微創(chuàng)雙板矯治漏斗胸的術(shù)中力學(xué)測(cè)量及影響因素*

徐 波 劉吉福 譚 健 葉金鐸 劉克強(qiáng) 張春秋

(北京軍區(qū)總醫(yī)院胸外科，北京 100700)

·論著·

微創(chuàng)雙板矯治漏斗胸的術(shù)中力學(xué)測(cè)量及影響因素*

徐 波 劉吉福**譚 健 葉金鐸①劉克強(qiáng) 張春秋①

(北京軍區(qū)總醫(yī)院胸外科，北京 100700)

目的探討微創(chuàng)雙矯形板矯治漏斗胸的生物力學(xué)及影響因素。方法2012年7月～2013年2月，連續(xù)對(duì)38例漏斗胸(兒童組和成人組各19例)行微創(chuàng)雙矯形板矯治術(shù)。術(shù)前測(cè)量胸圍、身高和體重；胸部CT掃描三維重建并測(cè)量漏斗胸指數(shù)(Haller index，HI)。用微創(chuàng)方法矯治，術(shù)中均使用2根矯形板；并用電子顯示拉力計(jì)測(cè)量抬舉胸骨單純成形力、施壓成形力和矯形板支撐壓力，專用軟件分析。結(jié)果38例用2根矯形板術(shù)中所測(cè)支撐胸壁的壓力成人組高于兒童組，但僅有下板施壓成形力[成人(207.2±37.0)N，兒童(175.2±36.8)N，t=2.670，P=0.011]和上板的矯形板壓力[成人(75.1±21.9)N，兒童(60.6±13.7)N，t=2.249，P=0.020]，2組差異有顯著性(P<0.05)；2組組內(nèi)比較上、下板壓力差異均無(wú)顯著性。成人組下板單純成形力、施壓成形力和上板施壓成形力與胸圍顯著正相關(guān)(r=0.545、0.681、0.581，P=0.016、0.001、0.009)，上板和下板單純成形力、施壓成形力與體重顯著正相關(guān)(r=0.504、0.704和0.483、0.614，P=0.028、0.001和0.036、0.005)；而3個(gè)壓力與身高無(wú)關(guān)。兒童組3個(gè)壓力與身高、體重、胸圍均無(wú)關(guān)。結(jié)論微創(chuàng)矯治漏斗胸術(shù)中胸廓成形力成人高于兒童，抬舉胸骨壓力強(qiáng)度與成人的胸圍、體重有關(guān)。

漏斗胸； 微創(chuàng)外科治療； 矯形力學(xué)

漏斗胸微創(chuàng)矯治的生物力學(xué)研究目前僅限于有限元分析[1～4]，而術(shù)中胸廓成形的生物力學(xué)變化少有報(bào)道。我們2012年7月～2013年2月連續(xù)對(duì)38例漏斗胸行微創(chuàng)雙矯形板矯治，分析矯形過(guò)程中胸廓成形的力學(xué)變化及影響因素，報(bào)道如下。

1 臨床資料與方法

1.1 一般資料

本研究經(jīng)我院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(201206069)。患者術(shù)前簽署手術(shù)知情同意書(shū)(包括術(shù)中測(cè)壓內(nèi)容)。

病例選擇標(biāo)準(zhǔn)：①漏斗胸診斷明確，胸部CT顯示胸骨或(和)肋軟骨對(duì)心臟有壓迫；②胸骨和相連肋軟骨凹陷范圍廣泛；③無(wú)相關(guān)手術(shù)禁忌證。

本組38例，男33例，女5例。兒童組(<18歲)19例，年齡11～17歲；成年組(≥18歲)19例，年齡18～44歲。31例有癥狀(可以是一種癥狀或2、3種癥狀共存)，其中活動(dòng)耐力低20例，胸悶或偶有胸痛16例。胸部體格檢查和胸部正側(cè)位片、胸部CT、胸廓三維成形提示Ⅰ型17例，Ⅱ型21例。漏斗胸指數(shù)(Haller index, HI)3.2～7.50，4.18±1.10。見(jiàn)表1。

表1 2組漏斗胸的一般資料(n=19)

