Автореферат и диссертация по медицине (14.00.22) на тему:Акустический анализ биомеханических свойств крупных сегментов нижней конечности при диафизарных переломах

□03056214

На правах рукописи

МИНАСОВ ТИМУР БУЛАТОВИЧ

АКУСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ БИОМЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КРУПНЫХ СЕГМЕНТОВ НИЖНЕЙ КОНЕЧНОСТИ ПРИ ДИАФИЗАРНЫХ ПЕРЕЛОМАХ

14.00.22 - травматология и ортопедия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Уфа - 2007

003056214

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Башкирский государственный медицинский университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию»

Научный руководитель: доктор медицинских наук,

профессор Никитин Валентин Викторович

доктор медицинских наук, Официальные оппоненты: профессор Загородний Николай

Васильевич

доктор медицинских наук, профессор Аскаров Аскар Фатович

Ведущая организация: Государственное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московская медицинская академия имени И.М. Сеченова»

Защита состоится _._.2007 года в_.00 часов на

заседании диссертационного совета К208.006.01. в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Башкирский государственный медицинский университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию» (450000 г. Уфа ул. Ленина, 3).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Башкирский государственный медицинский университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию». Автореферат разослан 20.03.2007 года.

Ученый секретарь

Диссертационного совета, д.м.н. Рахматуллина И.Р.

Актуальность исследования.

Повреждения и заболевания крупных сегментов скелета в настоящее время одна из ведущих медико-социальных проблем, актуальность которой заметно прогрессирует (Миронов С.П., 2004; Охотский В.П., 2005; Оганесян О.В., 2006; Ковалерский Г.М., 2002, 2004; Сергеев C.B., 2003, 2004, 2005; Ключевский В.В., 2005). Ежегодный рост травматизма составляет 2,5% в год (Миронов С.П., 2006). Наметившийся в последние годы рост повреждений крупных сегментов нижних конечностей нередко приводит к формированию грубых патомеханических нарушений, а традиционные сроки лечения уже не устраивают все возрастающим требованиям к скорейшей социальной реинтеграции. Пороки сращения, контрактуры смежных суставов и нейрососудистые нарушения являются причиной стойкой утраты трудоспособности и дезинтеграции пациентов. Тяжелые сочетанные травмы в 8 - 20,5% приводят к летальному исходу и в 12-43,8%) - к инвалидности (Сергеев C.B., 2004, 2006; Соколов В.А., 2006; Wojciech Marczyski, 2003, 2005).

Частота диафизарных переломов крупных сегментов нижней конечности составляет более 26,3 % от общего количества переломов длинных трубчатых костей (Краснов А.Ф., 1995; БейдикО.В., 2002). По данным Национального Центра Статистики Здоровья ежегодно на территории США происходит более 490000 переломов болыпеберцовой и малоберцовой костей (Praemer А., 1992), в то же время по данным национальной ассоциации остеопороза в 2003 году 44 миллиона американцев входили в группу риска по ос-теопорозу. Около 12,3 млн. человек в Российской Федерации из года в год получают различного рода повреждения (Миронов С.П., 2002, 2006). Так же, как и в США в России, основной причиной смертности наиболее активных в социальном плане людей возрастной категории до 40 лет, являются травматические повреждения, а среди подростков и юношей этот показатель достигает 80%. Фатальным явля-

ется то, что повреждения крупных сегментов скелета поражают генофонд нации, составляющего трудовые и оборонные резервы любого государства. Стабильно-функциональный остеосинтез в настоящее время является методом выбора лечения как при моно, так и при полиос-сальных повреждениях. Закрытый интрамедуллярный блокирующий остеосинтез является золотым стандартом лечения диафизарных переломов крупных сегментов скелета и имеет широкие показания к применению (Загородний Н.В., Сергеев C.B., 2003, 2005; Лазарев А.Ф., 2005; Ковалерский Г.М., 2002; Челноков А.Н., 2002, 2003, 2005; Семенистый А.Ю., 2002; Анкин Л.Н., Анкин Н.Л., 2002; Мюллер М.Е. и. др., 1996; Wojcíech Marczyski, 2003, 2005; Kotrych D. с co-авт 2004; Handolin L. et al. 2004; O Brien P.J., 2003; Pape H.C. et al., 2002). Однако диагностика и послеоперационный мониторинг подобного рода повреждений в настоящее время базируется на клинико-рентгенологической семиотике, которая имеет известный перечень недостатков и не позволяет оценить динамику биомеханических свойств синтезированного сегмента, что не удовлетворяет современным требованиям клинической практики.

Цель исследования

Улучшить результаты диагностики и послеоперационного мониторинга при диафизарных переломах крупных сегментов нижних конечностей.

Задачи исследования

1. Изучить варианты акустических характеристик крупных сегментов нижних конечностей у лиц различных типов телосложения.

2. Проанализировать нарушения биомеханических свойств крупных сегментов нижних конечностей при диафизарных переломах.

3. Провести анализ мягкотканой составляющей остео-метрических показателей при тестовых воздействиях на биоманекенах в эксперименте.

