1.中南大学湘雅二医院神经外科 湖南长沙 410000；2.湖南省怀化市一医院神经外科
【摘 要】目的：研究颅高压情况下开颅去骨瓣时，硬脑膜移位膨出趋势，推测其对临床的影响。方法：建立衬膜球壳物理模型，推算膜内压力升高时膜张力变化及位移趋势，利用三维打印技术制作实体模型验证。探讨去骨瓣过程本身诱发手术区外硬膜外血肿的可能性。结果：理论计算显示球壳缺模型在衬膜内压增高时，壳缺损区衬膜有明显膨出趋势，邻近硬膜会向缺损区移位，膨出过程有自限性；仿真模型证实了这些趋势的存在。结论：虽然衬膜球壳缺物理模型与实际开颅去骨瓣过程有很大区别，但其仍真实的反映了颅高压状态下去除骨瓣后骨窗区脑膜有膨出趋势，并可能导致邻近硬脑膜移位，带来诱发硬膜外血肿的风险。进一步探究这个过程并进行询证医学研究有实际的临床意义。
【关键词】颅高压；去骨瓣手术；硬脑膜膨出；硬膜外血肿
1．研究背景
非手术区迟发性硬膜外血肿常见于合并颅骨骨折的硬膜下血肿清除去骨瓣减压术后，一般认为骨折处损伤的硬脑膜血管在减压后再出血是术后迟发性硬膜外血肿的主要原因[1-3]。有研究表明预先处理骨折再行去骨瓣减压能明显降低术后迟发性硬膜外血肿发生率[4]。但仍有大量未合并颅骨骨折的硬膜下血肿或是颅内占位在术中或术后发生脑肿胀，归因于迟发非手术区硬膜外血肿，学界将这种情况一般解释为急骤减压后硬膜与颅骨内板分离，桥静脉或静脉窦破裂出血[5]。但有笔者在临床实践中一直有两个疑点：一、某些病人是在去除骨瓣后硬膜减张前就能判断出发生了迟发性出血，因为硬膜张力明显高于术前CT的预判，剪开硬膜后未发现同侧血肿增加，探查对侧或术后急症CT证实为非手术区硬膜外血肿，有研究甚至在发现硬膜张力高于预期后就直接暂停手术急症复查CT，报道出较高的迟发性硬膜外血肿检出率，也就是说这种情况下硬膜外血肿是在颅内压未显著降低前发生的；二、外伤后急性硬膜外血肿常常是进展到严重颅高压甚至脑疝才被发现并手术，而这种血肿清除术减压也是非常急骤的，但却极少发生迟发性硬膜外血肿。
笔者观察颅高压患者去骨瓣减压过程时，用线锯开出的骨瓣被硬膜顶着不能复位于原骨窗，而正常颅压开颅时没有这种情况，因而推测颅高压时骨窗区硬脑膜会膨出。硬脑膜的弹性形变会对膨出有一定的贡献，但硬膜是否可能发生移位，移位量有多少值得探究。检索文献姚红新等在报道颅内占位术后急性硬膜外血肿时提出开骨窗后脑膜高压内容物膨出移位或为硬膜外血肿形成机制之一[6]。
本研究想通过物理模型模拟实验，进一步研究该机制的合理性。为去骨瓣手术过程提供一些改进策略。
2．物理模型建立
本研究关注的是开颅过程中硬脑膜移位的趋势，找到其潜在危险因素，所以首先从最简单的物理模型来研究硬脑膜移位的理论基础：
根据颅脑解剖把颅骨及硬膜囊设定为一个同心衬膜球壳体，球壳代表颅骨，根据成人头围及脑容量的平均值，我们把球壳的内径设定为15cm，外径设定为17cm。内衬膜呈完整密封状态，代表硬膜囊，常压下直径等于球壳内径（15cm），厚度忽略不计。衬膜与球壳内面的粘附性先设定为无穷大。
开颅去骨瓣的过程可看成球壳突然变成球壳缺的过程，标准去大骨瓣减压术骨瓣大小一般长径为10—12cm，我们将球壳缺损设定为面积与之类似的圆形，直径为10cm，则截面如图1
球膜表面张力系数设为ρ，表示球膜受力平衡后表面相邻部分单位长度的牵引力，单位为N/M，因为球膜是均质的弹力膜，其在切面各方向上张力相等，为了方便计算，先将球膜独立出来，设其内压为P，外压（大气压）为p，内压大于外压，球膜膨胀，球膜拉伸形变，产生弹性回缩力，即为表面张力。选取球体水平周长截面，其周长线向上的总拉力设为F，则F=P×截面积-p×截面积
F=ΔPπR²
带入张力系数ρ=F/2πR
ρ=ΔPπR²/2πR
得到正压球膜的张力系数公式为 ρ=ΔPR/2
由于正压球膜结构稳定状况下各部分的切线张力是平衡相等的，所以这个公式可以用于对球膜结构宏观和微观部分的研究[7]。从这个张力系数公式我们可以得出如下结论：对于一个内压大于外压稳定的球膜体，其膜张力与跨膜压差（ΔP）和球膜的曲率半径（R）线性正相关。
