寰椎橫向加壓內(nèi)固定系統(tǒng)的設(shè)計制作及生物力學(xué)分析.pdf

1、第一部分寰椎標(biāo)本觀察及相關(guān)解剖參數(shù)的測量分析
　　目的：通過對寰椎干骨標(biāo)本的觀察及文獻(xiàn)的復(fù)習(xí)明確寰椎椎弓根的定義及理想椎弓根釘?shù)?，通過對寰椎單節(jié)加壓內(nèi)固定系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)的解剖學(xué)參數(shù)的測量及分析為該內(nèi)固定系統(tǒng)的設(shè)計提供理論參數(shù)。
　　方法：對20個寰椎干骨標(biāo)本的整體、剖面觀察并通過對文獻(xiàn)的復(fù)習(xí)明確寰椎椎弓根的定義并確立理想椎弓根釘?shù)馈０村咀底倒亩x及確立的理想椎弓根釘?shù)缹﹀咀禉M向加壓內(nèi)固定系統(tǒng)的設(shè)計制作所需的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行測量

2、，數(shù)據(jù)得出后進(jìn)行相應(yīng)的統(tǒng)計學(xué)分析。
　　結(jié)果：椎弓根寬度(寰椎后弓與側(cè)塊的連接部即峽部的寬度）、椎弓根內(nèi)徑寬度(峽部骨松質(zhì)的寬度）、椎弓長度(理想椎弓根釘?shù)劳ㄟ^后弓的距離）、正中矢狀面至進(jìn)釘點內(nèi)限(在通過兩理想椎弓根釘?shù)赖钠拭嫔献髯倒芮安亢蟛孔钔鈧?cè)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(jìn)釘點外限(在通過兩理想椎弓根釘?shù)赖钠拭嫔献髯倒芮安亢蟛孔钔鈧?cè)點連線，通過同側(cè)橫突孔最內(nèi)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(jìn)釘點距離(正中矢狀面至理想釘?shù)琅c后弓后緣交點的距離）、理想釘?shù)篱L度(理想椎弓根釘?shù)劳ㄟ^骨質(zhì)的長度）、椎弓根高度(寰椎后弓與側(cè)塊的連接部即峽部中部的高度）、椎弓根內(nèi)徑高度(測量椎弓根高度處骨松質(zhì)的高度）、椎弓后緣高度(理想進(jìn)釘點處椎弓后緣高度）、理想進(jìn)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(jìn)釘點距離、內(nèi)傾角（α角)：理想椎弓根釘?shù)李^部與正中矢狀面所成銳角、前傾角（β角)：理想椎弓根

4、釘?shù)李^部與寰椎下關(guān)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(jié)論：通過對寰椎干骨標(biāo)本的觀察及文獻(xiàn)的復(fù)習(xí)明確寰椎椎弓根的定義及確立理想椎弓根釘?shù)?，通過對寰椎橫向加壓內(nèi)固定系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)的解剖學(xué)參數(shù)的測量及分析為該內(nèi)固定系統(tǒng)的設(shè)計獲得了部分理論參數(shù)。

5、r>　　第二部分寰椎CT影像觀察及相關(guān)影像參數(shù)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(jìn)一步明確寰椎椎弓根的定義及理想椎弓根釘?shù)赖拇_立，通過對寰椎單節(jié)橫向加壓內(nèi)固定系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)的CT影像參數(shù)的測量及分析為該內(nèi)固定系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)一步提供理論參數(shù)。
　　方法：對40位正常成年人的寰樞椎CT影像學(xué)資料進(jìn)行三維及MPR重建。對三維整體圖像及剖面圖進(jìn)行觀察，然后對與此研究有關(guān)的相關(guān)徑線和角度進(jìn)行測量。對測量的