4. Сравнить акустические свойства системы кость-имплантат-кость в условиях внеочагового (аппарат Г.А. Илизарова), накостного (ЬС - БСР пластина) и интраме-дуллярного блокирующего остеосинтеза на экспериментальной модели поперечного перелома средней трети диа-физа болыпеберцовой кости.

5. Проследить динамику акустических характеристик крупных сегментов нижней конечности в раннем и отдаленном послеоперационном периоде в условиях различных способов остеосинтеза при переломах бедренной и больше-берцовых костей.

Основные положения выносимые на защиту

1. Акустический анализ является эффективным способом оценки биомеханических свойств крупных сегментов нижних конечностей.

2. Стабильно-функциональный остеосинтез восстанавливает количественные параметры звукопроводимости поврежденного сегмента в зависимости от траектории вектора напряжения шунтирующей системы.

3. Динамика нормализации акустических характеристик при переломах бедра и костей голени отражает течение репаративного процесса и восстановление структурной целостности поврежденного сегмента, что оптимизирует функциональную реабилитацию до появления рентгенометрических характеристик образования костной мозоли.

Научная новизна

Разработан способ регистрации биомеханических свойств длинных трубчатых костей, на основе возбуждения механическаих колебаний и регистрации акустических откликов в сегменте, включающий анализ времени, между откликами с ближайшего и отдаленного сейсмоприемника,

анализ каждого механического отклика по амплитудно-частотным характеристикам, сравнение их между собой и с противоположной конечностью (Патент РФ № 2289317, приоритет от 14.12.2004).

Для осуществления предложенного способа нами разработано устройство, включающее источник механического воздействия в виде электромагнита, соединенного с прерывателем электрической цепи и сейсмоприемники, располагающиеся на едином каркасе (положительное решение о выдаче патента № 2005126770, приоритет от 24.08.2005)

Изучены акустические характеристики системы кость-имплантат-кость при различных типах фиксации.

Обоснована возможность неивазивного перманентного мониторинга выраженности репаративного процесса при диафизарных переломах крупных сегментов нижней конечности в отдаленном послеоперационном периоде посредством анализа динамики акустических характеристик в сегменте дистальнее перелома в сочетании с клинико-рентгенологическими параметрами (патент РФ № 2286716, приоритет от 27.04.2005).

Практическая значимость

Предлагаемая методика диагностики переломов крупных сегментов скелета дает неоспоримые преимущества перед другими методами: за кратковременное обследование метод позволяет определить биомеханические свойства длинных трубчатых костей, метод является неин-вазивным, что снижает риск ятрогенных последствий, метод не несет лучевой нагрузки на пациента и персонал, метод легко воспроизводим, не требует дорогостоящей аппа-ратурйнедрение. Разработанные в процессе выполнения данного научного исследования критерии диагностики биомеханических свойств у пациентов с переломами бедра и болыдеберцовой кости внедрены в клиническую практику ортопедических и травматологических отделений г.Уфы. Материалы диссертации включены в рабочую программу

преподавания травматологии и ортопедии в Башкирском государственном медицинском университете (для врачей-интернов, клинических ординаторов, слушателей института последипломного образования, студентов V и VI курсов БГМУ).

Публикации и апробация работы

По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, получено 3 патента на изобретения. Основные положения диссертации доложены и обсуждены: на ежегодной научно-практической конференции студентов и молодых ученых БГМУ в 2001, 2003, 2006 годах, на республиканском конкурсе научных работ в 2002, 2004 году, на международном конгрессе морфологов в 2002 году, на всероссийском конгрессе морфологов в 2006 году, на заседании ассоциации травматологов и ортопедов Республики Башкортостан в 2006, 2007 годах. По материалам работы получен диплом министерства образования и социального развития Российской Федерации за лучшую научную студенческую работу в ВУЗах Российской Федерации в 2003 году, диплом за лучшую научную работу в ВУЗах Республики Башкортостан в 2002, 2004 годах, получен грант российского фонда фундаментальных исследований № 05-08-33544-а.

Объем и структура диссертации

Диссертация построена по классической схеме, состоит из введения, пяти глав, выводов, практических рекомендаций, заключения и указателей литературы (55 отечественных и 100 зарубежных источников), текст иллюстрирован 74 рисунками 21 таблицами.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность исследования, сформулированы его цели и задачи, указана новизна, практическая ценность работы.

В главе 1 представлен обзор литературы, включающий в себя сведения, отражающие современные взгляды на акустический анализ биомеханических свойств длинных трубчатых костей.

В главе 2 представлены общая характеристика клинического материала и методов исследования. Был произведен ретроспективный анализ непосредственных результатов лечения 129 пациентов с диафизарными переломами крупных сегментов нижних конечностей, прооперированных в клинике травматологии и ортопедии БГМУ за период с 2004-2006 годы. Мужчины составили 83 человека, женщины 46. Проверка гипотезы о нормальности распределения обследуемых по возрасту произведена визуально графическим методом и методом хи-квадрат (х2 = 82, р=0,0451) (Рис. 1). Критерием включения в группы было наличие переломов 42 А,В,С и 32 А,В,С по классификации АО/А8Ш, по поводу которых был произведен остеосинтез. Основную группу составили 89 пациентов, прооперированных методом закрытого интрамедуллярного остеосинтеза, контрольную группу 43 пациента, прооперированных методом накостного остеосинтеза. Средний возраст пациентов 34,2 года (от 18 до 52 лет).

