腰椎棘突間相關(guān)區(qū)域的解剖學(xué)研究及棘突間內(nèi)固定的三維有限元分析.pdf

1、本課題擬從國人體腰椎棘突間區(qū)域的解剖學(xué)特點(diǎn)出發(fā)，對腰椎棘突間固定進(jìn)行脊柱生物力學(xué)及三維有限元分析，從理論上驗證腰椎棘突間固定的可行性及臨床應(yīng)用的技術(shù)方法。 第一部分腰椎棘突間相關(guān)區(qū)域的應(yīng)用解剖學(xué)研究。 目的：為適合國人的腰椎棘突間內(nèi)固定器的設(shè)計改進(jìn)和臨床應(yīng)用提供解剖學(xué)依據(jù)。 方法：測量52具成人完整福爾馬林固定標(biāo)本T12-SI段脊柱的棘突間距、棘突頂距、棘突長度、相鄰棘突上下緣及中央厚度。對所測量數(shù)據(jù)進(jìn)行方差和相

2、關(guān)性分析。 結(jié)果：所測數(shù)據(jù)滿足正態(tài)性、方差齊性。棘突間距從上到下逐漸減小，El-2為7．61+2．44(女，7．75+1．65)mm，Ls-Si為4．034-2．57(女，6．49±2．78)mm。棘突頂距、棘突長度等指標(biāo)中段較大，上段和下段較小。棘突頂距，T]z-Li為54．634-6．50(女，49．88~7．33)miil，L2-3增大為60．1趾6．11(女，53．64~4．38)mm又逐漸變小，L4-5減小為45．07

3、~5．89(女，49．40±7．05)mm。棘突長度，以L3最大，25．45±5．96(女性L4最大，18．42~4．98)rani，Ll和L5分別為21．63±3．28(女，17．08±2．83)mm和21．41±4．41(女，17．44~3．75)mm。相鄰上一棘突下緣厚度普遍大于下一棘突上緣厚度，差值呈偏態(tài)分布，中位數(shù)為3．28，75％位數(shù)為5．13。棘突頂距與身長呈中低度正相關(guān)。相鄰椎間隙指標(biāo)呈中高度相關(guān)。女性較男性棘突短、薄、

4、矮。 結(jié)論：該研究初步獲得了國人腰椎棘突間相關(guān)區(qū)域的解剖學(xué)參數(shù)，為適合國人特點(diǎn)的腰椎棘突間內(nèi)固定器的設(shè)計改進(jìn)和應(yīng)用提供了解剖學(xué)依據(jù)。 第二部分三維CT重建技術(shù)在腰椎棘突間相關(guān)區(qū)域的形態(tài)學(xué)研究。 目的：探討三維CT重建技術(shù)腰椎棘突間區(qū)域的方法及其臨床意義，進(jìn)一步驗證尸體解剖學(xué)獲得的數(shù)據(jù)參數(shù)。 方法：用GEli曲tspeed16pro螺旋CT掃描非腰椎疾病患者46人，掃描條件為層厚0．625mm，層距0．3m

5、m，在圖象工作站中用ADW4．2軟件，采用容積再現(xiàn)及多平面重建技術(shù)重建胸12至骶1段脊柱三維圖像，對圖像進(jìn)行整倍數(shù)放大，并使用圖像工作站(AdvantageWorkstation)軟件中的測量工具，對棘突間距、棘突頂距、棘突中央高度、相鄰棘突上下緣及中央厚度進(jìn)行測量，測量過程中對腰椎三維圖像作任意角度旋轉(zhuǎn)，選擇最佳測量圖像，對測量的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗、方差分析，獲取各項指標(biāo)的均值。 結(jié)果：與實體解剖學(xué)測量結(jié)果基本相同，棘突間

6、距從上到下(Li-L5)逐漸減小，LI-2為8．26+2．48mm，L4-5為5．66~2．08mm。棘突頂距、棘突中央高度指標(biāo)中段大于上段和下段。T12LI的棘突頂距為54．91±7．49mm，L2-3增大為59．35±6．46mm，L4-s減小為47．13±6．16mm。L3的棘突高度最大，為21．56±5．38mm，上一棘突下緣大于相鄰下一棘突上緣厚度。女性棘突較男性棘突短薄矮。 結(jié)論：本研究在生理狀態(tài)下對腰椎棘突間區(qū)域進(jìn)

