枕寰樞后路不同內固定的生物力學評價.pdf

1、研究目的:本研究旨在通過應用生物力學的不同方法對枕寰樞后路內固定進行評價,為臨床對內固定的選擇提供理論依據(jù).擬具體實現(xiàn)以下目的:1.通過對正常人體的枕寰樞復合體,寰樞椎不穩(wěn)模型和枕寰樞不穩(wěn)模型的三維運動范圍的測量和分析.尋求以數(shù)字相關法原理為基礎的脊柱三維測量系統(tǒng)在枕頸部測量中的適用性.2.評價寰樞部后路不同的內固定重建寰樞椎穩(wěn)定性的生物力學性能.3.評價枕寰樞后路不同的內固定重建枕寰樞椎穩(wěn)定性的生物力學性能.4.寰樞椎后路3種植入方式

2、的螺釘在生理載荷下承受的應力的分析.評價各自在正常枕寰樞三維運動下的機械性能.5.建立枕寰樞不穩(wěn)的三維有限元模型,裝配枕寰樞后路內固定,進行加載和驗證,分析其應用于臨床實驗研究的可行性.材料和方法:1.制備6具新鮮的人體枕頸部標本(C0-C3),采用脊柱三維運動測量系統(tǒng)測量C0-C1、C1-C2節(jié)段的運動參數(shù),并行統(tǒng)計學分析.2.先后制作兩種枕頸部不穩(wěn)模型:寰樞不穩(wěn)模型—齒狀突型骨折模型組(Odontoid Fractured);寰枕樞

3、不穩(wěn)模型—齒狀突全切除的模型組(Odontoidectomy).測量C0-C1、C1-C2節(jié)段的運動參數(shù),并行統(tǒng)計學分析.3.先后應用四種寰樞部后路內固定重建寰樞椎不穩(wěn)模型:Brook法+鈦纜固定(Brook+Cable):Gallie法+鈦纜固定(Gallie+Cable fixation.簡稱Gallie+Cable);C 1側塊螺釘+C 2經(jīng)椎弓根螺釘+Gallie植骨塊法(posteriorC 1 lateral mass co

4、mbined with C 2 pedicle screw rod and Gallie fixation簡稱PLM+Gallie);Magel經(jīng)關節(jié)螺釘固定+Gallie植骨塊法(Posterior C1-C2transarticular screw and Gallie fixationt,簡稱PTS+Gallie),測試其C1-C2節(jié)段的運動參數(shù),并行統(tǒng)計學分析.4.先后應用三種枕寰樞后路內固定重建寰枕樞不穩(wěn)模型:植骨塊+鈦纜固定

5、組(簡稱Cable+Graft組);SUMMIT枕頸內固定組(簡稱SUMMIT組);枕頸部經(jīng)關節(jié)螺釘內固定組(Craniovertebral transarticular screw fixation.簡稱CTS),測試其C0-C1、C1-C2節(jié)段的運動參數(shù),并行統(tǒng)計學分析.5.對6例新鮮人體枕頸部標本(C0-C3),依次采用后路C1-C2經(jīng)關節(jié)螺釘固定和C 1側塊螺釘+C 2經(jīng)椎弓根螺釘釘棒系統(tǒng)固定失穩(wěn)的寰樞椎,對固定后的C1-C2經(jīng)

6、關節(jié)螺釘(C1-C2 transarticular screw簡稱C1-C2 TA組)、C1側塊螺釘(C 1 lateral mass screw簡稱C1 LS組)、樞椎椎弓根螺釘(C2 pedicle screw簡稱C2 PS組)三種植釘方式的螺釘,電測法測量逐級加載產(chǎn)生三維六自由度運動時螺釘所承受的拔出應力.結果進行統(tǒng)計分析.6.應用斷層CT掃描序列圖像的自動重建方法建立枕寰樞不穩(wěn)的三維有限元模型,同時分別應用SUMMIT枕頸內固定

7、組(簡稱SUMMIT組)、枕頸部經(jīng)關節(jié)螺釘內固定組(簡稱CTS組)的三維模型裝配;加載后進行驗證,證實確定內固定對失穩(wěn)的枕寰樞的穩(wěn)定作用.結果:1.應用數(shù)字相關法原理為基礎的脊柱三維運動測量系統(tǒng)測試正常C0-C1、C1-C2節(jié)段的運動參數(shù),結果可以看到,C0-C1節(jié)段最大的位移發(fā)生在后伸22.45°其次是旋轉7.9°,并后伸要大于前屈.C1-C2節(jié)段中,最大的位移是旋轉,為40.2°.2.分別對正常、兩種模型的比較,寰樞不穩(wěn)模型與正常相