По видам травматизма пациенты распределились следующим образом: уличная травма - 41 человек, бытовая травма - 9 человек, травма в следствии ДТП вне автомобиля

Гистограмма (рзслредепанив пациентов по в аз о а сту) - Ожидаемое нормальное распределение

, / / " л \

/ , •

/

1 / 1 'Л \

20 25 30 35 40 45 50 55 возраст

Рис. 1. Распределение пациентов по возрасту

- 29 человек, травма в следствии ДТП внутри автомобиля -25 человек, производственная травма 20 человек, прочие 4 человека.

Исследуемые группы больных формировались с учетом клинико-инструментального обследования и динамического наблюдения. В работе представлены данные клинических, инструментальных и биометрических методов исследования пациентов с переломами длинных трубчатых костей, прооперированных методом закрытого интрамедул-лярного блокирующего и накостного остеосинтеза. При клиническом анализе проводили осмотр поврежденной области. Начинали с изучения визуальных изменений крупных сегментов скелета, отмечая состояние мускулатуры и характер компенсаторных изменений. Производилась оценка оси конечности, определялись объем движений в смежных суставах, регистрировались длина сегмента, окружности конечностей и мышечная Сила.

Для выявления локализации, характера патологии и динамического наблюдения применялась рентгенография патологических сегментов, которая проводилась на аппаратах - Emerix TEL 1 (универсальная рентгенологическая установка) фирмы General Electric и передвижной рентгенологической установке Practix 100+ фирмы Phillips. Данный метод обследования пациентов выполнялся с целью диагностики, контроля за течением процесса сращения и положения отломков, оценки результатов лечения в отдаленные сроки.

Для выявления вариантов нормы акустических характеристик крупных сегментов нижних конечностей обследовано 82 студента добровольца, обоего пола в возрасте от 17 до 23 лет. Критерием включения в группу обследуемых было отсутствие в анамнезе повреждений и заболеваний опорно-двигательной системы, нарушений обмена веществ и каких-либо хронических заболеваний. Мужчин было 54, женщин 28, средний возраст 20,3 года (%2=124, р=0,0234) (Рис.2).

Для выявления особенностей анатомического строения применялись методы стандартной и оригинальной со-матометрии, включающие детальную соматометрию конечностей. Типы телосложения определялись по В.Н. Шевку-ненко на основании оценки комплекса соматометрических признаков: долихоморфному типу свойственно узкое и короткое туловище при относительно длинных конечностях, брахиморфному - широкое и длинное туловище при относительно коротких конечностях, мезоморфный тип занимает промежуточное положение, кроме того, долихоморфному типу телосложения соответствует индекс массы тела от 14,0 до 20,0 кг/м2; мезоморфному типу от 20,1 до 25,0 кг/м2; брахиморфному от 25,1 кг/м2 и выше. Долихоморфный тип конституции (астеники) установлен у 22 (26,8%) лиц, мезоморфный (нормостеники) - у 34 (41,5%), брахиморфный (гиперстеники) - у 26 (31,7%).

Биомеханические свойства крупных сегментов нижней конечности изучались при помощи разработанного программно-аппаратного комплекса. На участок кости оказывалось механическое воздействие, с последующим анализом механических откликов при помощи измерительной аппаратуры. У каждого обследуемого анализировались аку-

Гистограмма (раепределние обследуемьм по возрасту) -........ожидаемое нормальное распределение

15 16 17 16 19 20 21 22 23 24 25 возраст

Рис. 2. Распределение обследуемых по возрасту

стические характеристики бедренной кости и костей голени правой и левой нижней конечности, всего 328 измерений. При исследовании бедренной кости сейсмодатчики размещались на надмыщелках бедренной кости, механическое воздействие осуществлялось в проекции большого вертела бедренной кости, при исследовании костей голени сейсмодатчики располагались по передне-медиальной поверхности болыдеберцовой кости в верхней и нижней трети диафиза на расстоянии 10 см. друг от друга, на наружной и внутренней лодыжке, в то время как механическое воздействие осуществлялось на бугристость болыиеберцовой кости.

Параметры выявленные на проксимальном сейсмопри-емнике принимались за 100%. Осуществлялся ударный тест, и тестовое вибрационное воздействие, механические отклики анализировались по времени появления и амплитудно-частотным характеристикам.

В качестве диагностических датчиков использовались датчики ускорения (акселерометры), подключенные через АЦП к ЭВМ. При этом датчики располагались на коже, с величиной прижатия выше порогового значения равного 2,2 массы датчика. Система обработки информации была представлена многоканальным аналогово-цифровым преобразователем, получающим информацию от всех датчиков в виде электрического аналогового сигнала, в котором он усиливается, оцифровывается и передается на расшифровку в ЭВМ. Обработка сигналов поступающих от АЦП производилась при помощи программы, позволяющей выделить в них цифровые характеристики, которые преобразовывались в визуальной форме на дисплее компьютера и сохранялись в базе данных.

