新型脊柱-骨盆固定系統(tǒng)的生物力學研究.pdf

1、背景：
　　腰椎后路長節(jié)段固定是治療各類嚴重脊柱側彎以及脊柱退變性疾病常用的方法[1-4]。但對于明顯的冠狀面及矢狀面失衡,單純后路長節(jié)段固定常會因為矯形力量不足而遺留畸形[5-7]。同時,后路長節(jié)段固定系統(tǒng)可導致相鄰的椎間關節(jié)活動度代償性增加,關節(jié)退變加速,患者往往需接受二次手術治療。為了獲得更加可靠的固定效果,防止繼發(fā)性退變,臨床常將內固定系統(tǒng)的遠端延伸至骨盆[1,2]。在現(xiàn)有的脊柱-骨盆固定技術中,骶骨螺釘技術由于其置釘區(qū)皮

2、質骨含量較少,與長節(jié)段固定系統(tǒng)聯(lián)合應用時,難以提供足夠的遠端錨著力,螺釘松動以及腰骶假關節(jié)形成率一般較高[2],合并有骨質疏松癥的老年患者這種情況更為嚴重[8]。而基于Galveston系統(tǒng)的髂骨釘技術具有更長的釘道和更良好的固定效果,是脊柱-骨盆固定系統(tǒng)較為理想的選擇。但由于腰骶部解剖結構復雜,個體變異較大,傳統(tǒng)髂骨釘技術對術者置釘、彎棒技術要求較高,手術操作繁瑣復雜,增加了術后嚴重并發(fā)癥的風險。因此,如何能在保證足夠腰骶穩(wěn)定性、降低

3、內固定系統(tǒng)失效風險的同時,最大程度地簡化手術操作成為了脊柱-骨盆固定研究的焦點所在。
　　研究目的：
　　本研究基于“模塊化”的原理,設計了一種新型脊柱-骨盆固定方式,并通過生物力學實驗方法對其進行驗證,進而為臨床腰骶固定手術提供一種更加簡便、可靠的脊柱-骨盆固定系統(tǒng)。
　　研究方法：
　　1.新型脊柱-骨盆固定系統(tǒng)的設計
　　在傳統(tǒng)腰-骶固定系統(tǒng)的基礎上,于 L5椎體處使用雙頭椎弓根釘(6.5mm×45m

4、m),采用預彎的C形短棒連接L5雙頭椎弓根釘的外側頭和髂骨釘,形成一種腰-骶、腰-髂并聯(lián)的固定方式。
　　2.實驗方法
　　取成人腰椎-骨盆防腐標本(腰1-骨盆)6具,切斷腰2至骶骨棘突間的棘上、棘間韌帶,橫斷腰2至骶1間各關節(jié)突關節(jié)以制成腰椎失穩(wěn)模型。醫(yī)用牙托粉頭端包埋L1椎體上1/2,尾端包埋骨盆坐骨支。
　　實驗分組為:(1)無固定組:不添加任何內固定的脊柱骨盆標本。(2)腰椎固定組:由L2椎弓根釘固定至L5椎弓

5、根釘;(3)腰-骶固定組:L2椎弓根釘固定至S1螺釘;(4)腰-骶-髂固定組:在腰-骶固定組的基礎上,將遠端固定點串聯(lián)至髂骨釘;(5)新型固定組:按照新型脊柱-骨盆固定系統(tǒng)的設計結構進行連接。
　　生物力學測試采用SBM2000型力學試驗機對各組標本L1椎體包埋端施加8Nm純力矩,執(zhí)行前屈、后伸、左右側彎、左右旋轉6種工況動作。為消除粘彈性影響,每個動作重復三次,只取最后一次記錄測試數據。
　　測試指標分別為:(1)安裝新型

6、固定系統(tǒng)以及腰-骶-髂固定系統(tǒng)的操作時間。(2)各實驗組活動度:2個反光標記球組分別固定于L2及L5椎體前方,紅外動態(tài)記錄儀記錄各實驗組不同活動工況下 L2及 L5椎體水平活動度。(3)各實驗組釘棒系統(tǒng)應力:分別在L5椎弓根釘、S1螺釘、髂骨釘頸部的上、下面,以及腰骶間固定棒(L5-S1)的前、后面粘貼1×1mm電阻應變片,程控靜態(tài)電阻應變儀記錄不同活動工況下各實驗組相應測點的應變值,根據虎克定律σ=E·ε(E:彈性模量,ETi6Al4

7、V=16.5GPa,σ:應力,ε:應變),將測得的應變值換算成為應力值。
　　3.統(tǒng)計分析
　　各數據均采用 SPSS13.0統(tǒng)計軟件進行分析。其中,安裝操作時間比較采取 t檢驗;活動度及應力數據由于方差不齊,比較時采取Krushkal-Wallis檢驗。
　　研究結果：
　　1.固定系統(tǒng)的安裝操作時間:新型固定組較腰-骶-髂固定組明顯縮短,有顯著性差異(P﹤0.05)。
　　2.L2水平活動度:所有工況下

8、,腰-骶固定組、腰-骶-髂固定組、新型固定組均較無固定組明顯減小;前屈、側彎、旋轉工況下腰椎固定組較無固定組明顯減小;側彎、旋轉工況下,腰-骶-髂固定組、新型固定組均較腰椎固定組明顯減小;以上均有顯著性差異(P﹤0.05)。
　　3.L5水平活動度:所有工況下,腰-骶固定組、腰-骶-髂固定組、新型固定組均較無固定組明顯減小;前屈、側彎、旋轉工況下腰椎固定組較無固定組明顯減小;所有工況下,腰-骶-髂固定組、新型固定組均較腰椎固定組明

9、顯減小;前屈、側彎、旋轉工況下腰-骶固定組較腰椎固定組明顯減小;以上均有顯著性差異(P﹤0.05)。
　　4.L5椎弓根釘應力:所有工況下,腰-骶固定組、腰-骶-髂固定組、新型固定組均較腰椎固定組明顯減小,均有顯著性差異(P﹤0.05)。
　　5.S1螺釘應力:所有工況下,腰-骶-髂固定組、新型固定組均較腰-骶固定組明顯減小,均有顯著性差異(P﹤0.05)。
　　6.髂骨釘應力:所有工況下,腰-骶-髂固定組與新型固定組

10、組間差異無統(tǒng)計學意義(P﹥0.05)。
　　7.腰骶間固定棒(L5-S1)應力:前屈、后伸工況下,腰-骶固定組、新型固定組均較腰-骶-髂固定組明顯減小;側彎、旋轉工況下,新型固定組較腰-骶固定組、腰-骶-髂固定組均明顯減小;以上均有顯著性差異(P﹤0.05)。
　　結論：
　　1.各脊柱-骨盆固定方式均能顯著改善長節(jié)段固定系統(tǒng)的腰骶穩(wěn)定性,系統(tǒng)遠端的固定螺釘均能有效降低其近端螺釘所承受的應力負荷。
　　2.新型脊