腰椎滑脫髂骨棒杠桿復(fù)位固定系統(tǒng)的研制、生物力學(xué)測試和臨床應(yīng)用.pdf

1、本研究受Harrington應(yīng)用髂骨棒復(fù)位滑脫椎體、Bryan等的椎弓根釘一髂骨釘復(fù)位系統(tǒng)、Matthiass后路杠桿撬拔復(fù)位裝置和髂骨棒固定骶髂關(guān)節(jié)脫位技術(shù)以及椎弓根系統(tǒng)提拉復(fù)位機理的啟發(fā)，設(shè)計了髂骨棒杠桿復(fù)位內(nèi)固定系統(tǒng)。 第一部分腰椎滑脫相關(guān)因素的生物力學(xué)研究 一、下腰椎應(yīng)力分布的研究 目的：由于下腰椎和腰骶部的生理性前凸，人體的中心位于腰骶關(guān)節(jié)的前方，使下部腰椎承載大的剪力，有前滑的趨勢。Kummer和Pu

2、tz證實了椎弓峽部是抵抗剪切力的重要結(jié)構(gòu)，Rolander也證實了完整的椎間盤對剪切力的代償起著重要作用。也有報道稱連接L5橫突和髂骨的髂腰韌帶(ILL)與L5脊椎滑脫有關(guān)。為了探求峽部、椎間盤等部位在椎體滑脫中的作用，本研究部分以L5-S1為實驗節(jié)段，設(shè)計了垂直壓縮實驗，通過測量峽部、椎間盤以及ILL的應(yīng)力的分布，判斷各部在阻止椎體滑脫中的作用。 方法：成人男性防腐標(biāo)本8具。L5峽部貼應(yīng)變片，L5-S1椎間盤和ILL用引伸計測

3、量應(yīng)變。依次對完整標(biāo)本、椎間盤切斷標(biāo)本、峽部切斷標(biāo)本，用CSS-44020生物力學(xué)實驗機軸向加載至500N，測量各部應(yīng)變。 結(jié)果：正常標(biāo)本軸向壓縮實驗，70％的應(yīng)力分布于峽部，分布在椎間盤應(yīng)力為26％，而髂腰韌帶(ILL)則有2.8％應(yīng)力分布。切斷椎間盤的標(biāo)本，峽部應(yīng)力增加一倍，由正常標(biāo)本的41010Pa增加到83051Pa，而ILL應(yīng)力變化不大。切斷峽部的標(biāo)本，峽部應(yīng)力為0，椎間盤向前的剪切應(yīng)力由15381Pa增加至20643

4、Pa，ILL的應(yīng)力也有增加。 結(jié)論：腰骶段應(yīng)力70％分布于峽部，26％分布在椎間盤，而髂腰韌帶(ILL)也有2.8％應(yīng)力分布，ILL也有阻止L5滑脫的作用。前柱結(jié)構(gòu)受損后，峽部所受應(yīng)力增加一倍。峽部結(jié)構(gòu)受損后，大部分應(yīng)力轉(zhuǎn)移到椎間盤。峽部、椎間盤和ILL是防止L5滑脫的重要結(jié)構(gòu)。 二、髂腰韌帶的形態(tài)學(xué)研究及在腰椎滑脫中的作用 目的：研究髂腰韌帶(ILL)的形態(tài)學(xué)特點，探討其在防止L5椎體前滑脫中的作用。

5、方法：取成人男性防腐標(biāo)本26具，觀察ILL起止點和走行，測量其長寬厚度。取10具標(biāo)本制腰椎滑脫模型，等分為兩組，A組為ILL保留組，B組為ILL切斷組。測量在300N、600N、900N和1200N負荷時L5椎體在S1椎體上緣的位移。 結(jié)果：ILL由上部和下部韌帶組成。上部韌帶主要起自L4橫突，止于髂骨嵴的內(nèi)緣和腰方肌在髂嵴的附麗部。厚(2.22±0.28)mm，寬(10.72±2.34)mm，長(69.80±5.02)mm。下