Для анализа величины влияния мягких тканей на остео-метрические показатели, было проведено экспериментальное исследование макетов болыиеберцовой кости с композитными изоляторами различной толщины, а так же остео-метрия анатомических препаратов, полученных путем пре-

паровки сегментов нижних конечностей трупов лиц, умерших не по причине травм или заболеваний опорно-двигательной системы.

В ходе исследования полученные данные обрабатывались с помощью методов описательной статистики, а для сравнения групп больных использовались методы непараметрической статистики, в частности двухвыборочный критерий Колмагорова - Смирнова. Гипотеза о нормальности распределения проверялась визуально-графическим методом посредством сравнения выборки с ожидаемым нормальным распределением, а так же методом хи-квадрат. Исследованы следующие показатели описательной статистики: количество пациентов, среднее значение, доверительный интервал, минимальные и максимальные значения, стандартное отклонение, стандартная ошибка. Статистическая обработка полученных данных отражена в виде структурных графиков и таблиц. Анализ зависимости нескольких изучаемых параметров друг от друга производился посредством корреляционного анализа с вычислением коэффициента Пирсона.

Теоретические основы метода изложены в главе 3. На первом этапе исследования проведен компьютерный анализ распространения механического импульса в трубчатом сегменте. В результате проведенного анализа было выявлено, что после одиночного удара на протяжении трубчатого сегмента возникают затухающие экспоненциальные колебания, при этом, по мере удаления от источника механического воздействия уменьшается амплитуда колебаний, в то время как частота, длительность импульса и степень затухания остаются неизменными (Рис.3). После подачи на аналогичный объект вибрационного воздействия на протяжении сегмента распространяются вибрационные колебания с частотой генератора, при этом по мере удаления от источника амплитуда механических откликов так же снижается (Рис.4).

Математический анализ механических откликов выполнялся при помощи разработанного программного паке-га, позволяющего центрировать данные с последующим спектральным анализом. Амплитудный анализ производился на основе аппроксимации механического отклика уравнением У ** кп1(х). Частотный анализ осуществлялся посредством преобразования Фурье, а анализ степени затухания - посредством аппроксимации уравнением У = е"\ Математические характеристики, включали рассчитанную амплитуду, частоту, степень затухания откликов. Вычисленные математические характеристики откликов заносились в предварительно созданную базу данных обследуемого для дальнейшей обработки и хранения.

Для экспериментального определения акустических характеристик систем кость-имплантат-кость были проанализированы 3 группы макетов большеберцовой кости с поперечным переломом в средней трети диафиза, которые были фиксированы ЬС-ОСР пластиной, аппаратом Г.А. Илизарова и и нтр аме д у л лярн ым блокированным гвоздем. Контрольную группу составили интакгные сегменты большеберцовой кости. На каждом образце в верхней и нижней трети диафиза размещались сейсмодатчики на 5 см. выше и ниже места перелома, механическое воздействие оказывалось на бугристость большеберцовой кости.

Рис. 3. Механические отклики в сегменте после тестового удара.

Рис. 4. Механические отклики в сегменте после вибротеста.

Исследованию были подвергнуты группы макетов в которых был сформирован диастаз между отломками. При этом фиксация отломков между собой, а значит и проведение механического импульса осуществлялась только через металлоконструкции. Интактный образец с наличием диастаза закономерно не выявил отклика на дистальном сейс-моприемнике. Образцы, фиксированные пластиной восстанавливали амплитуду сигнала до 12,2±3%, аппарат Г.А. Илизарова восстанавливал амплитуду до 29,6±3%, образцы с блокированным гвоздем восстанавливали амплитуду до 33,7 ± 3%, кроме того, у образцов фиксированных гвоздями была выявлена наименьшая разница во времени между откликами. Частоту и степень затухания колебаний у макетов с пластиной и аппаратом Г.А. Илизарова проанализировать не удалось в силу низкой амплитуды сигналов. На втором этапе произведен анализ аналогичных образцов болынеберцовой кости в условиях контакта между отломками и осевой компрессии. В результате проведенного исследования отмечено, что после ударного тестового воздействия на дистальном сейсмоприемнике интактных образцов регистрируется снижение амплитуды по сравнению с проксимальным сейсмоприемником в среднем до 69,5±3%, при этом частота и степень затухания механического отклика дисталыюго сейсмоприемника достоверно не отличаются от проксимального (р=0,084). При аналогичном исследовании образцов с накостной пластиной зафиксирована амплитуда 81,7±3%, частота при этом составляет 16%, степень затухания увеличена до 157,3±3%. При исследовании образцов с аппаратом Г.А. Илизарова разница амплитуд составила 89,3±3%, частота была снижена до 39,6%, степень затухания увеличена до 193,1±3. Испытуемые образцы с блокированным гвоздем продемонстрировали

восстановление амплитуды до 92,4±3%, (р<0,05), частота отклика с дистального сейсмоприемника составила 34,8%, степень затухания увеличена до 123,7%.