6、結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析并與第一部分測量的結(jié)果進(jìn)行比較。
　　結(jié)果：椎弓根寬度(寰椎后弓與側(cè)塊的連接部即峽部的寬度）、椎弓根內(nèi)徑寬度(峽部骨松質(zhì)的寬度）、椎弓長度(理想椎弓根釘?shù)劳ㄟ^后弓的距離）、正中矢狀面至進(jìn)釘點內(nèi)限(在通過兩理想椎弓根釘?shù)赖钠拭嫔献髯倒芮安亢蟛孔钔鈧?cè)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(jìn)釘點外限(在通過兩理想椎弓根釘?shù)赖钠拭嫔献髯倒芮安亢蟛孔钔鈧?cè)點連線，通過同側(cè)橫突孔最內(nèi)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(jìn)釘點距離(正中矢狀面至理想釘?shù)琅c后弓后緣交點的距離）、理想釘?shù)篱L度(理想椎弓根釘?shù)劳ㄟ^骨質(zhì)的長度）、椎弓根高度(寰椎后弓與側(cè)塊的連接部即峽部中部的高度）、椎弓根內(nèi)徑高度(測量椎弓根高度處骨松質(zhì)的高度）、椎弓后緣高度(理想進(jìn)釘點處椎弓后緣高度）、理想進(jìn)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(jìn)釘點距離、馬氏點（馬向陽確立的椎弓根螺釘進(jìn)釘點）到正中矢狀面的距離、內(nèi)傾角（

8、α角)：理想椎弓根釘?shù)李^部與正中矢狀面所成銳角、前傾角（β角)：理想椎弓根釘?shù)李^部與寰椎下關(guān)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(jié)論：通過對寰椎CT三維重建及多平面重建影像的觀察進(jìn)一步明確了寰椎椎弓根的定義及確立了理想椎弓根釘?shù)?，通過對與寰椎單節(jié)橫向加壓內(nèi)固定系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)的CT影像參數(shù)的測量及分析為該內(nèi)固定系統(tǒng)的設(shè)計獲得了進(jìn)一步的理論參數(shù)。
　　第三部分寰椎橫向加壓內(nèi)固定系統(tǒng)的設(shè)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(shù)，按照設(shè)計理念，設(shè)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(guān)軟件對該內(nèi)固定系統(tǒng)進(jìn)行模擬分析，評估其各項機械性能。
　　方法：通過頻數(shù)分布圖表，對第一、第二部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析，為固定裝置各部件提供更為準(zhǔn)確的規(guī)格參數(shù)。寰椎橫向加壓內(nèi)固定系統(tǒng)中螺釘長度及螺紋長度由椎弓根釘?shù)篱L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?shù)膬?nèi)徑由其椎弓根的骨松質(zhì)高度決定。寰椎椎弓根螺釘螺紋的設(shè)計為內(nèi)錐形螺紋，寰椎椎弓根螺釘釘尾螺母配套設(shè)計為雙枚螺母，橫向鎖緊螺絲尾部設(shè)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(jìn)行設(shè)計，其可調(diào)范圍按照測得的寰椎椎弓根進(jìn)釘點兩點間最大距離與最小距離的差，可調(diào)最大值為測得的寰椎椎弓根進(jìn)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(jìn)行模型設(shè)計，然后將設(shè)計的模型進(jìn)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(chǎn)產(chǎn)品。
　　結(jié)果：根據(jù)設(shè)計理念及前兩部提供的參數(shù)，通過軟件在計算機上設(shè)計出符合要求的內(nèi)固定裝置，并進(jìn)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(chǎn)出符合要求的產(chǎn)品。
　　結(jié)論：此設(shè)計理念先進(jìn)，結(jié)構(gòu)合理，能滿足臨床實際需要，可以生產(chǎn)產(chǎn)品，為下一步生物力學(xué)實驗做準(zhǔn)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(shè)計的進(jìn)釘法）進(jìn)行單枚螺釘?shù)目拱纬鲈囼瀼亩_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(biāo)本。寰椎椎弓根螺釘30枚（自行設(shè)計，委托委托江蘇金鹿集團醫(yī)療系統(tǒng)械有限公司生產(chǎn)）：外徑3.5mm,螺紋長度25mm,螺距2mm,螺紋機構(gòu)內(nèi)錐形。將15個寰椎干骨標(biāo)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(shè)計的釘?shù)肋M(jìn)行置釘。使用日本島津生物力學(xué)儀進(jìn)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(jié)果：分別按馬氏、譚氏、本研究設(shè)計的釘?shù)乐冕?，螺釘?shù)妮S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(jié)論：分別按馬氏、譚氏、本研究設(shè)計的釘?shù)乐冕?，單枚螺釘?shù)妮S向最大抗拔出力無統(tǒng)計學(xué)差異。
　　第五部分寰椎三種不同椎弓根螺釘置釘法內(nèi)固定系統(tǒng)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(shè)計的進(jìn)釘法進(jìn)行整套內(nèi)固定系統(tǒng)的抗拔出試驗從而確定哪種置釘方法的內(nèi)固定系統(tǒng)更加牢固。
　　方法：將30個寰椎干骨標(biāo)本隨機