1.2 方法

1.2.1 測(cè)壓裝置 電子顯示拉力計(jì)(艾固ZP-1000N，香港)，有數(shù)據(jù)輸出接口與電腦連接，電腦安裝有專門(mén)分析軟件。測(cè)壓時(shí)，拉力計(jì)的測(cè)力端與術(shù)中擴(kuò)展鉗或矯形板兩端孔借牽引帶連接；牽引拉力計(jì)的一端牽引繩穿過(guò)固定在手術(shù)臺(tái)兩側(cè)豎桿上的滑輪，當(dāng)測(cè)量時(shí)緩慢用力牽拉牽引繩，直至完成測(cè)壓。兩側(cè)端的所測(cè)壓力之和為胸廓的整體矯形力值，單位牛頓(N)(圖1)。測(cè)量壓力時(shí)設(shè)定的采樣速率為250次/s，每次測(cè)量從開(kāi)始到結(jié)束電腦視屏上以曲線的形式顯示，當(dāng)鼠標(biāo)指在曲線的任何點(diǎn)都可以獲取讀數(shù)；每例采樣數(shù)據(jù)儲(chǔ)存并用軟件進(jìn)行分析，顯示峰值、平均值。

1.2.2 微創(chuàng)雙矯形板矯形手術(shù) 全身麻醉，仰臥位，取胸骨凹陷最重的部位相當(dāng)于第3、5前肋水平兩側(cè)腋中線分別切口3.0 cm，切開(kāi)皮膚、皮下、肌層。在胸腔鏡全程監(jiān)視下自一側(cè)切口進(jìn)擴(kuò)展鉗經(jīng)胸骨后在對(duì)側(cè)切口穿出，成形后再引入已經(jīng)制備好的矯形板，將弓背翻轉(zhuǎn)向前，矯形板兩端置橫行固定翼板。術(shù)后門(mén)診隨訪胸廓外形、胸部CT及三維成形，測(cè)量胸骨與脊柱前緣的距離和HI。

1.2.3 漏斗胸術(shù)中成形壓力的測(cè)定 自一側(cè)腋中線切口將擴(kuò)展鉗穿入并通過(guò)胸骨后在對(duì)側(cè)切口穿出，擴(kuò)展鉗的兩端用線帶與電子顯示拉力計(jì)連接，用力牽引拉力計(jì)相連的牽引繩測(cè)壓。測(cè)壓分3個(gè)階段獲取壓力數(shù)值：①單純成形壓力，牽拉抬舉擴(kuò)展鉗兩端，使凹陷的胸骨部位矯正，而胸背部伸展不離開(kāi)手術(shù)臺(tái)面；②施壓成形壓力，在牽拉抬舉擴(kuò)展鉗兩端時(shí)，同時(shí)術(shù)者再用手對(duì)外翻的肋弓施壓；③矯形板壓力，將按胸壁畸形制備好的矯形板置入胸骨后，翻轉(zhuǎn)其弓背朝前，在矯形板兩端孔穿入線帶，再次與電子拉力計(jì)連接，用力緩慢牽拉拉力計(jì)，用2 mm厚的電刀頭探查矯形板與承受壓力的肋骨分離時(shí)所記錄的壓力。采用專用分析軟件獲得每例術(shù)中成形壓和矯形板對(duì)胸壁壓力的峰值壓和平均壓。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)處理 采用SPSS17.0軟件，用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較不同胸廓成形力、組內(nèi)上下板之間壓力；將胸廓成形壓力與胸圍、身高、體重做直線相關(guān)性分析。

2 結(jié)果

本組按設(shè)計(jì)要求全部完成手術(shù)矯治和術(shù)中測(cè)壓。

2.1 術(shù)中壓力測(cè)量結(jié)果

38例用2根矯形板術(shù)中所測(cè)支撐胸壁的壓力成人組高于兒童組，但僅有下板施壓成形力和上板的矯形板壓力2組差異有顯著性(P<0.05)(表2)。成人組和兒童組上、下板單純成形力均明顯高于矯形板支撐力(成人組t=7.578、8.379，兒童組t=7.492、7.726，P均=0.000)；而2組組內(nèi)比較上、下板壓力差異均無(wú)顯著性。