Исследование акустических характеристик систем кость-имплантат-кость при различных способах фиксации позволило заключить, что максимальная амплитуда механических откликов отражает первично-напряженное состояние отломков. Было выявлено, что синтезированный перелом обладает большей звукопроводностью, чем ин-тактный образец, это свидетельствует о том, что любой вид остеосинтеза создает достаточное первично-напряженное состояние отломков.

При этом наиболее оптимальное восстановление акустических характеристик было выявлено у макетов с поперечным переломом в средней трети диафиза, синтезированных блокированным гвоздем, которые обеспечили среднее восстановление амплитуды до 92±3%, по сравнению с проксимальным сейсмодатчиком. Кроме того, образцы этой группы обнаружили незначительность повышения степени затухания и задержку по времени, что отражает наиболее оптимальное восстановление механической прочности изучаемой системы. Сопоставимые параметры были выявлены при фиксации аппаратом Г.А. Илизарова. Испытуемые образцы с накостной пластиной показали наименее оптимальные амплитудно-частотные характеристики, продемонстрировав наименьшую максимальную амплитуду (р<0,05).

Результаты прямой и не прямой остеометрии позволили изучить величину влияния мягких тканей. На первом этапе возбуждение колебаний и прием откликов осуществлялся непосредственно с макетов, выявленные показатели при этом тесте были приняты за 100%. Возбуждение колебаний в сегменте осуществлялось на участок кости, покрытый одним слоем изолятора. У второй серии экспериментальных моделей возбуждение и прием колебаний осуществлялись через изолятор. Выявлено снижение амплитуды колебаний до 93,7±3%, не выявлено достоверных изменений частоты и степени затухания откликов (р = 0,082). Отдельная серия моделировалась максимально приближенно к реальным условиям. Для этого моделировался сегментар-

ный перелом, возбуждение колебаний и прием откликов осуществлялся через изоляторы. Амплитуда откликов с дистальных сейсмоприемников как при ударном воздействии, так и при вибрационном тесте была менее 5% по сравнению с проксимальной группой, механический импульс полностью поглощался мягкими тканями.

Для анализа величины влияния толщины мягких тканей на остеометрические показатели был проведен корреляционный анализ. Мерой коррелированное™ служил коэффициент Пирсона. Первая серия экспериментов акустических исследований проводилась при помощи одного слоя полимерного изолятора толщиной 5мм, механическое воздействие наносилось на кость, прием осуществлялся через один слой изолятора. Вторая серия аналогичных тестов была произведена при наличии между костью и сейсмопри-емником 2 и 3 слоев изолятора. В результате проведенного анализа были установлены коэффициенты корреляции толщины моделированных мягких тканей и выявленных остеометрических показателей. Кр^опСголщина изоляторов, амплитуда откликов)= -0,87, что свидетельствует об отрицательной зависимости. При этом толщина тканей 5 мм. достоверно не снижает амплитуду, однако после 10 мм. наблюдается отрицательная коррелированность и почти линейная зависимость. При толщине более 15 мм, показатели становятся не достоверными. Кр^опСголщина изоляторов, частота откликов)^ - 0,42, отражает слабую отрицательную зависимости параметров. Кр;Г50П(толщина изоляторов, степень затухания откликов) = 0,39, что говорит о слабой положительной коррелированности параметров. Таким образом, при наличии мягких тканей между костью и источником колебаний менее 5мм, снижение амплитуды колебаний при вибрационном и тестовом ударном воздействии составляет не более 5%. Достоверное снижение амплитуды колебаний наблюдается при увеличении толщины мягких тканей более 10мм (р<0,01). При анализе частоты колебаний в диапазоне мягких тканей 5-15 мм. достоверных различий

не выявлено (р>0,05), однако отмечена слабая отрицательная линейная зависимость. При анализе степени затухания откликов достоверной зависимости от толщины мягких тканей так же не выявлено.

Анализ величины влияния мягких тканей был произведен на материале анатомических препаратов. На первом этапе возбуждение колебаний и прием откликов осуществлялся с кожи анатомических препаратов. На втором этапе исследования биоманикенов возбуждение колебаний и прием откликов осуществлялся непостерственно с кости, после препаровки мягких тканей (кожи, подкожной жировой клечатки, надкостници). В процессе проведенного исследования было установлено, что у биоманикенов с толщиной мягких тканей не более 12 мм, снижение амплитуды механических откликов как при ударном, так и при вибрационном тесте в среднем составило не более 7,5±3%, по сравнению с накостным расположением сейсмоприемни-ков, в то время как достоверных отличий частоты и степени затухания не отмечено. При исследовании биоманикенов с толщиной мягких тканей 12-14 мм. зафиксировано снижение амплитуды до 18,4±3%, достоверных различий частоты и степени затухания не выявлено. При толщине мягких тканей более 15 мм. снижение амплитуды составляет более 25,3%, частота и степень затухания снижены до 20%, что отражает выраженную степень поглощения механического импульса в мягких тканях. Акустический анализ анатомических препаратов показал, что толщина мягких тканей между костью и сейсмоприемником, между костью и источником механического воздействия менее 12 мм. не значительно снижает амплитуду колебаний при тестовых ударах и вибротестах, в то время как разность фаз, частота и степень затухания откликов не изменяются.