8、比,在C0-C1節(jié)段數(shù)值上有增加,但是無明顯差異(P>0.05).C1-C2節(jié)段前屈和旋轉有顯著差異(P<0.05),而后伸和側屈則沒有顯著差異(P>0.05).枕寰樞不穩(wěn)模型與正常相比,無論是C0-C1節(jié)段、C1-C2節(jié)段,前屈、后伸、側屈還是旋轉都有顯著差異(P<0.05).寰樞不穩(wěn)模型與枕寰樞不穩(wěn)模型相比,無論是C0-C1節(jié)段、C1-C2節(jié)段,前屈、后伸、側屈還是旋轉都有顯著差異(P<0.05).3.寰樞不穩(wěn)應用內固定后的C1-C

9、2節(jié)段三維運動變化:前屈、后伸運動和旋轉運動:各個內固定組與寰樞不穩(wěn)模型和正常均有顯著差異(P<0.05),在四種內固定之間,PTS+Gallie、PLM+Gallie分別與Cable+Brook和Cable+Gallie都有顯著差異(P<0.05),同時Cable+Brook和Cable+Gallie之間也有顯著差異(P<0.05),PTS+Gallie和PLM+Gallie之間沒有顯著差異(P>0.05);側屈運動:Cable+Ga

10、llie與正常無顯著差異(P>0.05),其余內固定組與寰樞不穩(wěn)模型和正常均有顯著差異(P<0.05),在四種內固定之間,PTS+Gallie、PLM+Gallie與Cable+Brook和Cable+Gallie都有顯著差異(P<0.05),同時Cable+Brook和Cable+Gallie之間也有顯著差異(P<0.05),PTS+Gallie和PLM+Gallie之間沒有顯著差異(P>0.05).4.枕寰樞不穩(wěn)模型應用內固定后三維

11、運動變化:C0-C1節(jié)段、C1-C2節(jié)段三維運動:無論是前屈、后伸運動、側屈還是旋轉:各個內固定組與枕寰樞不穩(wěn)模型和正常均有顯著差異(P<0.05),在三種內固定之間,CTS、SUMMIT分別與Cable+Graft都有顯著差異(P<0.05),CTS和SUMMIT之間沒有顯著差異(P>0.05)5.側屈狀態(tài)下,電測法測得的所有螺釘局部應變均接近于0.在前屈、后伸、旋轉運動時,隨著加載載荷增大,測得的應力均逐步增大.在前屈和旋轉時螺釘不

12、同程度承受拉伸應力,在后伸時,螺釘所受的為壓應力.在前屈狀態(tài):C1側塊螺釘,在逐級加載的所有3種載荷下承受的應力均大于其它2種植釘方法,存在統(tǒng)計學意義(P<0.05).樞椎椎弓根螺釘與C1-C2經(jīng)關節(jié)螺釘之間也存在顯著差異(P<0.05).在前屈狀態(tài)下螺釘拔出力的均值大小順序為:C1 LS>C2 PS>C1-C2 TA.在后伸狀態(tài):C1側塊螺釘除在±0.5Nm載荷下與C1-C2經(jīng)關節(jié)螺釘無顯著差異(P>0.05)外,余載荷下與C1-C2

13、經(jīng)關節(jié)螺釘仍存在顯著差異(P<0.05),樞椎椎弓根螺釘與C1-C2經(jīng)關節(jié)螺釘之間也存在顯著差異(P<0.05).后伸情況,在最大載荷下,螺釘拔出力的均值大小順序為:C2 LS>C1-C2 TA>C1 PS.在旋轉情況:樞椎椎弓根螺釘在所有三種載荷下所承受的應力均大于其它兩種植釘方法,存在統(tǒng)計學意義(P<0.05),C1側塊螺釘與C1-C2經(jīng)關節(jié)螺釘之間也存在顯著差異(P<0.05).在旋轉情況下在最大載荷時,螺釘拔出力的均值大小順序:

14、C2 PS>C1 LS>C1-C2TA.6.計算機三維有限元得到的枕寰樞兩種內固定對失穩(wěn)的枕寰樞模型的穩(wěn)定作用趨于一致.結論:1.通過與機械測量法、單平面測量法、雙平面測量法幾種方法測量的結果比較,證實了數(shù)字相關法為基礎的脊柱三維測量系統(tǒng)的可行性.2.寰樞不穩(wěn)模型與枕寰樞不穩(wěn)模型在三維運動方面存在顯著差異,研究結果對于臨床上應用何種內固定穩(wěn)定不同節(jié)段提供生物力學依據(jù).3.寰樞不穩(wěn)后路新型內固定PLM+Gallie明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的鋼絲技術,

15、但是與目前廣泛應用的PTS+Gallie,無顯著差異.為一種較為理想的寰樞融合內固定術式.在具體臨床應用時,應強調掌握合適的手術適應癥,并需較高的手術技巧.4.枕寰樞不穩(wěn)應用新型內固定CTS好于植骨內固定,但是與SUMMIT系統(tǒng)無顯著差異.為臨床上應用枕寰樞融合方法提供了生物力學實驗依據(jù).5.寰樞部3種螺釘植入后,電測法顯示側塊螺釘C1承受的前屈、旋轉拔出應力最大.提示生理環(huán)境下側塊螺釘可能更易出現(xiàn)內植物相關并發(fā)癥,具體應用時應結合臨床