表2 38例漏斗胸用雙矯形板術(shù)中矯形壓力 N

2.2 胸圍、身高、體重與單純抬舉成形力、施壓抬舉成形力和矯形板支撐壓力的相關(guān)性

成人組下板單純成形力、施壓成形力和上板的施壓成形力與胸圍顯著正相關(guān)，上、下板單純成形力、施壓成形力與體重顯著正相關(guān)；而身高與3個(gè)壓力無(wú)關(guān)。兒童組胸圍、身高、體重三種因素與成形壓力均無(wú)顯著相關(guān)性。見(jiàn)表3。

2.3 術(shù)中和術(shù)后情況

術(shù)中胸廓成形以施壓成形過(guò)程中的抬舉壓力最大，抬舉力對(duì)胸壁產(chǎn)生的是張力，其最大的張力在104～322 N。術(shù)后7天胸片和胸部CT三維重建未發(fā)現(xiàn)胸廓骨損害，僅在胸骨深度凹陷患者中因肋骨彈性低，而肋軟骨向前牽拉致使肋軟骨與肋骨連接處明顯成角改變，未發(fā)生肋骨和肋軟骨間分離現(xiàn)象(圖2)。

術(shù)后隨訪8～20個(gè)月，平均13.6月。術(shù)后胸骨向前移位11～29 mm，(18.0±3.1)mm；術(shù)后HI兒童組2.80±0.32，成人2.73±0.28。按療效評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[5]術(shù)后優(yōu)良率97.4%(37/38)(優(yōu)34例，良3例)。

表3 用2根矯形板術(shù)中胸圍、身高和體重與矯形壓力的相關(guān)性

圖1 漏斗胸術(shù)中測(cè)力系統(tǒng) A-電子顯示拉力計(jì)；B-電子顯示拉力計(jì)相連接的微機(jī)實(shí)時(shí)顯示及分析系統(tǒng) 圖2 患者男，22歲，漏斗胸微創(chuàng)矯治術(shù)后7天胸部CT軸位掃描，胸骨抬舉后牽拉使肋骨、肋軟骨間成角(箭頭)

3 討論

微創(chuàng)矯治漏斗胸是一種不需要切斷畸形肋軟骨、保持胸廓完整性的一次性抬舉成形技術(shù)[5～7]。此種成形與開(kāi)放性手術(shù)比較對(duì)胸骨的支撐力需要更大。這種支撐力反作用于胸廓，可反映出胸骨和胸廓骨所發(fā)生的張力變化，以及矯形板翻轉(zhuǎn)后其支撐矯形板的肋骨所承受的壓力。臨床了解漏斗胸成形過(guò)程中的實(shí)際壓力，更有助于確定胸廓成形過(guò)程對(duì)胸廓產(chǎn)生的張力和壓力是否損害骨性胸廓；也可以反映出支撐矯形板對(duì)肋骨局部變形改變與所承受壓力程度的關(guān)系，以指導(dǎo)手術(shù)方案的設(shè)計(jì)，提高療效。本研究通過(guò)前瞻性設(shè)計(jì)獲得臨床矯形過(guò)程中實(shí)際成形的生物力學(xué)與可能的影響因素，如胸圍、身高、體重等，現(xiàn)對(duì)以下問(wèn)題重點(diǎn)討論。

隨著社會(huì)環(huán)境和生活質(zhì)量的變化，青少年發(fā)育中身高和體重已發(fā)生明顯變化，兒童期多已顯著超過(guò)其相應(yīng)年齡的身高和體重，接近成年人，但其胸廓彈性等內(nèi)在的變化是否存在差異，通過(guò)成形過(guò)程中生物力學(xué)的變化可以反映其骨性胸廓的骨化程度和彈性。本研究將患者的身高、體重、胸圍列為漏斗胸胸廓成形力的可能影響因素。

