CN108225908A - 一种评价后交叉韧带重建术“杀伤角”效应的实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种评价后交叉韧带重建术“杀伤角”效应的实验方法。生物力学测试包括两种方式，方式1包括：步骤1，循环载荷试验中使用压敏片测试“杀伤角”处压强值并记录载荷‑位移曲线，计算移植物延长量；步骤2，用扫描电镜观察移植物形态，评价移植物磨损程度；方式2：用与步骤1相同的方法测试另一个标本，然后将该标本的移植物取出，做拉伸至断裂；记录移植物的极限载荷。本发明根据循环载荷后的“杀伤角”处压强、移植物磨损形态、移植物延长、移植物的极限载荷四个指标全面的展示后交叉韧带重建手术的“杀伤角”效应，为科研人员评价不同隧道技术后交叉韧带重建能否减小“杀伤角”效应提供一个可靠的比较方法。
Description
技术领域
本发明涉及医学生物力学实验技术领域，尤其涉及一种评价后交叉韧带重建术“杀伤角”效应的实验方法。
背景技术
后交叉韧带重建技术是运动医学中一项常见的手术，虽然手术技术越来越成熟，但长期临床随访结果仍不十分满意。目前运用的最普遍的后交叉韧带重建技术是“Transtibial”隧道技术。但该方法在后交叉韧带移植物与胫骨隧道出口后缘之间会形成一个明显的锐角，胫骨侧锐利的隧道边缘会造成移植物的磨损、延长，周期性负荷可以使移植物失效甚至断裂，这种效应被称为“杀伤角”效应(Killer turn)，是PCL重建失败最主要的原因。
如何减小“杀伤角”效应一直是学者们追求的目标。学者们不断探索新的手术技术，其中最常用的是采用Inlay技术代替Transtibial技术。但Inlay技术需要在膝关节后方切口，增加了膝关节后方血管、神经损伤的概率；术中需调整患者体位；需要使用带骨块的髌腱(膝前痛)或同种异体肌腱作为移植物，移植物来源可能受限。最近的一些临床对比研究报告表明，Inlay技术临床效果并不优于Transtibial技术。目前，多数临床医师仍偏向于应用Transtibial技术进行PCL重建。学者们认为不同胫骨隧道出口对减少“杀伤角”效应可能会有一定的帮助，到目前为止，对最佳的胫骨隧道出口位置尚未达成一致的共识。有学者建议把隧道出口定位在后交叉韧带解剖止点，能最好的模拟膝关节的生理功能；也有学者主张应该把胫骨隧道出口建立在解剖止点外下方，这样能将移植物与胫骨隧道之间的锐角转变为两个钝角，减少移植物与骨隧道之间的磨损；部分学者认为将胫骨隧道出口定位在解剖止点偏内5mm或偏外5mm，不会影响手术重建的效果；还有一种学术观点是从胫骨前外侧入路建立胫骨隧道会减小“杀伤角”效应。而且学者们对不同方法重建后交叉韧带均给出了不错的临床随访结果。
目前没有一种实验方法能很好的展示后交叉韧带重建手术的“杀伤角”效应，对于不同隧道定位的后交叉韧带重建方法之间的比较缺乏一个可靠的方法。给临床医生对具体手术方法的选择造成了很大的困扰。
专利文献CN106908340A公开了一种交叉韧带重建中移植肌腱的测试方法，但是该方法只是记录循环载荷后的位移、抗拉刚度、双倍应力位移、最大拔出载荷等数据，并不能评价后交叉韧带重建中的“杀伤角”效应。
发明内容
本发明旨在提供一种评价后交叉韧带重建术“杀伤角”效应的实验方法，可从“杀伤角”处的局部压强、移植物磨损的表面形态、移植物的抗拉张力、移植物的延长量等方面对“杀伤角”效应进行综合评价，可全面的展示后交叉韧带重建手术的“杀伤角”效应，为科研人员评价不同隧道技术后交叉韧带重建是否能减小“杀伤角”效应提供一个可靠的比较方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种评价后交叉韧带重建术“杀伤角”效应的实验方法，包括生物模型构建和生物力学测试，所述生物力学测试包括循环载荷试验，先将压敏片设于“杀伤角”处，再进行循环载荷试验，通过压敏片测量“杀伤角”处的压强。