В главе 4 были проанализированы средне популяцион-ные варианты нормы акустических характеристик крупных сегментов нижних конечностей у лиц различных типов телосложения. В результате исследования достоверных от-

личий акустических характеристик правой и левой нижней конечности не отмечено, так же не выявлено возрастных отличий. Наибольшая скорость распространения механического импульса по диафизу болынеберцовой кости (3471±50 м/с), наименьшая разница амплитуд между проксимальным и дистальным сейсмоприемниками (34,7%), зафиксирована у лиц мужского пола брахиморфного типа телосложения. Наименьшая скорость распространения импульса по диафизу болынеберцовой кости (3233±50 м/с), наибольшая разница амплитуд откликов с дистальных сейсмоприемников по сравнению с проксимальным (42,2%) была зафиксирована у лиц женского пола долихоморфного типа телосложения. Промежуточные параметры отмечены у лиц мезоморфного типа телосложения. Достоверных отличий частоты и степени затухания между проксимальным и дистальным сейсмодатчиками не выявлено ни в одной группе. Сопоставимые амплитудно-частотные характеристики отмечены при анализе акустических свойств бедренных костей обследуемых.

Результаты клинических исследований представлены в главе 5. В процессе исследования были проанализированы нарушения акустических характеристик крупных сегментов нижних конечностей при диафизарных переломах. При диафизарном переломе болынеберцовой кости сейсмопри-емники располагались на коже проксимальнее и дистальнее места перелома, при этом дистальные сейсмоприемники позиционировались на переднее-медиальной поверхности голени или внутренней лодыжке в зависимости от состояния мягких тканей. Механическое воздействие осуществлялось в проекции бугристости болынеберцовой кости. При диафизарном переломе малоберцовой кости сейсмодатчик располагался на наружной лодыжке, меха ническое воздействие осуществлялось в проекции головки малоберцовой кости. При диафизарном переломе бедренной кости сейс-модатчики располагались на надмыщелках бедра, механическое воздействие осуществлялось в проекции большого

вертела бедренной кости. Механические отклики сравнивались со здоровой конечностью.

Клинический пример. Пациент Л, 31 год. Диагноз: со-четанная травма, закрытая черепно-мозговая травма, закрытый оскольчатый перелом средней трети диафиза левой бедренной кости, закрытый оскольчатый перелом средней трети диафиза обеих костей левой голени со смещением. Па дистальных сейемоприемниках поврежденной бедренной кости отмечено снижение амплитуды откликов до 8,3±5% по сравнению с иптактной правой бедренной костью. Сейсмоприемники установленные в нижней трети голени зафиксировали снижение амплитуды откликов до 12,5+5%. по сравнению с нижней третью правой голени. Сейсмоприемники установленные на наружной лодыжке зафиксировали снижение амплитуды откликов до 6,3+5%, но сравнению правой малоберцовой костью. Проведенное оперативное вмешательство, закрытая репозиция, ретроградный лятрамедухлярвый оетеосинтез бедренной кости н интра-медуллярный остеосинтез больгаеберцовой кости восстановили амплитуды откликов до 87,4+5% и 93,5±5% соответственно, Сейсмограммы представлены на рис 5. Было отме-

Белкимб* рцьв ш

Б|Д11И*|4* НИТк №.11 ОП«|ЯЦИМ

__ IV«-

]'ис. 5. Рентгенограммы и сейсмограммы бедренных костей и костей голени пациента Л., до операции и на 3 сутки после закрытой репозиции, интра медуллярного оетеосянтеза.

чено, что оперативная фиксация отломков приводила к восстановлению акустических характеристик, пропорционально стабильно-функциональным эффектам остеосинтеза. Наиболее оптимальные параметры звукопроводимости зафиксированы при интрамедуллярном блокирующем остео-синтезе (до 92,3±5%) по сравнению с проксимальным сейсмоприемником); приближенные свойства были выявлены в условиях внеочагового остеосинтеза аппаратом Г.А. Илизарова (до 87,3±5%); накостный остеосинтез достоверно отличался от двух предидущих способов остеосинтеза (72,4±5%, р<0,05). Тем не менее, все проанализированные способы остеосинтеза восстанавливают амплитуду механических откликов при вибротестах и тестовом ударном воздействии, в результате чего амплитуда становится больше, чем на здоровой конечности, в то время как разность фаз при вибротестах, частота и степень

затухания откликов остаются на низких значениях, что сопоставимо с результатами экспериментальных исследова ний.