15、分為三組，每組10個，30套本研究設(shè)計的內(nèi)固定系統(tǒng)（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(shè)計的進(jìn)釘點和進(jìn)釘方向進(jìn)行置釘。分別安裝相同橫向連接裝置（安裝時通過幅度調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)整橫向連接裝置的弧度使之與置釘角度相匹配）。然后進(jìn)行整體抗拔出試驗，記錄其最大的抗拔出力。
　　結(jié)果：分別按馬氏、譚氏、本研究設(shè)計的釘?shù)乐冕?，?nèi)固定系統(tǒng)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(jié)論：對馬氏、譚氏、本研究設(shè)計的釘?shù)乐冕?，?nèi)固定系統(tǒng)的整體的軸向最大抗拔出力的比較。本研究設(shè)計的釘?shù)乐萌氡狙芯吭O(shè)計的內(nèi)固定系統(tǒng)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(nèi)固定系統(tǒng)與單節(jié)釘棒系統(tǒng)重建寰椎骨環(huán)的生物力學(xué)試驗
　　目的：對不穩(wěn)定性寰椎骨折標(biāo)本進(jìn)行單節(jié)橫向加壓內(nèi)固定系統(tǒng)固定重建其骨環(huán)并進(jìn)行生物力學(xué)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(biāo)本隨機分為兩組，其中一組為寰椎單節(jié)橫向加壓內(nèi)固定組：在寰椎完整、寰椎不穩(wěn)定性骨折、寰椎橫向加壓內(nèi)固定三種狀態(tài)下加載相同載荷進(jìn)行枕頸活動度的比較。另一組釘棒內(nèi)固定組：同樣在三種狀態(tài)下進(jìn)行相同比較。通過比較對寰椎單節(jié)橫向加壓內(nèi)固定系統(tǒng)對維持寰椎即時穩(wěn)定性的效果進(jìn)行評估。
　　結(jié)果：寰椎單節(jié)橫向加壓內(nèi)固定系統(tǒng)組的寰椎完整狀態(tài)的枕頸前后屈伸、左右屈曲、左右旋轉(zhuǎn)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(nèi)固定系統(tǒng)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(nèi)固定系統(tǒng)組：

19、寰椎完整狀態(tài)的枕頸前后屈伸、左右屈曲、左右旋轉(zhuǎn)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(nèi)固定系統(tǒng)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(nèi)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(nèi)固定系統(tǒng)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(nèi)固定系統(tǒng)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(jìn)行比較均得出P>0.05,無統(tǒng)計學(xué)差異。寰椎釘棒內(nèi)固定組枕頸活動范圍：不穩(wěn)定骨折狀態(tài)>釘棒內(nèi)固定狀態(tài)>完整狀態(tài)。組內(nèi)比較均有統(tǒng)計學(xué)差異。橫向加壓內(nèi)固定