其中，放置压敏片之前，先进行多次预载荷。
进一步的，所述生物力学测试包括以下两种方式，方式1包括以下步骤：
步骤1，循环载荷试验：循环载荷试验中，取出压敏片，读取并记录“杀伤角”处的局部压强；循环载荷结束后，记录载荷-位移曲线，计算移植物延长量；
步骤2，切取“杀伤角”处的移植物在扫描电镜下观察移植物的表面形态，评价移植物磨损的程度；方式2：用与步骤1相同的方法测试另一个标本，然后将该标本的移植物取出，两端用骨水泥包埋后分别固定在试验仪夹具上，以20mm/min的速度拉伸至断裂，记录移植物的极限载荷。
优选地，所述步骤1包括以下步骤：
步骤1.1，设置应力为50N-300N(模拟激进康复的强度)，频率为1赫兹，进行多次循环载荷后，取出压敏片，读取并记录压敏片的局部压强；
步骤1.2，继续以相同频率进行至2000次循环载荷，并记录载荷-位移曲线，计算移植物延长量。
进一步优选地，所述步骤1中，进行50次循环载荷后，取出压敏片。
其中，所述生物模型构建包括以下步骤：
步骤a，准备标本：采集人或猪新鲜尸体胫骨，剔除胫骨周围所有软组织，包括皮肤、皮下组织、肌肉及韧带，保留PCL止点的解剖附着点；在距离胫骨平台15cm处将胫骨截断，截取15cm跟腱，修剪肌腱并将其两端缝合，制作成直径9mm的移植肌腱；
步骤b，建立胫骨隧道；
步骤c，移植物重建PCL：将制作好的移植肌腱经胫骨隧道入口拉出至出口，用与胫骨隧道直径相同的挤压螺钉固定移植肌腱。
其中，步骤a中，采集人或猪新鲜尸体胫骨后，保留关节周围软组织，用双层塑料袋密封，在-20℃冰柜内保存；实验前12h取出标本，在常温下解冻后加工。
其中，步骤b中，固定好胫骨，根据需要确定骨道入口及出口中心点位置，使用后交叉韧带胫骨定位器定位，使用直径9mm空心钻头，制成胫骨隧道。
进一步的，预载荷之前，将胫骨标本下段树脂包埋后固定在生物力学测试器底部的胫骨夹具上，将移植物游离端固定在测试器的韧带夹具上，所述胫骨夹具包括圆筒和底座，所述圆筒通过万向调节圆球与底座连接，底座上设有用于锁紧万向调节球体的锁紧装置；所述圆筒上轴向间隔设有至少两圈螺纹孔，每圈至少有三个螺纹孔，同一圈的螺纹孔围绕圆筒的轴线等间隔设置，螺纹孔的轴线与圆筒的径向方向平行，螺纹孔中装有紧固螺钉。
进一步的，所述韧带夹具包括U形臂和螺纹杆，所述U形臂的两端设有与螺纹杆适配的螺纹孔C，U形臂两端的两个螺纹孔C正对。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明可检测后交叉韧带重建后的标本从移植物与隧道出口局部形成的压强，即“杀伤角”处的压强，对“杀伤角”效应的评价进行补充和完善；
2.本发明可在扫描电镜下直观的观察移植物的磨损测程度，直接展示“杀伤角”效应的本质：胫骨隧道边缘对移植物造成的磨损；
3.本发明根据循环载荷后的“杀伤角”处压强、移植物表面的磨损程度、移植物延长量、移植物的极限载荷四个指标进行综合评价，可全面的展示后交叉韧带重建手术的“杀伤角”效应，为科研人员评价不同隧道技术后交叉韧带重建是否能减小“杀伤角”效应提供一个可靠的比较方法。
附图说明
图1是胫骨夹具的结构示意图；
图2是底座的结构示意图；
图3是压板的结构示意图；
图4是韧带夹具的结构示意图；
图5是安装本发明的生物力学实验机的结构示意图；
图6是本发明流程图；