Динамика акустических свойств крупных сегментов нижних конечностей после оперативного лечения по поводу диафизарных переломов прослежена у 34 пациентов после интрамедуллярного блокирующего остеосинтеза (боль-шеберцовая кость 28 пациентов, 6 бедренная кость) и у 27 пациентов после накостного остеосинтеза (больше берцовая кость 19 пациентов, 8 бедренная кость). Пациент X. 43 лет. Диагноз: закрытый поперечный перелом обеих костей левой голени со смещением отломков. Произведена закрытая репозиция, первично-динамический интрамедуллярный олокируемый остеосинтез. Первичные рентгенограммы и сейсмограммы представлены на рис. 6. Амплитуда откликов дистальнее перелома восстановлена до 93,4±5%. Плановое обследование проведено через 8 недель после операции, через 25 недели и через 48 недель. Через 8 недель после операции частота откликов дистальнее перелома составила 20,2 ± 3%, степень затухания

140,3±3%. На рис. 7 представлены сейсмограммы пациента Х-ва в отдаленном послеоперационном периоде. В 25 неделе наблюдения отмечены параметры сопоставимые со здоровой конечностью: 80,6±3%, 1 (6,4±5%. На 47 неделе после операции металлокострукция удалена, акустических отличий со здоровой конечностью не выявлено.

Динамика акустических характеристик у пациентов двух групп представлена на рис. 8. У больных, прооперированных методом Закрытого интрамедуллярногО остеосинтеза отмечено более раннее восстановлен не частотных параметров звукопроводимости дистальнее перелома, сопоставимое со здоровой конечностью в сроки от 8 до 12 недель, в то время как динамика сейсмограмм у пациентов, прооперированных методом пакостного остеосинтеза в сроки 16-18 недель свидетельствовала о существенных отличиях со здоровой конечностью. В сроки наблюдений 24-26 недель, при нормальном течении репаративногй процесса отличий амплитуд и частот при сравнении со здоровой конечностью в обеих группах не выявлено. По еле удаления металлоконструкций отмечается снижение амплитуд откликов. дистальнее сросшегося перелома до параметров, сопоставимых со здоровой конечностью.

Рис. 6. Первичные ренгенограммы и сейсмограммы пациента Х-ва, и на 3 сутки после остеосинтеза.

Рис. 7. Рентгенограммы м сейсмограммы пациента Х-ва, на 25 и 48 неделе после остеосинтеза.

В отдаленном послеоперационном периоде у пациентов обеих групп проанализировано восстановление всех количественных параметров звукопроводимости. Было отмечено, что изменения частот и степеней затухания механических откликов при тестовом ударном воздействии и разность фаз при вибротестах отражают механические свойства формирующихся регенератов. Сопоставление динамики частотных характеристик механических откликов, зафиксированных с сейсмодатчиков, позиционированных дистальнее переломов в отдаленном послеоперационном периоде с динамикой образования интермедиарной, интра-медуллярной и периостальной костной мозоли, выявило опережение изменений на ренгенограммах в среднем на 3-4 недели, что совпадало с субъективной оценкой пациентов о безболезненной опорности синтезированного сегмента.

При подографическом исследовании в первые 8 недель, выявлены патологические параметры фаз опоры и ходьбы в обеих группах (смещение траектории центра давления в здоровую сторону, значительная асимметрия совместного давления под стопами - «бабочка» с разными по форме и размеру «крыльями»). В последствии, уже через 16 недель в основной группе больных прооперированных методом закрытого интрамедуллярного блокирующего ос-

4-—+"—и

Сроки критерий Кол наго ров а Р

1 42,00 0.05

8 39,00

24 62,00 0,2735

48 103,00 0.34; г

Сроки критерий Колмагорова р

1 124,00 0,1286

8 63.00 <0.05

24 58,00 <0,05

48 61.00 0,2354

Сроки критерий Колмагорова Р

1 121,00 0,3762

8 21.00 <0,05

24 17,00 <0,05

48 92.00 0,1823

Рис. 8. Динамика акустических характеристик пациентов двух групп.

теосинтеза замечены биометрические показатели с положительной динамикой. При ходьбе траектория центра давления левой и правой стопы на опору представляла собой плавную линию, проходящую вдоль продольной оси стопы от центра пятки до середины переднего отдела стопы, с умеренным отклонением в патологическую сторону. В динамике через 24 недели у больных основной группы наблюдалась одинаковая структура центра давления под стопами для левой и правой стопы и траектория общего центра давления выглядит в виде бабочки с одинаковой формой и размером «крыльев». При сравнительном анализе показателей подографического исследования у пациентов обеих исследуемых групп отмечено восстановление траектории центра давления левой и правой стопы на опору в два раза быстрее у больных основной группы, прооперированных методом закрытого интрамедуллярного блокирующего остеосинтеза, чем у пациентов контрольной группы.

Современныый уровень развития медицины, в частности ежедневной клинической практики, требует оптимизации инструмантального и параклинического сопровождения диагностики, лечения и мониторинга больных с длительными сроками восстановления, которые имеют место при диафизарных переломах крупных сегментов скелета. Биометрическая оценка первично напряженного состояния синтезированных сегментов скелета, а так же восстановление эласто-упругих свойств в последующем оптимизирует клинико-иструментальную оценку оптимальности сращения переломов, делают реальным раннее прогнозирование пороков сращения и оптимализируют функциональную реабилитацию в условиях непрерывного мониторирования.

Выводы

1. Крупные сегменты нижних конечностей имеют стабильные акустические характеристики, зависящие от антропометрических свойств индивидуума. Отличительные показатели были выявлены у лиц мужского пола брахиморфного типа телосложения и меньшие у лиц женского пола долихоморфного типа телосложения.

