寰椎橫向加壓內固定系統的設計制作及生物力學分析.pdf

1、第一部分寰椎標本觀察及相關解剖參數的測量分析
　　目的：通過對寰椎干骨標本的觀察及文獻的復習明確寰椎椎弓根的定義及理想椎弓根釘道，通過對寰椎單節(jié)加壓內固定系統設計相關的解剖學參數的測量及分析為該內固定系統的設計提供理論參數。
　　方法：對20個寰椎干骨標本的整體、剖面觀察并通過對文獻的復習明確寰椎椎弓根的定義并確立理想椎弓根釘道。按寰椎椎弓根的定義及確立的理想椎弓根釘道對寰椎橫向加壓內固定系統的設計制作所需的相關數據進行測量

2、，數據得出后進行相應的統計學分析。
　　結果：椎弓根寬度(寰椎后弓與側塊的連接部即峽部的寬度）、椎弓根內徑寬度(峽部骨松質的寬度）、椎弓長度(理想椎弓根釘道通過后弓的距離）、正中矢狀面至進釘點內限(在通過兩理想椎弓根釘道的剖面上作椎管前部后部最外側點連線，該連線與后弓后緣交點到正中矢狀面距離）、正中矢狀面至進釘點外限(在通過兩理想椎弓根釘道的剖面上作椎管前部后部最外側點連線，通過同側橫突孔最內緣作該連線的平行線，該平行線與后弓后緣

3、的交點到正中矢狀面距離）、正中矢狀面到理想進釘點距離(正中矢狀面至理想釘道與后弓后緣交點的距離）、理想釘道長度(理想椎弓根釘道通過骨質的長度）、椎弓根高度(寰椎后弓與側塊的連接部即峽部中部的高度）、椎弓根內徑高度(測量椎弓根高度處骨松質的高度）、椎弓后緣高度(理想進釘點處椎弓后緣高度）、理想進釘點距椎弓后下緣距離、寰椎后弓椎動脈切跡移行處與理想進釘點距離、內傾角（α角)：理想椎弓根釘道頭部與正中矢狀面所成銳角、前傾角（β角)：理想椎弓根

4、釘道頭部與寰椎下關節(jié)面所成銳角。分別為：9.3mm、5.07mm、5.43mm、17.89mm、25.15mm、22.50mm、29.98mm、5.24mm、4.12mm、6.14mm、2.11mm、3.08mm、29.96°、5.09°。
　　結論：通過對寰椎干骨標本的觀察及文獻的復習明確寰椎椎弓根的定義及確立理想椎弓根釘道，通過對寰椎橫向加壓內固定系統設計相關的解剖學參數的測量及分析為該內固定系統的設計獲得了部分理論參數。

5、r>　　第二部分寰椎CT影像觀察及相關影像參數的測量分析
　　目的：通過對寰樞椎CT三維重建及多平面重建影像的觀察進一步明確寰椎椎弓根的定義及理想椎弓根釘道的確立，通過對寰椎單節(jié)橫向加壓內固定系統設計相關的CT影像參數的測量及分析為該內固定系統的設計進一步提供理論參數。
　　方法：對40位正常成年人的寰樞椎CT影像學資料進行三維及MPR重建。對三維整體圖像及剖面圖進行觀察，然后對與此研究有關的相關徑線和角度進行測量。對測量的

6、結果進行統計學分析并與第一部分測量的結果進行比較。
　　結果：椎弓根寬度(寰椎后弓與側塊的連接部即峽部的寬度）、椎弓根內徑寬度(峽部骨松質的寬度）、椎弓長度(理想椎弓根釘道通過后弓的距離）、正中矢狀面至進釘點內限(在通過兩理想椎弓根釘道的剖面上作椎管前部后部最外側點連線，該連線與后弓后緣交點到正中矢狀面距離）、正中矢狀面至進釘點外限(在通過兩理想椎弓根釘道的剖面上作椎管前部后部最外側點連線，通過同側橫突孔最內緣作該連線的平行線，該