图中：1-圆筒、2-连接杆、3-万向调节球体、4-压板、5-底座、7-夹紧机构、8-紧固螺钉、9-缺口、10-U形臂、11-生物力学实验机、41-圆孔、43-螺纹孔B、51-球窝、52-螺纹孔A、53-安装孔、101-螺纹孔C、102-螺纹杆。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。
如图6所示，本发明公开的评价后交叉韧带重建术“杀伤角”效应的实验方法，先进行生物模型构建，再进行生物力学测试，其中，生物力学测试包括循环载荷试验，先将压敏片设于“杀伤角”处，再进行循环载荷试验，通过压敏片测量“杀伤角”处的压强。
PCL生物模型构建，包括以下步骤：
步骤a，标本准备：采集人或猪新鲜尸体胫骨，保留关节周围软组织，用双层塑料袋密封，在-20℃冰柜内保存。实验前12h取出标本，在常温下解冻后加工，剔除胫骨周围所有软组织，包括皮肤、皮下组织、肌肉及韧带，仅留下PCL止点的解剖附着点，距离胫骨平台15cm处将胫骨截断。截取15cm跟腱(人)或趾长屈肌腱(猪)，修剪肌腱并将其两端编织缝合，制作成直径9mm的移植肌腱；
步骤b，建立胫骨隧道：固定好胫骨，根据需要定骨道入口及出口中心点位置，使用后交叉韧带胫骨定位器定位，使用直径9mm空心钻头，制成胫骨骨道；
步骤c，移植物重建PCL：将制作好的移植肌腱经胫骨骨道入口拉出至出口，用与胫骨隧道相同直径的挤压螺钉在移植物入口处挤入隧道固定牢移植物。
生物力学测试，包括以下两种方式：
方式1包括以下步骤：
步骤1，循环载荷试验：在循环载荷试验中取出压敏片，使用压力分析系统从亚敏片上读出具体的压强数值；压敏片的局部压强即“杀伤角”处的压强；
步骤1.1，设置应力为50N-300N，频率为1赫兹，进行50次循环载荷后，取出压敏片，读取并记录压敏片的局部压强；
步骤1.2，继续以相同频率进行至2000次循环载荷，并记录载荷-位移曲线，计算移植物延长量。
步骤2，切取“杀伤角”处的移植物在扫描电镜下观察移植物的表面形态，评价移植物磨损的程度。
方式2：用与步骤1相同的方法测试第2个标本，将该标本的移植物取出，两端用骨水泥包埋后分别固定在试验仪夹具上，以20mm/min的速度拉伸至断裂，记录移植物的极限载荷。
用方式1测试第3个标本，用方式2测试第4个标本，依次类推，直至最后一个标本。其中，方式1与方式2无先后顺序。
步骤1.1之前，需要先将胫骨标本下段树脂包埋后固定在生物力学测试器底部的胫骨夹具上，将移植物游离端固定在测试器的韧带夹具上，循环载荷试验前先进行数次预载荷，以去除骨的松弛、蠕变等时间效应的流变学影响。然后将再压敏片放置于移植物与骨道出口边缘之间，即“杀伤角”处。
其中，如图1、2所示，本发明公开的胫骨夹具包括圆筒1和底座5，圆筒1通过万向调节球体3与底座5万向连接，底座5上设有用于锁紧万向调节球体3的锁紧装置；圆筒1上轴向间隔设有至少两圈螺纹孔，每圈至少有三个螺纹孔，同一圈的螺纹孔围绕圆筒1的轴线等间隔设置，螺纹孔的轴线与圆筒1的径向方向平行，螺纹孔中装有紧固螺钉8。
如图2所示，底座5上有球窝51，万向调节球体3的下部装在球窝51中，万向调节球体3的上部装有一块与底座5联接的压板，如图3所示，压板4一端有与万向调节球体3适配的圆孔41，万向调节球体3通过圆孔41外露于压板4，压板4另一端通过夹紧机构7与底座1联接。压板4和夹紧机构7构成用于锁紧万向调节球体3的锁紧装置。
其中，圆筒1通过连接杆2与万向调节球体3固接，连接杆2一端与圆筒1的外侧壁固接，连接杆2另一端与万向调节球体3固接。夹紧机构7包括锁紧轴，锁紧轴下部设有外螺纹，底座上设有与锁紧轴适配的螺纹孔A52，压板4上有与锁紧轴适配的螺纹孔B43。
