骶骨骨折致骶神经压迫性损伤机制和神经电生理研究及有限元分析

Sacral fracture accompanied by compressive injury of sacral nerve is the main cause of disability. However, the mechanisms of this injury have not been explained. In clinical, the indications and operative windows have not been well known. In this study, a new animal model of compressive injury of sacral nerve will be established to mimic acute and chronic pathological process. The mechanisms will be explained by neurophysiological and histological studies. Meanwhile, in order to evaluate the prognosis and get the operative windows, nerve decompression will be done in different time points. The sacral nerve injury will be studied by finite element analysis (FEA). The difficult of FEA model is to get the material parameter of sacral nerve in vivo. In previous study, the nerve stretch-material tests have been set up to get lumbar-sacral truck material parameter. In this study, the sacral nerve material parameter will be acquired by neurophyological and biomechanical approaches. Then sacrum-sacral nerve model will be established together with geometrical data to study virtually by FEA.

骶骨骨折致骶神经损伤是致残主要原因，压迫性损伤是最常见的类型。目前骶神经压迫性损伤机制不明，临床对于骶骨骨折合并骶神经损伤的治疗仍存在较大分歧。该课题拟建立新的骶骨骨折致骶神经压迫性损伤动物模型，模拟不同程度急性和慢性压迫的病理过程。通过神经电生理和组织学方法研究神经功能和损伤机制。另外，模拟临床骶神经减压，观察压迫不同时间后神经功能和结构变化，为临床治疗该疾病提供理论基础。有限元分析通过建立三维活体结构模型获得虚拟标本，对模型加载不同实验条件仿真研究骶骨骨折与神经损伤的关系。但如何准确获取骶神经的材料参数是建立有限元模型的难点。前期我们研究骨盆移位与腰骶干神经牵拉损伤，搭建神经牵拉损伤体内材料测试平台。与腰骶干损伤不同，骶神经以压迫性损伤为主。利用神经电生理获取神经损伤阈值定义材料失效，结合生物力学测试反求骶神经材料参数。采集骶骨-骶神经几何数据建立有限元模型，直观研究骶神经损伤机制。

骶骨骨折致神经压迫损伤是患者晚期致残主要原因。目前骶神经压迫性损伤机制研究较少而且治疗亦存在较大分歧。课题通过神经电生理和组织学方法研究神经功能和损伤机制。结果发现压迫程度较低（10g）时神经功能几乎不受影响，30g压迫神经功能开始出现丢失，60g压迫功能丧失严重。并且神经功能丧失程度与与压迫程度呈现正相关。早期减压后，至14天观察30g压迫神经功能可观察到恢复，而60g压迫组未见明显恢复表现。. 骶骨骨折合并神经损伤进行体内研究特别是人体研究困难。有限元分析可以有效解决这个问题。建立三维活体结构模型，把生物材料结构特性赋予模型获得一个虚拟实验标本。然后对模型加载不同实验条件进行仿真来研究骶骨骨折与神经损伤的关系。课题成功通过生物力学测试获取骶神经和骶骨的材料参数。建立骶骨-神经压迫损伤有限元模型结合神经功能学方法对于进一步计算机仿真分析研究骶神经损伤机制。根据神经根及骶骨有限元仿真分析，压迫10g，骶孔压迫程度约为15.54%；压迫30g，骶孔压迫程度约为22.94%；压迫60g，骶孔压迫程度约为33.16%。因此可以得出结论，当骶骨骨折骶孔变形超过22.94%，骶神经出现功能丢失。当压迫超过 33.16%即使减压神经功能也较难早期恢复。