3.1 漏斗胸矯治過(guò)程力學(xué)變化的影響因素

漏斗胸微創(chuàng)矯治術(shù)中經(jīng)過(guò)單純成形、施壓成形和翻轉(zhuǎn)后的矯形板對(duì)胸骨支撐的持續(xù)成形力，前2個(gè)過(guò)程是外力強(qiáng)制成形，使長(zhǎng)期凹陷的胸骨一次性完成抬舉，相連肋軟骨經(jīng)過(guò)抬舉后得以伸展，經(jīng)過(guò)此種成形后凹陷的胸骨及相連肋骨、肋軟骨順應(yīng)性明顯改善，而后將已制備好的矯形板再置入胸骨后，此時(shí)矯形板所需要的對(duì)胸骨的支撐力明顯減低，大大緩解了矯形板支撐作用對(duì)骨性胸廓成形產(chǎn)生的張力，這一變化經(jīng)過(guò)術(shù)中不同過(guò)程的測(cè)壓得到證實(shí)。設(shè)想中年齡是影響骨性胸廓成形力學(xué)的重要因素之一，因?yàn)殡S著年齡的增加，胸廓骨尤其是肋骨和肋軟骨骨化和鈣化明顯增加，胸廓彈性降低；另外，胸圍、身高、體重、性別應(yīng)該與胸廓骨的容積一致，尤其是肋骨的粗細(xì)程度有關(guān)。從理論上講，肋骨越粗，胸廓成形時(shí)所需要的支撐力越大。本研究第一部分[8]已經(jīng)證實(shí)，使用單根矯形板中，兒童組以身高和體重因素與胸廓成形力學(xué)有顯著相關(guān)，青年組則以胸圍和體重明顯。本文為該項(xiàng)研究的第二部分，使用2根矯形板3種影響因素有所不同，成人主要與胸圍、體重顯著相關(guān)，而兒童組中3種因素與胸廓成形過(guò)程無(wú)顯著相關(guān)性。這說(shuō)明胸圍、身高、體重在兒童和成人對(duì)胸廓的影響有所不同，其成形過(guò)程中矯形板對(duì)胸廓骨產(chǎn)生的張力成人主要與胸圍和體重有顯著相關(guān)性；而兒童胸廓成形的力學(xué)張力與胸圍、身高、體重?zé)o顯著相關(guān)。也表明盡管兒童的身高、胸圍、體重接近成年人，但其胸廓骨的彈性仍優(yōu)于成人。

3.2 漏斗胸矯治中使用矯形板的數(shù)量和矯形板的位置影響胸廓支撐力的分布

矯形板的使用數(shù)量主要根據(jù)胸骨凹陷的范圍，胸骨凹陷范圍廣泛者(與分型對(duì)應(yīng)的是Ⅰb、Ⅱa3、Ⅱb型)多使用2根矯形板。2根矯形板上、下板之間的胸廓成形力是否有所不同，我們未見(jiàn)臨床報(bào)道。已有報(bào)道[3,4]使用1根矯形板后其胸骨上段下沉，或術(shù)后疼痛增加；而使用2根矯形板術(shù)后較1根者疼痛輕。1根矯形板的支撐壓力青年組大于兒童組，而且有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異[8]。2根矯形板與1根相比則應(yīng)該是分散了舉起凹陷胸骨的力，但2根矯形板所承受的壓力有所不同，上板高于下板，但2根矯形板間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異?？赡芤?yàn)橄掳逯瘟诵毓窍露?，向前抬舉胸骨的支撐力沿胸骨向上傳遞并形成使胸骨向后移位的反向作用力，這種反作用力可能導(dǎo)致上板壓力略高于下板[9]。

3.3 微創(chuàng)矯治漏斗胸術(shù)中施壓成形對(duì)胸骨及肋骨的影響

漏斗胸微創(chuàng)矯治過(guò)程中當(dāng)擴(kuò)展鉗穿過(guò)胸骨后，常通過(guò)抬舉穿出胸廓的擴(kuò)展鉗兩端，同時(shí)對(duì)外翻的肋弓施壓，使凹陷的胸骨達(dá)到初步成形，也為此后置入的矯形板減輕了支撐力，這一過(guò)程盡管胸廓所承受的張力最高達(dá)到322 N，但并未對(duì)胸廓骨造成損傷；而對(duì)胸骨及肋骨、肋軟骨嚴(yán)重向內(nèi)凹陷的患者，因肋骨和肋軟骨彈性系數(shù)不同，當(dāng)抬舉胸骨時(shí)，肋軟骨則隨胸骨向前伸展，而肋骨的伸展度較差，致使肋軟骨向前牽拉與肋骨間形成一定角度，肋骨、肋軟骨交界處分離現(xiàn)象很少見(jiàn)；在北京軍區(qū)總院已治療的700例中有2例發(fā)生。此種情況對(duì)患者并無(wú)影響，僅局部外形有凹陷表現(xiàn)。

