新型腰椎半堅強(qiáng)動態(tài)固定系統(tǒng)Lander-Ⅰ的研制與實驗研究.pdf

1、研究背景: 腰椎間盤退行性疾病(Degenerativediscdisease，DDD)是脊柱外科最常見的疾病之一，是成年人腰痛和傷殘的主要原因，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)耗費(fèi)和社會負(fù)擔(dān)。流行病學(xué)調(diào)查表明，大約有高達(dá)80％的人一生中有過腰痛的癥狀，它僅次于普通感冒，是造成病人求醫(yī)位居第二位的原因。若經(jīng)過3～6個月正規(guī)保守治療無效，癥狀嚴(yán)重，嚴(yán)重影響生活質(zhì)量者應(yīng)及早考慮外科手術(shù)治療。手術(shù)方案應(yīng)根據(jù)患者椎間盤病理改變的嚴(yán)重程度和脊柱運(yùn)動節(jié)段的

2、穩(wěn)定性來決定。目前，椎間盤突出癥常選擇開放或微創(chuàng)的椎間盤摘除術(shù)；而對于嚴(yán)重的椎間盤退變及伴不穩(wěn)表現(xiàn)者則多選擇脊柱融合手術(shù)。于是DDD改變導(dǎo)致椎體不穩(wěn)定，而不穩(wěn)定又導(dǎo)致腰痛(lowbackpain，LBP)，脊柱融合通過固定不穩(wěn)定而達(dá)到椎間融合從而減輕疼痛，成為傳統(tǒng)脊柱外科的最后手段，被譽(yù)為“金標(biāo)準(zhǔn)”。 本研究希望結(jié)合正常國人腰椎解剖及活動度特點，研制一種新型腰椎后路半堅強(qiáng)動態(tài)固定系統(tǒng)，暫命名為萊德爾I型(Lander-I)，并通

3、過生物力學(xué)試驗研究其性能，探討臨床應(yīng)用可行性。 研究目的: 1.研制一種新型腰椎后路半堅強(qiáng)動態(tài)固定系統(tǒng)(Lander-I)； 2.新型腰椎半堅強(qiáng)動態(tài)系統(tǒng)(Lander-I)對椎間盤和關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)負(fù)荷以及腰椎運(yùn)動節(jié)段活動度的影響； 3.觀察新型腰椎半堅強(qiáng)動態(tài)固定系統(tǒng)(Lander-I)對椎間高度及活動度的影響。 研究方法: 1.新型腰椎半堅強(qiáng)動態(tài)固定系統(tǒng)(Lander-I)的相關(guān)解剖學(xué)研究及研

4、制； 1.1新型腰椎半堅強(qiáng)動態(tài)固定系統(tǒng)(Lander-I)的相關(guān)解剖學(xué)研究：應(yīng)用游標(biāo)卡尺測量32具成人完整腰椎標(biāo)本L1-L5段相鄰椎弓根解剖學(xué)投影點之間的間距。 1.2新型腰椎半堅強(qiáng)動態(tài)固定系統(tǒng)(Lander-I)的研制：ISOBARTTL半堅強(qiáng)動態(tài)固定系統(tǒng)不足之處在于其較正常椎節(jié)生理活動度明顯較小。參考正常成人腰椎節(jié)段活動度及腰椎L1-L5段脊柱的椎弓根解剖學(xué)投影點之間的間距，設(shè)計新型半堅強(qiáng)動態(tài)固定系統(tǒng)萊德爾I型(La

5、nder-I)，使其在具有TTL系統(tǒng)優(yōu)點的基礎(chǔ)上允許更為接近正常的活動度。 2.新型腰椎半堅強(qiáng)動態(tài)固定系統(tǒng)(Lander-I)的生物力學(xué)研究： 2.1Lander-I半堅強(qiáng)動態(tài)固定棒活動度的試驗研究：設(shè)計長方體木塊兩塊作為椎體模型。858型MTS材料測試系統(tǒng)提供加載負(fù)荷。Spine2000激光掃描系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)棒屈曲活動度的三維掃描測試。應(yīng)用IsobarTTL與Lander-I半堅強(qiáng)動態(tài)固定棒進(jìn)行對照研究。分析Lander

6、半堅強(qiáng)動態(tài)棒屈曲度、椎弓根釘固定點的相對水平位移以及垂直壓縮度。 2.2Lander-I半堅強(qiáng)動態(tài)固定系統(tǒng)對腰椎固定節(jié)段活動度(Rangeofmotion，ROM)影響的生物力學(xué)研究：采用6具新鮮人體腰椎標(biāo)本，分別對L3-4節(jié)段進(jìn)行Lander-I、TTL及堅強(qiáng)固定系統(tǒng)固定；對受試標(biāo)本施加前屈、后伸、左側(cè)彎及左向旋轉(zhuǎn)的力偶矩，在三維運(yùn)動測試系統(tǒng)測定相應(yīng)固定節(jié)段的活動度。分析比較不同內(nèi)固定物對腰椎固定節(jié)段活動度的影響。 2

7、.3Lander-I半堅強(qiáng)動態(tài)固定系統(tǒng)對固定節(jié)段椎間隙壓力的影響：建立腰椎軟骨終板應(yīng)力測試系統(tǒng)。6具新鮮人體腰椎標(biāo)本，分別對L3-4節(jié)段進(jìn)行Lander-I、TTL及堅強(qiáng)固定系統(tǒng)的固定；受試標(biāo)本在前屈、后伸、左側(cè)彎及左旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，MTS855材料測試系統(tǒng)加載，測定相應(yīng)固定節(jié)段的終板壓力。 2.4Lander-I半堅強(qiáng)動態(tài)固定系統(tǒng)對固定節(jié)段關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)壓力的影響：壓敏片插入脊柱標(biāo)本L3-4兩側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)間隙內(nèi)，依次使標(biāo)本處于中立位