回到球壳及衬膜结构下考虑：球壳完整状态下，膜内压为P，球膜形状受球壳限制未发生形变，即未产生弹力，膜张力为0，膜在切线各方向上无移位趋势。亦可用上面推导出的公式来计算：膜内压为P，膜外受球壳的反作用力，压强也是P，跨膜压为0，所以表面张力为0，膜无位移趋势。球壳发生缺损的瞬间，缺损区膜外压突然消失，在膜内压的推动下，球膜有向外膨出的趋势，硬脑膜是粘弹性膜，对应力的响应兼有弹性固体和粘性流体的双重特性称粘弹性。粘性流体的特性在较长时间（数小时）的观察中才有意义，不在本研究考虑范围类，在受力早期仅表现为弹性固体，其弹性模量很大（42.7MPa），即在应力影响下形变量很小，由于影响因素较多，如硬膜厚度，硬膜位置及纤维方向等[8]，精确的理论计算较为困难，查阅文献也没有现成公式套用，结合临床实践观察及近似公式估算[9]，10cm球壳缺损面积，若缺损边缘膜已固定，其在弹性形变范围内球顶膨出量在3mm内。则膨出区球膜曲率半径变为为6.78cm，变化量约为7mm。见图2：
根据公式可计算此时球壳缺损区膜的张力系数为1.8N/cm，也就是在颅高压（400毫米水柱）开颅时，骨窗缘每公分硬脑膜受到1.8N向外的力，实际硬膜下血肿合并脑肿胀时颅内压要远远高于这个压力，所以会有明显的移位倾向。
因为硬膜与颅骨粘连紧密且有摩擦力的影响，硬膜一般不会有移位，如果颅骨内板与硬脑膜之间没有明显的粘连，硬脑膜的运动又会如何呢？回到球壳模型，假如AB点间球壳与衬膜之间没有粘附性和摩擦力，观察A点，受力不平衡，A点的硬膜向外移位，A到B点间的膜被拉伸，衬膜与球壳间出现潜在间隙或实际间隙，球壳对膜外的压力减低或消失，跨膜压增大，AC间的曲率半径变小，AB间的曲率半径变大，直到AB与AC的膜张力系数相等时，膜移位停止。如图3
还原到开颅过程中就是骨窗外硬膜向骨窗内移位，越接近骨窗移位越明显，而与此同时，骨窗外的硬膜外间隙出现压力相对或绝对减低。这两个情况的同时出现无疑是可能诱发硬膜外血肿的。
3.仿真物理模型实验
从图3开始，因为无法建立合理的数学模型，不能精确计算硬膜的移动状态，主要是通过运动趋势分析得出的结论。所以有必要建立一个实体物理模型来印证。笔者选择13cm左右直径的硬皮皮球，模拟正常颅内压时充气，充气后测量直径为13cm，以此作为内径，14cm做外径，用3D打印机打印一正圆球壳，并预开好一个8.5cm直径的圆形缺损。将皮球放入球壳内充气，壳内面预先粘上数条双面胶，达到正常颅压时停止，在骨窗边缘做移位记号，继续升高压力，至严重颅高压状态，观察缺损缘处膜的移位情况，皮球泄气后重复观察2次，记录并测算平均值。取出皮球，去除双面胶，砂纸打磨球壳内面，并涂抹硅油润滑，再次置入皮球，重复以上步骤。
分析可知，对于模拟去骨瓣开颅过程的衬膜球壳缺损模型，实体模型的实验结果与理论计算结果的趋势一致，即在膜内高压的驱使下，缺损区的球膜有明显的膨出移位趋势，如果壳膜间粘附力变小，这种趋势会转化为实际的位移。
4讨论
本研究从一个新的角度观察了去骨瓣手术的过程，根据理论计算及仿真模型模拟结果，推测出如下一个可能性：在颅内（硬膜下）高压状态下，硬膜囊有从骨窗边缘向骨窗区移位膨出的趋势，如果骨窗与硬膜的粘连性不强或已有少量硬膜外血肿，这种趋势则可能变成实际的移位，如果移位达到一定的程度，造成静脉窦的损伤，无疑会马上或在硬膜减张颅压下降后诱发硬膜外血肿。基于这个假设，我们对于如下情况的开颅应格外注意：1、青壮年，硬膜与颅骨粘连较弱；2、严重颅高压，重型外伤或巨大颅内占位；3、准备开大骨瓣，骨瓣靠近静脉窦等。当面临这样的情况时，在去骨瓣前尽量降低颅内压，如脱水剂的使用，脑室穿刺，提前释放硬膜下血肿等并且去除骨瓣后尽快减张硬膜都可降低风险。
笔者将通过进一步的动物模型实验和询证医学研究来评价这个可能性与临床实践的相关性，即去骨瓣减压术后非手术区域硬膜外血肿与去骨瓣时硬膜减张前的移位膨出趋势是否有相关性。
参考文献：
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作者介绍：
唐丹，男，生日1981年12月，2004年毕业于中南大学湘雅医学院，毕业后就职于怀化市一医院神经外科，目前在攻读中南大学湘雅二医院在职研究生，师从于湘雅二医院神经外科喻孟强教授。
论文作者:唐丹,喻孟强,胡涛
论文发表刊物:《航空军医》2015年1期
论文发表时间:2015/11/4
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