7、行解剖測量，所測指標(biāo)呈正態(tài)分布，為腰椎棘突問內(nèi)固定器的設(shè)計改進(jìn)和臨床的應(yīng)用及計算機(jī)導(dǎo)航手術(shù)系統(tǒng)的應(yīng)用提供解剖基礎(chǔ)。 第三部分腰椎棘突間內(nèi)固定的生物力學(xué)分析。 目的：探討棘突間內(nèi)固定植入腰椎棘突間后對椎體、椎間盤及關(guān)節(jié)突處應(yīng)力的生物力學(xué)影響。 方法：在9具新鮮尸體標(biāo)本上建立力學(xué)測試模型，分別模擬手術(shù)創(chuàng)傷、棘突間內(nèi)固定及椎弓根釘系統(tǒng)后路堅強(qiáng)固定，測量不同情況下標(biāo)本的應(yīng)變、位移、應(yīng)力、剛度等與載荷相關(guān)的力學(xué)量，并采用最

8、小二乘法、方差分析、自身對照t檢驗等方法對結(jié)果進(jìn)行分析。 結(jié)果：模擬手術(shù)組的椎體、椎間盤和關(guān)節(jié)突處力學(xué)指標(biāo)顯示脊柱結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，椎弓根釘系統(tǒng)內(nèi)固定堅強(qiáng)，但與正常椎體相比，應(yīng)力過于集中，棘突間內(nèi)固定能較好地穩(wěn)定脊柱，又不使應(yīng)力過于集中。 結(jié)論：棘突間內(nèi)固定在生物力學(xué)指標(biāo)上非常接近正常椎體的應(yīng)力分布，和手術(shù)創(chuàng)傷組、椎弓根釘內(nèi)固定組相比，對椎體、椎間盤、關(guān)節(jié)突應(yīng)力干擾小，有明顯的優(yōu)勢。 第四部分腰椎棘突間內(nèi)固定的三維有限

9、元分析。 目的：建立腰椎三維有限元模型，研究正常腰椎不同生理運(yùn)動情況下的應(yīng)力分布，手術(shù)造成脊柱創(chuàng)傷的應(yīng)力分布，以及腰椎棘突間內(nèi)固定和椎弓根內(nèi)固定的各種狀態(tài)下應(yīng)力分布情況。 方法：利用有限元軟件Ansys-8．0，采用數(shù)學(xué)力學(xué)模型的方法，對正常腰椎、腰椎創(chuàng)傷和兩種不同內(nèi)固定方法的各種狀態(tài)下椎體、椎間盤及腰椎后部結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布情況進(jìn)行三維有限元理論分析。 結(jié)果：建立了腰椎的整體三維有限元力學(xué)模型，獲得了正常腰椎的應(yīng)力

10、場和位移場變化規(guī)律，脊柱不同生理運(yùn)動情況下的應(yīng)力分布，手術(shù)造成脊柱創(chuàng)傷的應(yīng)力變化，以及腰椎棘突內(nèi)固定(DIAM)和Isola椎弓根內(nèi)固定后的應(yīng)力分布特點(diǎn)：①手術(shù)創(chuàng)傷組(椎板開窗、腰椎間盤切除)與正常腰椎的應(yīng)力水平相比較，皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的應(yīng)力增加6-7％，終板增加13％，纖維環(huán)增加10％，而后部結(jié)構(gòu)應(yīng)力增加達(dá)27％，說明手術(shù)創(chuàng)傷后腰椎及腰椎后部結(jié)構(gòu)的應(yīng)力有較大的變化，應(yīng)力集中明顯。提示腰椎損傷后被保留的部分承載力加大，應(yīng)力水平呈上升的趨勢

11、。②采用棘突間固定的腰椎各部分應(yīng)力，與正常人體的皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨、終板，纖維環(huán)，后部結(jié)構(gòu)相比較，應(yīng)力分別增加3％、3％、13％、5％，和15％，改善了各部分的應(yīng)力狀態(tài)，顯示后部結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布均勻。③采用Isola椎弓根螺釘固定后，其腰椎各部分的應(yīng)力幅值明顯下降，超過了人體正常應(yīng)力狀態(tài)，與正常應(yīng)力狀態(tài)相比，依次降低7％、7％、¨％、6％、23％，Isola承載替代了椎體上的應(yīng)力，存在著應(yīng)力遮擋。 結(jié)論：獲得了正常腰椎的應(yīng)力場和位移場變