8、、前屈10度，后伸10度，左彎10度，左旋10度，MTS施加400N軸向負(fù)荷，保持最大載荷1分鐘后卸載，取出壓敏片。重復(fù)三次，取三次的平均值作為該狀態(tài)下關(guān)節(jié)面的壓力值。將壓敏片圖像掃描到計算機(jī)中存儲、分析、處理。 3.Lander-I半堅強(qiáng)動態(tài)固定系統(tǒng)的影像學(xué)觀察：對脊柱標(biāo)本在完整狀態(tài)及椎間盤摘除狀態(tài)，進(jìn)行Lander-I及TTL動態(tài)棒的固定，拍攝正側(cè)位腰椎動力位平片，觀察指標(biāo)包括：①腰椎固定節(jié)段活動度；②固定節(jié)段椎間高度。評價

9、方法：拍攝中立及動力位側(cè)位X線片，動力位片獲得前屈角度和后伸角度。腰椎節(jié)段活動度=(腰椎中立角度-前屈角度)+(后伸角度-腰椎中立角度)=后伸角度-前屈角度。椎間隙高度(Intervertebraldischeight,IDH)測量：為盡量消除誤差，以側(cè)位X片病變椎間隙前后緣高度的均值與上位椎體中部矢狀徑的比值來表示。 結(jié)果: 1.椎弓根解剖投影點間距在29mm左右，除去釘尾高度以及釘尾傾斜的影響，椎弓根釘之間的棒長度在

10、20mm左右。為不影響動態(tài)固定棒的活動度，彈性元件高度宜不大于15mm。 2.兩種半堅強(qiáng)動態(tài)固定棒屈曲度、椎弓根釘固定點的相對水平位移以及垂直壓縮度都有明顯統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.05)。新型Lander-I半堅強(qiáng)動態(tài)固定棒屈曲活動度更接近生理，垂直壓縮度較TTL系統(tǒng)為小，需進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)。 3.腰椎下位堅強(qiáng)融合以后，鄰近節(jié)段活動度受到明顯影響，活動范圍較正常增大；下位L4-5融合合并上位L3-4椎間盤摘除，將進(jìn)一步導(dǎo)致鄰近

11、節(jié)段穩(wěn)定性喪失，活動度更加增大，Lander-I及TTL系統(tǒng)固定均能顯著穩(wěn)定椎間活動，不同狀態(tài)下，Lander-I系統(tǒng)固定較TTL及堅強(qiáng)棒系統(tǒng)固定運(yùn)動節(jié)段活動度都明顯改善，具有顯著差異(P<0.05)。 4.TTL、Lander-I、堅強(qiáng)系統(tǒng)固定下L3-4終板應(yīng)力較正常應(yīng)力值依次減小，具有顯著性差異(P<0.05)，堅強(qiáng)固定下終板應(yīng)力最低，而Lander-I系統(tǒng)固定下終板應(yīng)力稍高于TTL系統(tǒng)。 5.L3-4節(jié)段經(jīng)TTL及

12、Lander-I系統(tǒng)固定以后，無固定組、TTL組、Lander組關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)壓力在直立、前屈、后伸、側(cè)屈、側(cè)旋等狀態(tài)結(jié)果均存在顯著統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.05)，固定組較無固定組關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)壓力顯著降低。TTL固定組，直立、前屈、后伸、側(cè)屈和側(cè)旋等狀態(tài)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)壓力分別減少為垂直載荷(400N)的4.01％、0.74％、3.78％、3.45％和19.6％，關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)負(fù)荷也分別減少為正常的25.32％、17.21％、17.02％、18.45％和3

13、5.90％，關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)壓力顯著減?。欢鳯ander-I固定組，直立、前屈、后伸、側(cè)屈和側(cè)旋等狀態(tài)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)壓力分別減少為垂直載荷(400N)的4.20％、0.73％、5.60％、5.30％和13.20％，關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)負(fù)荷分別減少為正常的26.58％，17.02％，25.23％，28.34％，23.18％，差異具有顯著性(P<0.05)。椎間盤摘除狀態(tài)，關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)壓力在直立、后伸、側(cè)屈和側(cè)旋等狀態(tài)較正常明顯增加，但前屈狀態(tài)則明顯減小，均具有

14、顯著的統(tǒng)計學(xué)差異。 6.影像學(xué)觀察可見Lander-I、TTL系統(tǒng)固定后椎間高度得到有效恢復(fù)。Lander-I系統(tǒng)圃定較TTL系統(tǒng)固定椎間活動度明顯改善。屈伸動力位片未見到椎間不穩(wěn)定跡象。 結(jié)論: 1.新型腰椎半堅強(qiáng)動態(tài)固定系統(tǒng)(Lander-I)明顯穩(wěn)定失穩(wěn)椎節(jié)，運(yùn)動范圍較TTL系統(tǒng)明顯改善，更加接近正常狀態(tài)。垂直壓縮度尚需進(jìn)行改進(jìn)； 2.Lander-I半堅強(qiáng)動態(tài)固定系統(tǒng)能明顯緩解固定節(jié)段終板應(yīng)力，避