6、部韌帶不能再細分成束，主要起自L5橫突，主要止于髂后粗隆，最長(82.20±4.02)mm，主干前緣長(36.64±2.30)mm，后緣長(8.54±1.78)mm，寬(12.22±2.18)mm，厚(4.30±0.96)mm。測量A組和B組在不同載荷下L5椎體的位移和脫位程度，用Stata7.0進行統(tǒng)計學(xué)分析，B組脫位程度大于A組，P＜0.05為差別有顯著性意義。 結(jié)論：國人ILL具有特異的形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)特點，有阻止和減少L5椎體

7、向前滑脫的作用。 第二部分自制腰椎滑脫髂骨棒杠桿復(fù)位固定系統(tǒng)的設(shè)計、結(jié)構(gòu)分析以及生物力學(xué)穩(wěn)定性測試 目的：闡明自制髂骨棒杠桿復(fù)位固定系統(tǒng)(IBRFS)的組成、復(fù)位原理和安裝方法。通過整體結(jié)構(gòu)分析和生物力學(xué)穩(wěn)定性測試，研究該器械的科學(xué)性、穩(wěn)定性和優(yōu)越性。 方法：用00Cr18Ni15Mo3N醫(yī)用不銹鋼制作IBRFS。對該器械進行了幾何分析和力學(xué)分析。用成人男性防腐標(biāo)本6具，制作L5滑脫模型，在支撐棒腹側(cè)、平衡棒的尾

8、側(cè)、平衡棒的背側(cè)、復(fù)位桿的腹側(cè)和復(fù)位桿的背側(cè)貼應(yīng)變片，引伸計測量L5椎間盤應(yīng)變。用CSS-44020生物力學(xué)實驗機軸向加載分別至500N、700N、900N，記錄各部應(yīng)變。 結(jié)果：IBRFS由椎弓根釘、椎弓根釘角度提拉桿、髂骨支撐棒、髂骨平衡棒、復(fù)位桿和螺母A、B、C組成。復(fù)位原理是以平衡棒為起重點，以支撐棒為杠桿支點，經(jīng)過復(fù)位桿的杠桿作用，提拉固定于滑脫椎體的椎弓根螺釘，使滑脫椎體復(fù)位。整體結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)：①該器械是幾何不變體系

9、。②其中支撐棒作為支點棒是整個裝置的關(guān)鍵，采用5mm支撐桿，滑脫力是200N時是安全的。③椎弓根釘交叉植入椎體固定，有效阻止了扭轉(zhuǎn)位移，角度提拉桿又使得椎弓根釘?shù)拿摮隽Υ蟠鬁p小。軸向壓縮載荷下，用IBRFS固定的腰椎滑脫模型標(biāo)本的椎間盤承受的前移應(yīng)力較小。復(fù)位桿承擔(dān)牽拉應(yīng)力和支撐棒向腹側(cè)髂骨的壓應(yīng)力較大，但沒有應(yīng)力集中。其他髂骨棒周圍其它測試部位的承受的應(yīng)力較小。 結(jié)論：自行設(shè)計的腰椎滑脫髂骨棒杠桿復(fù)位固定系統(tǒng)是通過骨盆復(fù)位脊柱

10、的器械。力學(xué)分析和穩(wěn)定性測試說明該器械是安全可靠的，穩(wěn)定性良好。支撐棒所發(fā)揮的杠桿的支點作用是復(fù)位并維持的關(guān)鍵，位置應(yīng)盡量靠近椎弓根釘，如此可以增加起重力臂，大大提高復(fù)位強度。由于椎弓根釘和提拉桿間的角度，使釘桿間形成了一個合力，椎弓根釘脫出力幾乎為零。第三部分與目前臨床常用的腰椎滑脫復(fù)位固定器械的比較 目的：通過與目前臨床常用的復(fù)位固定器械的橫向?qū)Ρ妊芯?，包括結(jié)構(gòu)比較、生物力學(xué)穩(wěn)定性比較，闡明該器械的穩(wěn)定性和可行性。

