● 摘要
骨折愈合是一个极其复杂的生理学过程，最终愈合的结果主要取决于骨折部位的力学环境与生物学环境。在力学环境中，骨折类型、骨折断端间隙和微动等因素对骨折愈合过程的影响很大；而在生物学环境中，起到关键作用的则是骨折部位的血管新生。目前有研究表明，力学环境在直接影响骨折愈合的同时，也会作用于骨折部位新生血管的形成从而间接影响骨折愈合。但是这些研究主要集中于对骨折部位血管数量相关定量参数（血管数量和血管密度等）的分析，无法反映血管网络的三维结构对力学环境的响应。且在现有各类血管成像的研究当中，尚没有将力学环境影响血管结构作为重点的研究。
针对这一问题，本文将通过全身血管灌注和micro-CT成像技术来初步研究力学环境对骨折部位新生血管形成的影响。首先，对课题组现有的轴向微动范围可调的微型骨外固定器与SD大鼠胫骨组成的6种不同固定方式下的骨-微型骨外固定器系统进行了离体生物力学评估。之后，利用该微型骨外固定器建立了5组共90只Sprague-Dawley（SD）大鼠右侧胫骨骨干横断骨折及不同的骨外固定模型：骨折不固定（FNF）、无间隙牢稳固定（FSF）、无间隙微动固定（FMF）、3mm间隙牢稳固定（FGS）和3mm间隙微动固定（FGM）。并通过全身血管灌注和micro-CT成像技术，实现对SD大鼠右侧胫骨骨干横断骨折愈合过程中不同时期新生血管几何形态与结构的三维重建与计算分析。在对各组样本骨折部位血管的定量参数——血管体积（VV）、血管体积比（VV/TV）、血管表面积（VS）和血管表面积密度（VS/TV）进行统计学分析后，结合骨折部位血管三维结构图的特征，初步探求由不同固定方式所建立的不同力学环境对愈合过程中骨折部位新生血管形成的影响。
得出了以下结果：
（1） 不同固定方式下的各组骨-微型骨外固定器系统之间的刚度有显著性差异。其中正常生理状态下完整SD大鼠胫骨+牢稳固定组（IS）的刚度值最大，横断骨折SD大鼠胫骨+3mm间隙+微动固定组（FGM）的刚度值最小，该微型骨外固定器达到了预期的设计目标，可以应用于后续的研究工作。
（2） 不同力学环境下骨折部位血管网络的三维结构有明显差异。血管灌注micro-CT三维重建图像表明：骨折不固定组（FNF）骨折部位有更多的新生血管顺着垂直于胫骨走向的方向生长，牢稳固定组（FSF和FGS）骨折部位的新生血管则更多地沿胫骨轴向方向生长，且血管网络的整体结构与自然生长的自然生长组（NAT）更为相似，这意味着牢稳固定情况下骨折部位重建的血供相比于其他固定方式更为优化而有效。
（3）不同力学环境下骨折部位血管的定量参数（VV、VV/TV、VS和VS/TV）之间有显著性差异。各实验组血管定量参数的统计学分析结果表明：术后2周和4周， FNF组的VV、VV/TV、VS和VS/TV参数值均显著高于NAT组；术后2周、4周和6周，FSF组的VV/TV和VS/TV参数值均显著高于FNF组；术后2周和4周，FSF组的VV/TV、VS和VS/TV参数值均显著高于FGS组；术后6周，FGS组的VV/TV参数值显著高于FNF组和FSF组；术后2周，FMF组和FGM组的VV/TV和VS/TV参数值均显著低于FNF组；术后6周，FMF组的VV、VV/TV、VS和VS/TV参数值均显著FNF组和FGM组。
本研究表明，无论是从新生血管的数量或是三维结构来看，对于SD大鼠胫骨骨干横断骨折，相比于其他4种固定方式——FNF、FGS、FMF和FGM， FSF对骨折部位新生血管形成的促进效果更为显著。