鈦合金植入術(shù)后應(yīng)用微波治療的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、由于創(chuàng)傷性骨病的高發(fā)生率，對(duì)于患者傷后、術(shù)后的及時(shí)康復(fù)一直是康復(fù)臨床工作的重要方向之一。近數(shù)年來(lái)各類骨科金屬內(nèi)固定系統(tǒng)發(fā)展迅速，而應(yīng)用內(nèi)固定物的弊端，如術(shù)后出現(xiàn)放射痛、異位骨化、相鄰關(guān)節(jié)退化、關(guān)節(jié)僵硬、運(yùn)動(dòng)受限等近遠(yuǎn)期并發(fā)癥仍然存在。合理應(yīng)用物理治療方法是減輕癥狀、促進(jìn)骨傷愈合、運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)、改善愈后的重要手段。然而，由于可能導(dǎo)致熱損傷，在高頻電的應(yīng)用中，治療局部存在金屬植入物一直被列為微波治療的禁忌之一。但隨著低導(dǎo)電率導(dǎo)熱率鈦合金內(nèi)植

2、物廣泛應(yīng)用于臨床，高頻電可致金屬植入物周圍組織熱損傷的傳統(tǒng)理論受到挑戰(zhàn)。本研究采用體內(nèi)、體外實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證鈦合金植入術(shù)后應(yīng)用微波治療的可行性，為微波應(yīng)用于鈦合金植入術(shù)后康復(fù)治療提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。本研究分為3個(gè)部分。
　　第一部分:不同金屬材質(zhì)對(duì)微波熱效應(yīng)影響的體外研究
　　目的:微波屬于超高頻電磁波，照射區(qū)域會(huì)形成強(qiáng)電磁場(chǎng)。存在電磁場(chǎng)中的金屬由于渦電流、磁滯等原因生熱，加之金屬對(duì)微波的反射而導(dǎo)致金屬周圍組織熱損傷。既往研究表明，金屬在

3、電磁場(chǎng)中的溫度變化與材質(zhì)有關(guān)。本研究采用醫(yī)用微波照射常見(jiàn)醫(yī)用金屬，通過(guò)分析溫度變化以闡明不同材質(zhì)對(duì)微波熱效應(yīng)的影響。
　　方法:體外構(gòu)建4％瓊脂標(biāo)準(zhǔn)肌組織等效體模植入鈦、鈦合金、銅、鎳、（奧氏體）不銹鋼材料制成體外模型。對(duì)每組體模使用2450 MHz微波治療儀，照射時(shí)間30 min，照射探頭垂直距離體模表面10 cm、不同照射功率(20W、40 W、60W)。照射同時(shí)使用測(cè)溫儀器對(duì)植入物周圍進(jìn)行溫度測(cè)量，以分析金屬材質(zhì)對(duì)微波熱效應(yīng)

4、的影響，并對(duì)溫度升高與電導(dǎo)率（1g轉(zhuǎn)化）繪制散點(diǎn)圖和進(jìn)行趨勢(shì)線擬合分析。
　　結(jié)果:鈦合金周圍溫度曲線提示，20W、40 W、60 W微波照射時(shí)，鈦合金周圍溫度隨照射時(shí)間延長(zhǎng)變化不明顯，溫度升高分別0.4±0.12℃、0.5±0.11℃、1.7±0.12℃較其它金屬升溫低。在20 W、40W、60 W微波照射時(shí)，銅周圍溫度隨照射時(shí)間延長(zhǎng)變化明顯，溫度升高分別0.5±0.13℃、3.7±0.12℃、3.8±0.14℃與其它四種金屬比

5、較，銅溫度升高最大。對(duì)溫度升高與電導(dǎo)率進(jìn)行散點(diǎn)圖和趨勢(shì)線擬合分析結(jié)果表明，20 W溫度升高與金屬電導(dǎo)率相關(guān)關(guān)系不顯著(15 min和30 min分別為R=-0.32，P=0.364;R=-0.27，P=0.452)，而40W溫度升高與金屬電導(dǎo)率正相關(guān)(15 min和30 min分別為R=0.55，P=0.057; R=0.66，P=0.038)，且60 W溫度升高與金屬電導(dǎo)率導(dǎo)率正相關(guān)(15min和30 min分別為R=0.68，P=0

6、.032;R=0.74，P=0.015)。
　　結(jié)論:金屬在2450MHz微波場(chǎng)中溫度升高與金屬材質(zhì)有關(guān)，電導(dǎo)率較低的金屬溫度升高較小。5種金屬中，鈦合金溫度升高最小。微波有可能成為鈦合金內(nèi)植入術(shù)后物理治療方法。
　　第二部分:單次微波照射對(duì)鈦合金毗鄰組織影響的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究
　　目的:在體外研究中發(fā)現(xiàn)鈦合金較其它金屬對(duì)微波熱場(chǎng)均一性影響較小，由于體外實(shí)驗(yàn)方法驗(yàn)證微波對(duì)金屬植入術(shù)后安全性有其局限性，我們進(jìn)一步采用動(dòng)物模型