其中，锁紧轴上有方便转动锁紧轴的横杆71。底座5和压板4上均有缺口9，压板4上的缺口9与圆孔41贯通，装配时，万向调节球体3装在球窝51中，再将压板4经压板4的缺口9处从万向调节球体3上方的连接杆2处插入而装在底座5上，再装好夹紧机构7即可。底座5上设有安装孔53。作为优选，螺纹孔有三圈。相邻两圈上的螺纹孔在圆筒1的轴向方向不对齐。每圈有4个螺纹孔，相邻两圈上的螺纹孔在圆周方向错开45°。
本发明的胫骨夹具，在实验中可以让连接在胫骨上的韧带与胫骨在实验中保持在一个固定的角度，可以保证实验过程中的一致性、可重复性以及安全性；特殊的圆筒固定结构可牢固稳定地夹持胫骨，有利于顺利完成拉伸和扭转试验。
如图4所示，韧带夹具包括U形臂10和螺纹杆102，U形臂10的两端设有与螺纹杆102适配的螺纹孔C101，U形臂10两端的两个螺纹孔C101正对。韧带夹具的设计可获得理想的夹持效果，利于保证一次性实验成功。
如图5所示，将底座5固定在生物力学实验机11的工作台上，将韧带夹具固定在生物力学实验机11的活动台上，将长骨13装在圆筒1中，并用多个紧固螺钉8在多个方向固定住长骨13，然后调节螺纹杆102使其与一端的螺纹孔C101分离，将韧带13套在螺纹杆102上，再将螺纹杆102的末端拧入螺纹孔C101中。转动锁紧轴，即可将圆筒1在三维空间中转动到所需角度，再转动锁紧轴即可锁紧万向调节球体3，然后开始测试。
本发明根据循环载荷后的“杀伤角”处压强、移植物切割程度、移植物延长、移植物的极限载荷四个指标进行组合评价，可全面的展示不同手术的“杀伤角”效应，通过以上四个指标评价不同后交叉韧带重建方式对“杀伤角”的效应的影响，从生物力学方面为临床医生选择手术方法提供一个可靠的参考。
当然，本发明还可有其它多种实施方式，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种评价后交叉韧带重建术“杀伤角”效应的实验方法，包括生物模型构建和生物力学测试，所述生物力学测试包括循环载荷试验，其特征在于:先将压敏片置于“杀伤角”处，再进行循环载荷试验，通过压敏片测量“杀伤角”处的压强。
2.根据权利要求1所述的评价后交叉韧带重建术“杀伤角”效应的实验方法，其特征在于：放置压敏片之前，先进行多次预载荷。
3.根据权利要求1或2所述的评价后交叉韧带重建术“杀伤角”效应的实验方法，其特征在于：所述生物力学测试包括以下两种方式，方式1包括以下步骤：
步骤1，循环载荷试验：循环载荷试验中，取出压敏片，读取并记录“杀伤角”处的局部压强；循环载荷结束后，记录载荷-位移曲线，计算移植物延长量；
步骤2，切取“杀伤角”处的移植物在扫描电镜下观察移植物的表面形态，评价移植物磨损的程度；
方式2：用与步骤1相同的方法测试另一个标本，然后将该标本的移植物取出，两端分别固定在试验仪夹具上，以20mm/min的速度拉伸至断裂；记录移植物的极限载荷。
4.根据权利要求3所述的评价后交叉韧带重建术“杀伤角”效应的实验方法，其特征在于：所述步骤1包括以下步骤：
步骤1.1，设置应力为50N-300N，频率为1赫兹，进行多次循环载荷后，取出压敏片，读取并记录“杀伤角”处的局部压强；
步骤1.2，继续以相同频率进行2000次循环载荷，并记录载荷-位移曲线，计算移植物延长量。
5.根据权利要求3或4所述的评价后交叉韧带重建术“杀伤角”效应的实验方法，其特征在于：所述步骤1中，进行50次循环载荷后，取出压敏片。
6.根据权利要求1所述的评价后交叉韧带重建术“杀伤角”效应的实验方法，其特征在于：所述生物模型构建包括以下步骤：
步骤a，准备标本：采集人或猪的新鲜尸体胫骨，剔除胫骨周围所有软组织，包括皮肤、皮下组织、肌肉及韧带，保留PCL止点的解剖附着点；在距离胫骨平台15cm处将胫骨截断，截取15cm跟腱(人)或趾长屈肌腱(猪)，修剪肌腱并将其两端缝合，制作成直径9mm的移植肌腱；