7、平行線與后弓后緣的交點到正中矢狀面距離）、正中矢狀面到理想進釘點距離(正中矢狀面至理想釘道與后弓后緣交點的距離）、理想釘道長度(理想椎弓根釘道通過骨質的長度）、椎弓根高度(寰椎后弓與側塊的連接部即峽部中部的高度）、椎弓根內徑高度(測量椎弓根高度處骨松質的高度）、椎弓后緣高度(理想進釘點處椎弓后緣高度）、理想進釘點距椎弓后下緣距離、寰椎后弓椎動脈切跡移行處與理想進釘點距離、馬氏點（馬向陽確立的椎弓根螺釘進釘點）到正中矢狀面的距離、內傾角（

8、α角)：理想椎弓根釘道頭部與正中矢狀面所成銳角、前傾角（β角)：理想椎弓根釘道頭部與寰椎下關節(jié)面所成銳角。分別為(-x±smm或°)：9.32±0.85、5.00±0.77、5.41±0.94、18.66±0.75、25.14±0.91、22.48±0.94、30.41±0.74、5.10±0.83、4.15±0.63、6.18±1.04、2.05±0.86、3.10±0.77、19.55±0.80、30.06±1.59、5.00±0.

9、89。
　　結論：通過對寰椎CT三維重建及多平面重建影像的觀察進一步明確了寰椎椎弓根的定義及確立了理想椎弓根釘道，通過對與寰椎單節(jié)橫向加壓內固定系統設計相關的CT影像參數的測量及分析為該內固定系統的設計獲得了進一步的理論參數。
　　第三部分寰椎橫向加壓內固定系統的設計和有限元分析
　　目的：按照第一、第二部分提供的各項理論參數，按照設計理念，設計一套既能很好的維持上頸椎的穩(wěn)定性又不犧牲上頸椎正常的生理運動功能。并通過相

10、關軟件對該內固定系統進行模擬分析，評估其各項機械性能。
　　方法：通過頻數分布圖表，對第一、第二部分數據進行進一步分析，為固定裝置各部件提供更為準確的規(guī)格參數。寰椎橫向加壓內固定系統中螺釘長度及螺紋長度由椎弓根釘道長度決定。椎弓根螺釘螺紋外徑由椎弓根的高度來決定。寰椎椎弓根螺釘的內徑由其椎弓根的骨松質高度決定。寰椎椎弓根螺釘螺紋的設計為內錐形螺紋，寰椎椎弓根螺釘釘尾螺母配套設計為雙枚螺母，橫向鎖緊螺絲尾部設計為一字型凹槽。橫向弧形

11、加壓裝置按照寰椎后弓的曲度進行設計，其可調范圍按照測得的寰椎椎弓根進釘點兩點間最大距離與最小距離的差，可調最大值為測得的寰椎椎弓根進釘點兩點間最大距離，最小值為測得的兩點間最小距離。然后通過軟件在電腦上進行模型設計，然后將設計的模型進行有限元分析，了解其機械性能是否能滿足臨床的實際需要，最后委托廠家生產產品。
　　結果：根據設計理念及前兩部提供的參數，通過軟件在計算機上設計出符合要求的內固定裝置，并進行了仿真的機械性能測試符合臨床

12、實際要求。最后委托廠家生產出符合要求的產品。
　　結論：此設計理念先進，結構合理，能滿足臨床實際需要，可以生產產品，為下一步生物力學實驗做準備。
　　第四部分三種后路寰椎椎弓根置釘方法單枚螺釘拔出力實驗
　　目的：通過對寰椎后路三種不同的椎弓根螺釘置釘法（馬氏、譚氏及本研究設計的進釘法）進行單枚螺釘的抗拔出試驗從而確定哪種置釘方法把持力更好。
　　方法：取15個大小形態(tài)基本一致，寰椎椎動脈處后弓高度>4mm的寰椎

13、干骨標本。寰椎椎弓根螺釘30枚（自行設計，委托委托江蘇金鹿集團醫(yī)療系統械有限公司生產）：外徑3.5mm,螺紋長度25mm,螺距2mm,螺紋機構內錐形。將15個寰椎干骨標本的30個椎弓根隨機分為三組，每組10個椎弓根，分別按馬氏、譚氏及本研究設計的釘道進行置釘。使用日本島津生物力學儀進行最大拔出力測試，觀察相同螺釘不同置釘法下的最大拔出力。
　　結果：分別按馬氏、譚氏、本研究設計的釘道置釘，螺釘的軸向最大抗拔出力分別為（N）：275