2. Структурная несостоятельность крупных сегментов нижних конечностей при диафизарных переломах сопровождается нарушением акустических свойств зависящих от характера и степени стабильности перелома, при этом отсутствие механических откликов дистальнее перелома свидетельствует о полном смещении отломков.

3. Толщина мягких тканей не влияет на разность фаз, частоту и степень затухания откликов при тестовых ударном и вибрационном воздействии. При наличии мягких тканей более 12 мм, отмечается линейная зависимость снижения амплитуды откликов, пропорциональная толщине тканей.

4. Экспериментальное и клиническое исследование акустических характеристик систем кость-имплантат-кость при поперечном переломе в средней трети диафиза в условиях различных способов фиксации позволили установить прямую зависимость восстановления амплитуды откликов дистальнее перелома от качества первично напряженного состояния отломков. Наиболее оптимальные амплитудные параметры были выявлены при полной репозиции и стабильной фиксации отломков в условиях интрамедуллярного блокирующего остеосинтеза (93,5±5%,), сопоставимые параметры были выявлены при внеочаговом остеосинтезе аппаратом Г.А. Илизарова (87,3±5%), в то время как фиксация накостной пластиной (ЬС-БСР) восстанавливает амплитуду до 79,7±5%.

5. Изучение непосредственных и отдаленных результатов лечения переломов бедренной и болыпеберцовой костей позволило установить, что по мере сращения перелома происходит восстановление разности фаз, частоты и степень затухания откликов при тестовых ударном и вибрационном воздействиях. При интрамедуллярном остеосинтезе восстановление частотных характеристик звукопроводимости происходит в среднем в 1,3 раза быстрее, чем при накостном остеосинтезе.

Практические рекомендации

1. Клинико-акустический анализ биомеханических свойств длинных трубчатых костей при диафизарных переломах крупных сегментов нижней конечности отражает степень стабильности переломов и эффективность остео-синтеза.

2. Объективная оценка течения репаративного процесса при диафизарных переломах бедра и костей голени, а так же раннее выявление пороков сращения должно строится не только на основе клинико-рентгенологических, но и на основе биомеханических свойств пораженного сегмента.

3. Акустический анализ биомеханических свойств крупных сегментов нижней конечности является дешевым и легко воспроизводимым методом неинвазивной остео-метрии, обладающим высокой информативностью при диафизарных переломах бедренной и болыпеберцовой кости.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Минасов Т.Б., Мпнасов И.Б. Программно аппаратный комплекс для днагностикрг повреждений и заболеваний длинных трубчатых костей // Сборник материалов 69-й итоговой республиканской научной конференции студентов и молодых ученых с международным участием «Вопросы теоретической и практической медицины» Уфа 2004., стр. 81-82

2. Минасов Т.Б., Минасов И.Б. Зависимость акустических свойств кости как органа от антропометрических параметров индивидуума. // Сборник материалов 70-й юбилейной итоговой республиканской научной конференции студентов и молодых ученых с международным участием «Вопросы теоретической и практической медицины». Уфа 2005., стр. 53-55.

3. Минасов Т.Б. Акустические свойства систем кость-имплантат при различный способах фиксации. Здравоохранение Башкортостана, специальный выпуск №3, Уфа 2005., стр. 62-64

4. Минасов Т.Б. Способ диагностики повреждений и заболеваний длинных трубчатых костей. // Сборник материалов 71-й итоговой республиканской научной конференции студентов и молодых ученых с международным участием «Вопросы теоретической и практической медицины». Уфа 2006., стр 43-45

5. Стрижков А.Е., Минасов Т.Б., Бакусов Л.М., Насы-ров Р.В., Минасов И.Б. Ударно-волновая диагностика механизмов структурной самоорганизации костной ткани длинных трубчатых костей. // Морфологические ведомости №12, Москва-Берлин 2006., стр. 283-286.

Изобретения

1. Минаеов Т.Б., Стрижков А.Е. Способ регистрации биомеханических свойств длинных трубчатых костей. Патент РФ № 2289317, приоритет 14.12. 2004.

2. Минаеов Т.Б., Минаеов И.Б. Способ диагностики выраженности репаративного процесса при переломах длинных трубчатых костей. Патент РФ № 2286716, приоритет 27.04.2005

3. Минаеов Т.Б, Бакусов Л.М, Насыров Р.В. Устройство для диагностики биомеханических свойств длинных трубчатых костей. Решение о выдаче патента № 20056770/14, приоритет 25.08.2005.

Минасов Тимур Булатович

Акустический анализ биомеханических свойств крупных сегментов нижней конечности при диафизариых переломах

14.00.22 ~ траваматоло! ия м ортопедия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Лицензия Я» 0177 01 10.06.96 г. Подписано в печать 12.03.2007г. Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Формат 60x84'/к,. Усл.-печ. л. 1,5. Уч.-изд. л. 1,7. Тираж 100 экз. Заказ №419.

450000. г. Уфа, уд. Ленина. 3. ГОУ ВПО «Башкирский государственный медицинский университет РОСЗДРАВА»