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兔应力性骨折与生物电阻抗变化相关性的初步研究

张星  
【摘要】: 军事训练是和平时期军队工作的主要任务之一,尤其是随着国际环境的变化以及我国周边安全形势不稳定因素的增加,我军部队训练的强度也逐渐加大,导致训练伤发生率不断上升,严重影响了部队官兵训练的效果。因此,军事训练伤的防治逐渐成为军事医学研究领域的重要方向之一。 我军的军事训练伤发生率在30%-40%,各兵种各单位有明显的区别,其中应力性骨折或疲劳性骨折最为常见。国内外报道应力性骨折的发生率在2%-64%之间,其中90%发生在胫骨,是造成非战斗减员的重要因素之一。因此,开展对应力性骨折评估的基础研究对提高我军官兵的训练效率和降低训练伤发病率有重要的实际意义。 生物电阻抗技术是利用生物组织与器官的电特性及其变化规律提取与人体生理、病理状况相关的生物医学信息的检测技术,基本测量方式是利用体外(表)的系统向检测对象施加安全的电磁激励(电流、电压、电磁场),在体外(表)检测相应变化获取相关的信息。其特点是无创、无害、廉价、可以连续测量、操作简单和功能信息丰富,医生和病人易于接受,但是精度较低。目前应用的领域主要包括细胞测量、体积变化、人体成分分析、组织鉴别、组织监控、阻抗血流图以及断层功能成像等。生物电阻抗能反映生物组织的丰富生理病理信息,将生物电阻抗技术应用于军事训练伤的监控中有着比较大的应用前景。 本文在深入研究国内外有关应力性骨折评估方法的基础上,从应力性骨折的产生机理出发,结合应力性骨折发生所伴随的肌肉疲劳等症状,运用生物电阻抗的分析和处理方法,以兔为实验对象,建立应力性骨折的动物模型,研究生物电阻抗变化与兔后肢生理及病理特性的相关性,以期为军事训练伤早期预警与诊断提供新的思路。 本课题主要进行了以下几个方面的研究工作: 1.基层部队军事训练伤调查 综合相关文献对军事训练伤的发生率,发生部位,类型等数据进行汇总。重点总结了军事训练过程中应力性骨折的发生率以及发生部位,发生时间等。对应力性骨折的发生诱因及其防护作了一些总结。 2.兔后肢应力性骨折模型的建立 自行研制了兔电刺激装置,根据实验要求参考现有文献,建立了兔后肢胫骨应力性骨折模型。该装置通过高电压低电流脉冲,在一定频率下刺激实验兔被动跑跳训练。控制实验的时间和强度,最后应用SPECT诊断兔后肢胫骨的生理病理状况。该模型可以导致兔下肢胫骨发生应力性骨折,而不发生完全性骨折。 3.兔后肢生物电阻抗测量平台的建立 为了获得一致的测量结果,本实验建立了以Solartron公司1260阻抗频谱分析仪为核心的兔后肢小腿生物电阻抗测量平台。该平台采用四电极测量方法,以Ag/AgCl为电极,控制了采集的温度和湿度等条件。 4.生物电阻抗频谱特征参数的提取以及相关软件的开发 综合国内外相关研究,最后采用最小二乘法提取生物电阻抗频谱的特征参数,并开发了生物电阻抗特征参数提取和分析相关软件。能够直观的对生物电阻抗变化规律进行比较。 5.训练与生物电阻抗变化的相关性研究 本实验对象为8只中国本兔,分为对照组(4只)和实验组(4只)两组,对照组正常饲养,实验组动物每天进行被动跑跳训练,实验持续21天。实验期间,每隔三天测量一次兔后肢小腿的生物电阻抗数据。测得的数据以文件形式保存以备后续处理。 根据实验所测到的生物电阻抗数据,计算其阻抗频谱的特征参数以及阻抗电路模型的特征参数,其中一些特征参数随着训练的进行而有规律的变化。比如参数x_0,=,R_e,R_0,R_μ,R_i随着训练的进行而显著降低,参数C_m随着训练的进行而显著增加。提示规律的训练可以改变生物组织的生物电阻抗特性,而且该特性的改变是长期的。 6.应力性骨折与生物电阻抗变化的相关性研究 本实验的实验对象为8只中国本兔,所有实验动物每天进行一定量的被动跑跳训练,训练持续21天,在第10天和第21天时对每只兔子进行SPECT诊断和X线诊断,最终导致9支胫骨发生应力性骨折。实验期间,每隔三天测量一次兔后肢小腿的生物电阻抗数据。测得的数据以文件形式保存以备后续处理。 比较实验中所测得的数据,将16组兔后肢小腿生物电阻抗数据分为两组,一组数据来源于最终发生应力性骨折的9支兔后肢小腿(Group 1),另一组数据来源于最终未发生应力性骨折的兔后肢小腿(Group 2)。通过对这些阻抗数据的比较发现生物电阻抗参数x_0,=,R_e,R_0,R_μ,R_i,C_m在第一组中变化的速率明显高于第二组中变化的速率。这说明在训练过程中,生物电阻抗特征参数变化越明显的后肢更容易发生应力性骨折。再者,通过对参数f_0的比较发现,只有第一组中的阻抗参数f_0有明显增加,而且f_0的变化早于SPECT检查结果的变化,这提示生物电阻抗技术有可能用于应力性骨折的监控和早期诊断。 虽然本实验证明了生物电阻抗技术在训练监控方面的应用前景,但是要将生物电阻抗技术应用于实际还需要进一步的努力。


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