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扩张皮肤的生物力学特性研究

许传青  
【摘要】: 皮肤软组织扩张术广泛应用于整形外科中,已成为整形外科的重要治疗手段和常用的基本技术。它是应用皮肤软组织扩张器植入正常的皮肤软组织下,通过增加扩张器内的容量,对皮肤表面软组织产生压力,使其扩张产生“额外”的皮肤软组织,转移覆盖创面的一种方法。扩张期长是皮肤扩张术的主要缺点。扩张过程按不同时期可分为注水扩张期和维持扩张期。虽然皮肤扩张技术在临床上的疗效得到广泛承认,但有关皮肤扩张的机理和方法的基础研究仍然存在许多空白,而对维持期的效果和机制则有待于进一步研究。皮肤软组织的生物力学特性是皮肤扩张术获得“额外”皮肤的基础。 本课题旨在用生物力学的方法通过动物实验来研究不同注水扩张期和维持扩张期对皮肤扩张量和皮肤回缩的影响,探讨有效获取较大的扩张皮肤面积的快速扩张方法;对扩张皮肤进行在体生物力学特性分析;比较了快速扩张和常规扩张在不同维持期的皮肤离体生物力学特性,得到离体生物力学各参数,如强度、应力—应变、应力松弛、蠕变等;为全面了解扩张皮肤在移植后的近期和远期的变化规律,做了扩张皮肤移植后不同阶段的生物力学变化的实验研究;探讨了不同扩张量时皮肤的微循环变化和血管结构变化与皮瓣存活的关系。 实验以狗为动物模型,在每条狗背部的两侧对称设计6个5×8cm的区域,用纹眉机文出该区域,植入240ml的扩张器。实验分为四大组:1.注水两周组2.注水六周组3.假实验对照组4.空白对照组。其中注水两周组和六周组分别又分为维持一周、两周和四周三组,注水两周组隔天注水一次,注水六周组每周注水一次。在二期手术时进行如下的实验检测和数据分析:(1)测量扩张皮肤的面积(2)常规扩张和快速扩张(3)在体皮肤的张力(4)皮肤的即时回缩率(5)组织学检查(6)皮肤的胶原含量(7)皮肤的生物力学特性,包括强度、应力应变关系、应力松弛、蠕变。 结果如下: 1.通过对不同扩张期、不同方式和不同维持期对扩张皮肤的在体张力、即时回缩和皮肤组织学的研究,得到:快速扩张和常规扩张最后获取的皮瓣,面 北京工业大学工学博士学位论文 一 积增加差别不大;扩张皮肤的面积增加和张力下降与维持期的长短有关;而与 扩张期的长短关系不大,说明在皮肤扩张术中可以缩短注水时间,但是维持时 间不能缩短;扩张皮肤去除包膜后的即时回缩率下降,与未去除包膜的相比较 有明显差异;快速扩张皮肤的胶原含量变化与常规扩张的基本一致,扩张皮肤 的组织学变化与维持期的关系较为密切,与扩张方式关系不大;快速扩张和常 规扩张相比,快速扩张没有明显的破坏作用;扩张结束后,维持一段时间,能 有效的提高扩张面积且能有效地减少回缩。因此扩张后维持相当的时间是必须 的。实验证明,维持4周,皮肤的在体性质己很接近于对照侧。 2.快速和常规扩张的离体皮肤主物力学特性的比较。离体生物力学各参 数,如强度、应力一应变关系、应力松弛、蠕变等参数在Instron实验机上的测 定和计算结果表明:扩张后的短时期内,扩张皮肤的力学性能相对于其对照组 发生较大的偏离;但随着维持时间的增加,扩张皮肤的力学性能又逐渐接近其 对照组。对于同样的维持时间,快速扩张和常规扩张对生物力学性质影响区别 不大。扩张皮瓣的即时回缩率大于空白对照组和假实验对照组。维持1周的皮 瓣和其他各组的有显著差异,随着维持时间增加,即时回缩率明显减小,维持 2~4周的皮瓣的即时回缩率接近正常对照组。除去包膜,扩张皮肤的即时回缩 率明显较小。因此可以得出结论:快速扩张组的生物力学特性十分接近于常规 扩张组;延长维持时间可以改变皮肤的生物力学性质,使之与对照组接近。因 此,临床上可以采取缩短扩张期,延长维持期的方法来提高疗效。 3.生物软组织都有滞后、松弛、蠕变、各向异性及非线性应力-应变关系。 皮肤属于生物粘弹性材料,必须采用连续谱来分析其力学特性。扩张皮肤在移 植后的这种性质随时间变化而不同。本文对扩张皮肤的粘弹性特性进行了研究, 从归一化松弛函数Go)和归一化蠕变函数Jo)中分别解出参数、,乙和C。同 时分别研究了扩张皮肤的蠕变、松弛和大变形的应力-应变关系,并对常规扩张 和快速扩张进行了力学比较。 4.扩张皮肤移植后不同阶段的生物力学变化的实验研究结果得到,扩张皮 肤在移植0周生物力学特性变化最大:扩张组的应力一应变、应力松驰特性相 对于其对照侧偏离较大,极限抗拉强度降低。随着移植后恢复时间的增加,扩 n 摘要 一 张皮肤的力学性质(应力应变、应力松弛和极限抗拉强度)有恢复的趋势。当 移植后恢复时间达到24周时,其差值接近于零。这从力学特性上证明了只要经 过合理的扩张程序和足够长的扩张后恢复期,扩张后获得的皮肤组织在力学特 性上不会给外科整形、创面修复等带来障碍。 5.不同扩张量,尤其是超量扩张后扩张皮瓣的存活长度及扩张皮肤微


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