步骤b，建立胫骨隧道；
步骤c，移植物重建PCL：将制作好的移植肌腱经胫骨隧道入口拉出至出口，用与胫骨隧道直径相同的挤压螺钉在隧道入口处挤入胫骨隧道，固定移植肌腱。
7.根据权利要求6所述的评价后交叉韧带重建术“杀伤角”效应的实验方法，其特征在于：步骤a中，采集人或猪新鲜尸体胫骨后，保留关节周围软组织，用双层塑料袋密封，在-20℃冰柜内保存；实验前12h取出标本，在常温下解冻后加工。
8.根据权利要求6或7所述的评价后交叉韧带重建术“杀伤角”效应的实验方法，其特征在于：步骤b中，固定好胫骨，根据需要确定骨道入口及出口中心点位置，使用后交叉韧带胫骨定位器定位，使用直径9mm空心钻头，制成胫骨隧道。
9.根据权利要求2所述的评价后交叉韧带重建术“杀伤角”效应的实验方法，其特征在于：预载荷之前，将胫骨标本下段树脂包埋后固定在生物力学测试器底部的胫骨夹具上，将移植物游离端固定在测试器的韧带夹具上，所述胫骨夹具包括圆筒(1)和底座(5)，所述圆筒(1)通过万向调节圆球(3)与底座(5)连接，底座(5)上设有用于锁紧万向调节球体(3)的锁紧装置；所述圆筒(1)上轴向间隔设有至少两圈螺纹孔，每圈至少有三个螺纹孔，同一圈的螺纹孔围绕圆筒(1)的轴线等间隔设置，螺纹孔的轴线与圆筒(1)的径向方向平行，螺纹孔中装有紧固螺钉(8)。
10.根据权利要求9所述的评价后交叉韧带重建术“杀伤角”效应的实验方法，其特征在于：所述韧带夹具包括U形臂(10)和螺纹杆(102)，所述U形臂(10)的两端设有与螺纹杆(102)适配的螺纹孔C(101)，U形臂(10)两端的两个螺纹孔C(101)正对。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110346207A (zh) * | 2019-04-19 | 2019-10-18 | 浙江省人民医院 | 一种前交叉韧带生物力学特性测量装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2759385Y (zh) * | 2004-11-19 | 2006-02-22 | 陈栋 | 膝关节生物力学试验仪 |
| CN204581290U (zh) * | 2015-04-08 | 2015-08-26 | 杭州锐健马斯汀医疗器材有限公司 | 一种用于快速测量肌腱直径的装置 |
| CN106908340A (zh) * | 2017-01-06 | 2017-06-30 | 南京市六合区人民医院 | 一种交叉韧带重建中移植肌腱的测试方法 |
-
2017
- 2017-11-29 CN CN201711232807.8A patent/CN108225908A/zh active Pending
Patent Citations (3)
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Non-Patent Citations (1)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN110346207A (zh) * | 2019-04-19 | 2019-10-18 | 浙江省人民医院 | 一种前交叉韧带生物力学特性测量装置 |
| CN110346207B (zh) * | 2019-04-19 | 2024-04-09 | 浙江省人民医院 | 一种前交叉韧带生物力学特性测量装置 |
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