，实验中根据动物髓腔直径和骨折类型选择合适尺寸）。

采用大鼠为实验动物时，植入的聚醚醚酮螺杆直径为1.5-2.0mm。

采用家兔、比格犬或绵羊等为实验动物时，根据术中测量具体骨髓腔尺寸，植入的聚醚醚酮螺杆直径为3.0-10.0mm。

所述的大鼠为Wistar大鼠、Sprague-Dawley大鼠或其它品系大鼠。

实验动物骨折固定模型，术后不必处死实验动物，可反复利用磁共振成像技术动态对骨折愈合过程进行动态监测分析，通过磁共振成像获取传统X线、CT及核医学方法无法得到的组织影像学资料，分析骨折部位骨、软骨、神经血管及周围软组织动态变化，研究骨折愈合相关病理生理机制，开发新型诊疗方法。

传统的骨折愈合及相关疾病研究中，由于全部或部分采用金属材料进行骨折固定，导致磁共振成像过程中存在明显的伪影干扰，无法利用磁共振技术对骨折愈合过程进行动态监测和分析研究。经实验证实，本发明方法可用于骨折愈合过程中的磁共振监测及生物医学机理研究。该骨折固定及磁共振成像技术监测模型的建立，将为肌肉骨骼系统的骨创伤愈合、延迟愈合、不愈合、感染、炎症和肿瘤方面课题研究，尤其是为促进新型诊断和治疗手段研发，提供一种有效易行的方案。此外，该技术基于与人类骨折发病、治疗及康复过程高度近似的动物骨折固定和骨折愈合模型，采用该模型进行病理生理学研究和新诊疗方法研发，具有重要的科研价值和应用前景。

采用本发明的方法，经实验动物肢体长管状骨的骨髓腔钻制骨道植入内固定物以进行骨折固定，建立了利用磁共振成像技术监测骨折愈合及研究相关病理生理过程的骨折固定动物模型，有效模拟了临床上手术内固定治疗后骨折愈合的真实情况，实践应用发现采用本发明方法获得的动物模型符合临床实际且稳定性高，磁共振成像无伪影产生，从而为进一步了解骨折愈合病理生理机制，研究早期诊断骨折延迟愈合、不愈合、术后感染及开发促进骨折愈合新诊疗方法提供良好的研究动物模型。同时，该方法操作简易，技术设备要求低，成功率高。

附图说明

图1为不同尺寸聚醚醚酮内固定螺杆。

图2为制备骨道。

图3为植入聚醚醚酮内固定螺杆。

图4为截骨制备的骨折模型和用于经髓腔进行固定的聚醚醚酮螺杆。

图5为术后X线片。

图6为术后磁共振检查图像。

具体实施方式

实施例1：大鼠股骨骨折固定模型的建立和术后磁共振成像分析

1.Sprague-Dawley大鼠骨折固定模型的制备：Sprague-Dawley雄性大鼠2只，体重(300±20)克，正式实验开始第1天时，实验动物均采用10%水合氯醛(300mg/kg)腹腔注射进行麻醉，麻醉成功后，取左侧卧位，70%酒精将右下肢区域消毒并铺无菌单。切开膝关节部位皮肤和皮下软组织，使髌骨向外侧脱位，显露膝关节，于股骨远端钻制股骨骨道，术中测量骨髓腔尺寸，植入直径2.0mm的聚醚醚酮螺杆作为内固定物。术中确认内固定物稳定后，直视下采用切开截骨方式制备股骨骨折（见图4），逐层缝合手术切口，消毒包扎。手术结束后密切监测实验动物生命体征和手术部位，必要时予止痛药物注射镇痛。

2.实验动物骨折愈合过程中的磁共振成像及病理生理机制分析：至术后第3周，实验动物一般状态良好，手术侧肢体可负重活动，切口部位无感染征象。10%水合氯醛(300mg/kg)腹腔注射进行麻醉，麻醉成功后，拍摄X线平片确认骨折部位固定稳定无明显移位（见图5），再行磁共振平扫（T2加权像，见图6），见股骨及周围软组织成像解剖层次清晰，图像无伪影产生。扫描结束麻醉苏醒后动物一般状态良好，生命体征平稳，未见并发症产生。

3.基于本专利动物模型的磁共振成像分析：磁共振成像清晰，未见任何伪影干扰；图像可见皮质骨及骨髓腔解剖界限清晰；周围软组织可见弥漫性高信号，为损伤后周围软组织炎症、水肿，高信号区位置以股骨远端及膝关节周围，与手术切口部位相吻合；股骨近端的非手术切口部位，无明显高信号即软组织炎症反应。在本实例中，与磁共振相比，X线无法显示骨折部位周围软组织状态。提示利用磁共振成像可对骨组织及周围软组织提供精确的病理生理及病理解剖学信息。

Claims (9)

1.一种骨折固定动物模型，其特征在于，通过如下方法制备：

实验动物麻醉成功后，手术部位消毒并铺无菌单，切开膝关节部位皮肤和皮下软组织，使髌骨向外侧脱位，显露膝关节，于股骨远端或胫骨近端钻制股骨骨道或胫骨骨道，根据术中测量的具体骨髓腔尺寸，植入聚醚醚酮螺杆作为内固定物；术中确认内固定物稳定后，采用切开截骨或三点撞击装置方式制备股骨或胫骨骨折，直视下或X线平片确认骨折制备成功后，逐层缝合手术切口，消毒包扎，手术结束后密切监测实验动物生命体征和手术部位，必要时予止痛药物注射镇痛。

2.根据权利要求1所述的骨折固定动物模型，其特征在于：实验动物可为大鼠、家兔、比格犬或绵羊等骨折愈合研究常用实验动物。

3.根据权利要求1或2所述的骨折固定动物模型，其特征在于：实验中经骨髓腔制备骨道，于骨道内植入无磁共振图像干扰优良性质且生物安全性良好的聚醚醚酮螺杆作为骨折内固定物。

4.根据权利要求1-3任何一项所述的骨折固定动物模型，其特征在于：实验动物为大鼠时，植入直径1.5-2.0mm的聚醚醚酮螺杆作为内固定物。

5.根据权利要求1-3任何一项所述的骨折固定动物模型，其特征在于：实验动物为家兔、比格犬或绵羊，植入直径3.0-10.0mm的聚醚醚酮螺杆作为内固定物。

6.根据权利要求1、2或4所述的骨折固定动物模型，其特征在于：所述的大鼠为Wistar大鼠、Sprague-Dawley大鼠或其它品系大鼠。

7.根据权利要求1-6任何一项所述的骨折固定动物模型，其特征在于：采用腹腔注射水合氯醛或戊巴比妥钠或异氟烷吸入麻醉。

8.权利要求1-7任何一项所述的骨折固定动物模型在监测骨折愈合及研究相关病理生理过程中的应用，其特征在于术后影像学检查过程中不必处死实验动物，反复利用磁共振成像技术动态对骨折愈合过程进行动态监测分析，并可同时进行传统X线、CT及核医学影像分析。

9.如权利要求8所述的应用，其特征在于通过磁共振成像获取传统X线、CT及核医学方法无法得到的组织影像学资料，分析骨折部位骨、软骨、神经血管及周围软组织动态变化，研究骨折愈合相关病理生理机制，开发新型诊断和治疗方法。