持续与间歇机械振动对骨折愈合影响的实验研究

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1、持续与间歇机械振动对骨折愈合影响的实验研究Experimentalstudyontheeffectsofcontinuousandintermittentmechanicalvibrationsonbonefracturehealing作者姓名：段义磊专业名称：生物医学工程指导教师：朱伟民教授学位类别：工学硕士答辩日期：2015年05月31日前言近年来随着国内汽车行业的飞速发展，交通事故造成损伤的病人逐年增多。交通事故中，骨折的发生率极高，创伤性骨折为致伤、致残甚至危机生命的主要原因[1,2,3]。因此，随着交通伤致创伤骨折的日益增多，对于骨折术后能否完全愈合及如何避免不产生任何后遗症

2、，已成为临床医学上外科治疗领域中的一个非常大的难题。另一方面，在当今社会，随着人类生活质量和医疗条件等的提高人口老龄化问题也越来越明显，由骨质疏松性引起骨折的出现率为69.4%[4]，平均每年全世界有将近890余万起的骨折诱因和骨质疏松有关[5]。每年世界各个国家用于治疗外伤疾病的费用大概占全国整个医药费用的1/3，骨折及其相关并发症占外伤疾病的很大一部分，而且骨折术后不愈合或延迟愈合的发生率大约为骨折总数的5%-10%[6]。综上所述：如何降低骨折术后不愈合和延迟愈合的发生率，如何提高愈合质量已然成为目前临床骨折治疗的一个大难题。因此本文通过对动物实验的研究来探索关于促进骨折愈合、缩

3、短骨折愈合周期、提升骨折愈合质量的方法，为临床医学应用提供新的理论依据。I摘要持续与间歇机械振动对骨折愈合影响的实验研究目的：高频率低载荷机械振动可以促进骨折愈合，但是间歇性的高频率低载荷机械振动对于骨折愈合影响的研究相对较少。本研究通过宏观实验来探讨持续与间歇高频率低载荷机械振动对骨折愈合的影响。从而寻求一种较好的促进骨折愈合，避免骨折延迟愈合和骨不连的振动方式，为临床提供理论依据。实验方法：选取90只12月龄健康雌性小尾寒羊并随机分为10组，每组9只，包括对照组和实验组。对照组包括：基础对照组（不作任何处理，正常生长至实验结束）、假手术组（不骨折，只切开皮下组织后缝合包扎）、单纯内

4、固定组（不骨折，只用钢板固定处理后缝合包扎）、骨折对照组（骨折处理后自然愈合）；实验组包括：持续振动组（每天振动至实验结束）、间歇1天、3天、5天、7天、14天振动组（间歇N天振动组即振动N天，停止N天，之后再振动N天依次循环至实验结束）。实验组全部进行骨折处理。通过手术对需要骨折的组别构建羊右后跖骨骨折模型，实验组在术后2周开始振动实验（频率F=35Hz，加速度a=0.25g，持续振动，时间T=15min，只振动骨折一侧，对侧不振动，振动方向垂直于骨折断面）。术后8周处死，剔取羊跖骨通过X-射线扫描进行宏观影像学检测和力学压缩实验进行宏观生物力学性能检测。结果：（一）宏观影像学检测：

5、本实验应用X-光片半定量评估法。对各组样本进行影像分级（I-IV级），然后对各级别出现的百分率进行统计。结果显示：各组骨折样本的X-光片显示大部分为III级愈合，占总数的90%；各组中均有Ⅱ级愈合现象的出现，但数量很少，占总数的10%。从骨折处骨痂形成的体积、横截面积和数量上进行对比：相较于对照组,实验组的骨痂体积更大，横截面积更宽，数量更多。在实验组的所有组别中，间歇7天振动组的骨痂体积更大、横截面积更宽，数量更多；其他实验组的参数比较并未显示出统计性差异。（二）宏观力学性能检测：在反应骨骼的力学性能方面，我们主要通过压缩实验对各组样本的弹性模量进行检测。1、骨折线处：骨折对照组的弹

6、性模量略大于持续振动组和间歇7天振动组；间歇振动7天组的弹性模量略小于持续振动组，但均无显著性差异（p>0.05）。2、骨折线远端15mm处：骨折对照组的弹性模量小于持续振动组和间歇7天振动组I（p<0.05），显示出统计学差异；持续振动组小于间歇7天振动组，但无显著性差异（p>0.05）。3、骨折线远端25mm处：骨折对照组的弹性模量小于持续振动组和间歇7天振动组（p<0.05），显示出统计学差异；持续振动组小于间歇7天振动组，但无显著性差异（p>0.05）。结论：宏观影像学检测结果显示各组骨折样本90%都属于III级愈合，10%为Ⅱ级愈合，由于时间太短，振动对此结果影响不太明显，但

7、是从骨痂体积、数量和横截面积来看高频率低载荷机械振动有助于促进骨折处骨痂的生长，促进了骨折愈合，且间歇7天振动组的效果最好；宏观力学性能检测结果显示高频率低载荷机械振动对骨折处的弹性模量没有明显改善；但在骨折处附近，实验组的弹性模量明显提高，有利于骨的生长，且间歇7天振动的效果最好。综上所述，在骨折愈合过程中，施加高频低载机械振动有助于促进骨的生长和骨折愈合，且间歇7天的振动方式效果最好。关键词：骨折、高频率低载荷、机械振动、形态观察、力学性能