11、方法：成人男性防腐標(biāo)本28具，制作L5滑脫模型，隨機分為4組，分別安裝IBRFS、GSS-Ⅲ、SRS和TENOR。復(fù)位桿貼應(yīng)變片，椎間盤安裝引伸計。用CSS-44020生物力學(xué)實驗機分別作軸向壓縮和矢狀面前方壓縮實驗，載荷為500N、700N和900N。 結(jié)果：軸向壓縮500N載荷下，L5-S1椎間盤向前的位移IBRFS大于SRS差別有顯著性意義(P＜0.05)，與TENOR比較差別無顯著性意義(P＞0.05)，小于GSS-Ⅲ差

12、別有顯著性意義(P＜0.01)；器械連接復(fù)位桿上的微應(yīng)變IBRFS與SRS比較差別無顯著性意義(P＞0.05)，小于TENOR、GSS-Ⅲ差別有顯著性意義(P＜0.01)。矢狀面前方壓縮500N載荷下，L5-S1椎間盤向前的位移IBRFS與SRS、GSS-Ⅲ比較差別無顯著性意義(P＞0.05)，大于TENOR差別有顯著性意義(P＜0.05)；器械連接復(fù)位桿上的微應(yīng)變IBRFS大于SRS差別有顯著性意義(P＜0.01)，與TENOR、GS

13、S-Ⅲ比較差別無顯著性意義(P＞0.05)。 結(jié)論：自行設(shè)計的腰椎滑脫髂骨棒杠桿復(fù)位固定系統(tǒng)是通過骨盆復(fù)位滑脫脊椎的器械，與其它經(jīng)過脊椎復(fù)位滑脫脊椎的椎弓根系統(tǒng)器械相比較，具有優(yōu)良的生物力學(xué)穩(wěn)定性。軸向壓縮時IBRFS的穩(wěn)定性弱于SRS，與TENOR比較無顯著性差別，而明顯優(yōu)于GSS-Ⅲ；IBRFS復(fù)位桿上分布的應(yīng)力與SRS比較無顯著性差別，但是較TENOR和GSS-Ⅲ小。前方剪切力實驗IBRFS的穩(wěn)定性與SRS、GSS-Ⅲ比較

14、無顯著性差別；IBRFS弱于TENOR；IBRFS復(fù)位桿上分布的應(yīng)力較SRS大，而與TENOR和GSS-Ⅲ比較無顯著性差別。 第四部分自制腰椎滑脫髂骨棒杠桿復(fù)位固定系統(tǒng)的初步臨床應(yīng)用 目的：研究髂骨棒杠桿復(fù)位固定系統(tǒng)的臨床的可行性、手術(shù)注意事項，總結(jié)優(yōu)缺點。 方法：3例腰椎滑脫志愿者，均為女性，平均48.6歲(42-57歲)，DS2例，IS1例，L4滑脫2例，L5滑脫1例。在硬膜外麻醉下，經(jīng)后正中入路，用IBRF

15、S復(fù)位滑脫椎體。進行手術(shù)前后的滑脫百分率、滑脫角、骶骨傾斜角和椎間隙高度的測量。隨訪時間術(shù)后45-108天，平均72天。11例應(yīng)用TENOR器械中男4例，女7例，年齡38～67歲，平均55.26歲。IS6例，，DS5例。滑脫程度：Ⅰ度滑脫2例，Ⅱ度滑脫9例；L4滑脫4例，L5滑脫7例。隨訪時間術(shù)后6～24個月，平均18個月。 結(jié)果：IBRFS手術(shù)前后X線平片測量，滑脫率由20.80％降至5.01％，滑脫角由6.67°恢復(fù)到12°