7、研究不同功率微波單次照射對(duì)鈦合金周圍組織的影響。
　　方法:在本部分研究中，采用鈦合金板植入兔股骨的動(dòng)物模型，2450 MHz微波20-80W的梯度功率照射手術(shù)肢體，與不植入鈦合金的對(duì)照肢體比較微波暴露時(shí)植入物周圍組織溫度變化。照射后采用電生理學(xué)方法測(cè)定鈦合金毗鄰坐骨神經(jīng)MNCV及CMAP波幅，采用病理學(xué)的方法檢測(cè)植入物旁骨骼肌、神經(jīng)組織形態(tài)變化，以此對(duì)微波短期熱效應(yīng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
　　結(jié)果:與對(duì)照側(cè)肢體相比，20 W和40 W

8、組實(shí)驗(yàn)側(cè)肢體溫度升高差異不顯著(P＞0.05)。80W組實(shí)驗(yàn)側(cè)肢體溫度升高14.8±0.7℃，較對(duì)照側(cè)肢體溫度升高顯著（7.0±0.9℃，P＜0.01）。60 W組對(duì)照側(cè)和實(shí)驗(yàn)側(cè)肢體溫度升高（6.1±0.5℃和9.2±0.3℃）差異顯著（P＜0.01）。在對(duì)坐骨神經(jīng)股骨神經(jīng)電生理研究中，與對(duì)照側(cè)肢體相比60 W和80W微波輻照使實(shí)驗(yàn)側(cè)肢體坐骨神經(jīng)MNCV較對(duì)照側(cè)肢體分別下降了29.0％和60.6％(P＜0.05)。但各組CMAP振幅對(duì)照

9、側(cè)與實(shí)驗(yàn)側(cè)肢體坐骨神經(jīng)均無(wú)顯著差異（P＞0.05）。微波照射后取鈦合金毗鄰骨骼肌、坐骨神經(jīng)組織進(jìn)行顯微鏡鏡檢，20 W和40 W組對(duì)照側(cè)和實(shí)驗(yàn)側(cè)肢體沒(méi)有觀察到異常的形態(tài)學(xué)變化。60 W組實(shí)驗(yàn)肢體可觀察到骨骼肌細(xì)胞間隙充血和出血。80 W組實(shí)驗(yàn)肢體可觀察到肌細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)直徑1-10μm空泡及肌細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞，血管內(nèi)血栓形成，坐骨神經(jīng)不同程度髓鞘水腫等病理變化。
　　結(jié)論:2450 MHz微波小功率（20-40W）照射不會(huì)引起鈦合金周圍組

10、織溫度升高，較高功率(60-80W)微波照射導(dǎo)致鈦合金周圍肌組織溫度顯著升高。2450MHz微波較高功率照射導(dǎo)致鈦合金周圍肌組織和神經(jīng)組織急性熱損傷。小功率微波照射有可能成為肢體鈦合金植入術(shù)后物理治療方法。
　　第三部分:鈦合金骨折內(nèi)固定術(shù)后短療程小功率微波治療的療效及安全性研究
　　目的:在前一部分實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，中小功率單次微波照射不會(huì)引起鈦合金周圍組織熱損傷，為進(jìn)一步研究小功率微波短療程治療對(duì)骨折鈦合金內(nèi)固定術(shù)后治療的安全

11、性及其對(duì)骨愈合影響，遂進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)。
　　方法:建立兔股骨骨折鈦合金植入模型，術(shù)后3天開(kāi)始給予2450MHz微波連續(xù)波型25 W，10 min/d，30d照射，實(shí)時(shí)測(cè)定溫度變化。照射第0，10，30d采用股骨正位片測(cè)量骨痂密度，評(píng)價(jià)骨折愈合。30 d微波治療結(jié)束，處死動(dòng)物，取鈦合金相鄰骨骼肌、神經(jīng)及骨組織，采用病理學(xué)、電鏡、分子生物學(xué)的方法評(píng)價(jià)鈦合金毗鄰骨骼肌、神經(jīng)、骨組織是否存在熱損傷。取骨折線周圍骨痂組織采用病理學(xué)、骨小梁計(jì)算

12、方法評(píng)價(jià)骨折愈合。
　　結(jié)果:微波照射30天后取鈦合金相鄰骨骼肌，病理學(xué)研究結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)組偶見(jiàn)肌細(xì)胞腫脹，電鏡檢測(cè)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組可見(jiàn)肌細(xì)胞線粒體腫脹、嵴脫落，而對(duì)照組肌細(xì)胞未見(jiàn)異常。植入物毗鄰神經(jīng)組織、骨組織行病理檢查，對(duì)照組、實(shí)驗(yàn)組形態(tài)學(xué)未見(jiàn)異常。檢測(cè)骨骼肌caspase-3，-9 mRNA及蛋白表達(dá)，10、30d對(duì)照組與實(shí)驗(yàn)組差異不顯著（均P＞0.05）。采用X-線平片評(píng)價(jià)股骨缺損愈合，結(jié)果表明照射第10d兩組骨折愈合差異顯著(

13、P=0.03)，而第30d兩組差異不顯著(P=0.12)。骨組織病理學(xué)評(píng)分結(jié)果表明，10d對(duì)照組評(píng)分1.75±0.50，實(shí)驗(yàn)組評(píng)分為2.75±0.50，兩者差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.0302);30d對(duì)照組評(píng)分6.43±0.79，實(shí)驗(yàn)組評(píng)分為7.13±0.35，兩者差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.0413）。骨小梁計(jì)算學(xué)結(jié)果也表明微波治療可促進(jìn)骨折愈合。
　　結(jié)論:2450MHz微波，功率25 W，每天10 min，連續(xù)30d的治療