3.4 微創(chuàng)矯治漏斗胸的力學(xué)變化可以影響療效

矯形板翻轉(zhuǎn)后所承受的矯形壓力可代表支撐矯形板的受壓肋骨之載荷，壓力越大，支撐矯形板的肋骨凹陷越明顯。當(dāng)然還與肋骨走行有關(guān)，當(dāng)肋骨向前下直行時(shí)，則肋骨遠(yuǎn)離肋軟骨與胸骨的連接，所承受壓力薄弱；反之，肋骨可承受較強(qiáng)的壓力。矯形板對(duì)承受壓力薄弱的肋骨施壓時(shí)，常沿肋骨走行發(fā)生凹陷，使前胸壁外形不平；另外，胸骨抬舉后肋軟骨與肋骨連接處形成向前屈曲成角，該部位也會(huì)出現(xiàn)局部凹陷，這些都會(huì)影響胸廓的外形及飽滿度。

漏斗胸微創(chuàng)矯治所需要的抬舉成形力成人高于兒童，成年人的主要影響因素是患者胸圍和體重。這一結(jié)果顯示，微創(chuàng)矯治漏斗胸的力學(xué)變化不會(huì)造成骨性胸廓的損害，而且有利于指導(dǎo)臨床個(gè)體化設(shè)計(jì)手術(shù)方案。

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(修回日期：2014-03-24)

(責(zé)任編輯：王惠群)

BiomechanicalMeasurementDuringOperationandItsInfluencingFactorsforPectusExcavatumTreatedbyMinimallyInvasiveRepairwithTwoStruts

XuBo,LiuJifu,TanJian,etal.

DepartmentofThoracicSurgery,GeneralHospitalofBeijingMilitaryRegion,Beijing100700,China

LiuJifu,E-mail:liujf200809@sina.com

ObjectiveTo investigate biomechanical features and influencing factors of the pectus excavatum (PE) repaired by minimally invasive surgery with two struts.MethodsFrom July 2012 to February 2013, a total of 38 consecutive patients (19 cases of children and 19 cases of adults) with PE were given minimally invasive surgery with two struts. Preoperatively, thoracic circumference, height, and body weight were measured, and the Haller index was recorded by thoracic three-dimensional CT reconstruction. The patients were corrected by minimally invasive surgery with two struts. The mechanics of the lifting merely the sternum forming, lifting and pressing forming, and the strut pressure were measured by electron display pull dynamometer during operation. The data were analyzed by the special-purpose software.ResultsThe strut pressure during operation was more higher in the adult group than in the child group, but only pressing vis formative [adult (207.2±37.0) N, child (175.2±36.8) N,t=2.670,P=0.011] in the lower strut and the strut pressure [adult (75.1±21.9) N, child (60.6±13.7) N,t=2.249,P=0.020] in the upper strut existed had significant difference between the two groups (P<0.05). However, no significant difference was found between the lower and upper strut pressure in the same group. In the adult group, mechanics of the lifting merely the sternum forming, lifting and pressing forming on the lower strut, and lifting and pressing forming on upper strut were positively correlated to thoracic circumference (r=0.545, 0.681, 0.581;P=0.016, 0.001, 0.009). The mechanics of the lifting merely the sternum forming, lifting and pressing forming on the lower and upper strut were positively correlated to body weight(upper strut:r=0.504,0.704,P=0.028,0.001;lower strut:r=0.483,0.614,P=0.036,0.005). The three forming mechanics were not correlated to height. In the child group, all three forming mechanics were not correlated to the thoracic circumference, body weight, or height.ConclusionsThe thoracic vis formative during PE repaired by minimally invasive surgery is higher in adults than in children. The pressure intensity of the sternum raised is correlated to thoracic circumference and body weight in adults.

Pectus excavatum; Minimally invasive surgery; Orthopedic mechanics

國(guó)家自然基金資助(11372221)

R655.1

：A

：1009-6604(2014)07-0637-05

10.3969/j.issn.1009-6604.2014.07.019

2014-01-06)

**通訊作者，E-mail:liujf200809@sina.com

①(天津理工大學(xué)生物力學(xué)研究所，天津 300191)