14、.62±1.06、280.3±1.35、278.28±1.17。
　　結論：分別按馬氏、譚氏、本研究設計的釘道置釘，單枚螺釘的軸向最大抗拔出力無統計學差異。
　　第五部分寰椎三種不同椎弓根螺釘置釘法內固定系統的整體拔出力測試
　　目的：通過對寰椎后路三種不同的椎弓根螺釘置釘法:馬氏、譚氏及本研究設計的進釘法進行整套內固定系統的抗拔出試驗從而確定哪種置釘方法的內固定系統更加牢固。
　　方法：將30個寰椎干骨標本隨機

15、分為三組，每組10個，30套本研究設計的內固定系統（型號規(guī)格完全一致）隨機分為3組，每組10套。分別按馬氏、譚馬氏及本研究設計的進釘點和進釘方向進行置釘。分別安裝相同橫向連接裝置（安裝時通過幅度調節(jié)系統調整橫向連接裝置的弧度使之與置釘角度相匹配）。然后進行整體抗拔出試驗，記錄其最大的抗拔出力。
　　結果：分別按馬氏、譚氏、本研究設計的釘道置釘，內固定系統的整體的軸向最大抗拔出力分別為（N）：1125.2±65.3、863.4±32

16、.8、1468.28±78.9。
　　結論：對馬氏、譚氏、本研究設計的釘道置釘，內固定系統的整體的軸向最大抗拔出力的比較。本研究設計的釘道置入本研究設計的內固定系統抗拔出力最大，說明其對寰椎的固定更加牢固。
　　第六部分寰椎單節(jié)橫向加壓內固定系統與單節(jié)釘棒系統重建寰椎骨環(huán)的生物力學試驗
　　目的：對不穩(wěn)定性寰椎骨折標本進行單節(jié)橫向加壓內固定系統固定重建其骨環(huán)并進行生物力學實驗，為以后的臨床研究提供理論支撐。
　　

17、方法：將8具完整枕頸標本隨機分為兩組，其中一組為寰椎單節(jié)橫向加壓內固定組：在寰椎完整、寰椎不穩(wěn)定性骨折、寰椎橫向加壓內固定三種狀態(tài)下加載相同載荷進行枕頸活動度的比較。另一組釘棒內固定組：同樣在三種狀態(tài)下進行相同比較。通過比較對寰椎單節(jié)橫向加壓內固定系統對維持寰椎即時穩(wěn)定性的效果進行評估。
　　結果：寰椎單節(jié)橫向加壓內固定系統組的寰椎完整狀態(tài)的枕頸前后屈伸、左右屈曲、左右旋轉的幅度分別為（o）:12.32±2.31、13.44±2.

18、80、11.25±1.52、11.48±1.35、53.84±3.25、54.16±2.96；不穩(wěn)定骨折模型組為（o）：26.53±2.37、26.21±3.76、21.56±2.12、21.21±2.45、66.18±2.96、69.52±3.25；橫向加壓內固定系統組為（o）：14.84±1.54、14.30±2.82、12.43±1.35、12.65±1.42、56.31±3.21、57.15±2.98。寰椎單節(jié)釘棒內固定系統組：

19、寰椎完整狀態(tài)的枕頸前后屈伸、左右屈曲、左右旋轉的幅度分別為（o）:11.56±2.42、11.44±2.38、11.38±1.47、11.59±1.26、53.47±3.56、54.23±2.85；不穩(wěn)定骨折模型組為（o）：27.52±2.06、26.18±3.54、21.62±2.06、21.05±2.3266.26±2.58、69.48±3.16；單節(jié)釘棒內固定系統組為（o）：15.87±1.64、14.25±2.76、12.26±

20、1.18、12.26±1.35、56.38±3.12、57.36±2.35。組內比較不穩(wěn)定骨折狀態(tài)下枕頸各個方向的活動范圍都大于完整狀態(tài)；寰椎橫向加壓內固定系統狀態(tài)下枕頸各個方向的活動范圍都小于完不穩(wěn)骨折狀態(tài)；寰椎橫向加壓內固定系統狀態(tài)下各方向活動范圍與完整狀態(tài)基本相近，各個方向活動范圍進行比較均得出P>0.05,無統計學差異。寰椎釘棒內固定組枕頸活動范圍：不穩(wěn)定骨折狀態(tài)>釘棒內固定狀態(tài)>完整狀態(tài)。組內比較均有統計學差異。橫向加壓內固定