PDLLA Cage重建山羊頸椎節(jié)段穩(wěn)定性的實驗研究.pdf

1、目的：設(shè)計制備適合于山羊頸椎前路減壓融合的頸椎間融合器PDLLACage，通過有限元分析，體外生物力學(xué)和體內(nèi)維持穩(wěn)定和成骨作用的觀察評價，以探討其對頸椎間融合的生物學(xué)和生物力學(xué)作用。 方法：(1)設(shè)計制備PDLLACage，并進(jìn)行力學(xué)檢測。(2)有限元分析：建立山羊頸椎C3-4融合術(shù)后三維有限元模型，并對其進(jìn)行生物力學(xué)模擬。選取一只雌性成年山羊，進(jìn)行影像學(xué)檢查和臨床查體排除脊柱疾患后，行螺旋CT掃描，得到的連續(xù)斷層數(shù)據(jù)圖片以DI

2、COM格式輸出，導(dǎo)入醫(yī)學(xué)三維重建軟件MIMICS，經(jīng)過圖片的篩選，預(yù)處理，提取邊界的坐標(biāo)值，生成表面三維圖像，再將此圖像通過ABAQUS軟件生成三維實體，同時建立PDLLACage和三面皮質(zhì)髂骨實體，然后將其組合。進(jìn)行網(wǎng)格劃分，賦予材料力學(xué)參數(shù)，構(gòu)建出PDLLACage和三面皮質(zhì)髂骨兩種頸椎C3-4融合術(shù)后三維有限元模型。預(yù)載荷20N，再加以1.0 Nm的純力矩模擬前屈、后伸、左／右側(cè)曲、旋轉(zhuǎn)活動，觀察兩種融合術(shù)后脊柱功能單位(func

3、tional spinal unite，F(xiàn)SU)的載荷．位移關(guān)系，比較ROM和平均剛度。并與體外生物力學(xué)實驗結(jié)果比較。(3)體外生物力學(xué)研究：比較PDLLACage、鈦合金Cage和三面皮質(zhì)髂骨三種內(nèi)植物植入山羊頸椎C3-4后的生物力學(xué)行為。27只羊頸椎標(biāo)本隨機(jī)分為4組，A組：正常對照組(n=27)；B組：PDLLA Cage組(n=9)；C組：鈦合金Cage組(n=9)：D組：自體三面皮質(zhì)髂骨組(n=9)。完全切除頸3／4椎間盤后植入

4、以上頸椎內(nèi)植物，預(yù)載荷20N，采用1.O Nm-4 Nm逐級加載純力矩的方法進(jìn)行前屈、后伸、側(cè)屈和旋轉(zhuǎn)的生物力學(xué)測定，由此計算出各組平均剛度(stiffness)及活動范圍(ROM)，并行比較。(4)體內(nèi)研究：將PDLLACage、鈦合金Cage和三面皮質(zhì)髂骨植入活體山羊頸椎后，對其在維持椎間高度能力、生物力學(xué)及椎間融合組織學(xué)方面進(jìn)行比較研究。取24只雌性山羊隨機(jī)分三組：A組：PDLLA Cage組(n=8)；B組：鈦合金Cage組(n

5、=8)；C組：三面皮質(zhì)髂骨組(n=8)。分別行頸3／4椎間盤切除，并植入以上內(nèi)植物。術(shù)后觀察共12周，于術(shù)前、術(shù)后及術(shù)后1、2、4、8、12周測量平均椎間高度(DSH)、椎間角(IVA)"及前凸角(LA)，處死后進(jìn)行生物力學(xué)及組織學(xué)評估。 結(jié)果： (1)我們設(shè)計制備的PDLLA Cage外形符合初始穩(wěn)定要求，其最大特點是前方向上下有兩個翼板，借此與C3-4椎體固定，增加了后伸穩(wěn)定性。其彈性模量為30GPa，與人體骨骼相近。(2

6、)有限元分析：PDLLA Cage和三面皮質(zhì)髂骨融合術(shù)后三維有限元模型運(yùn)動范圍(ROM)和平均剛度兩種模型間均有顯著差別(P<0.05)。三維有限元模型的運(yùn)動范圍(ROM)和載荷．位移曲線與體外實體實驗結(jié)果相一致(P>0.05)。平均剛度與體外實驗有顯著差別(P<0.05)。(3)體外生物力學(xué)：后伸和旋轉(zhuǎn)加載時PDLLA Cage與鈦合金Cage組ROM差別無顯著性(P>0.05)，而兩種Cage組與正常對照和自體髂骨組差別有顯著性(P

7、<0.05)；旋轉(zhuǎn)加載時自體髂骨與正常對照組ROM組間差別無顯著性(P>0.05)；前屈各向量組間ROM差異的均有顯著性(P<0.05)；側(cè)彎時PDLLA Cage與自體髂骨組ROM無顯著差別(P>0.05)，余組間差異均有顯著性(P<0.05)。植入Cage后頸椎剛度顯著增大，后伸和旋轉(zhuǎn)加載時PDLLA Cage與鈦合金Cage組間無顯著差異(P>0.05)；鈦合金Cage在其余各方向上的剛度均最大(P<0.05)。PDLLA Cag

8、e比三面皮質(zhì)髂骨組的剛度大(P<0.05)。(4)體內(nèi)研究：術(shù)后各時相點LA值PDLIA Cage、鈦合金Cage和三面皮質(zhì)骨組組間差異無顯著性(P>0.05)；術(shù)后4周IVA值PDLLA Cage高于三面皮質(zhì)骨組(P<0.05)；術(shù)后8周和12周PDLLACage平均DSH值高于三面皮質(zhì)骨組(P<0.05)。各組間在側(cè)屈和旋轉(zhuǎn)6個自由度剛度均有顯著差異(P<0.05)，Cage組比三面皮質(zhì)髂骨組的剛度大，鈦合金Cage與PDLLA C

9、age組的剛度差別無顯著性(P>0.05)。各向量組間ROM差異有顯著性(P<0.05)，Cage組優(yōu)于自體髂骨組。組織學(xué)觀察見Cage組生物相容性好，成骨能力強(qiáng)。 結(jié)論：(1)我們設(shè)計制備的PDL從Cage外形符合初始穩(wěn)定要求，彈性模量與人體骨骼相近，100％降解，具有很好的應(yīng)用前景。(2)我們建立的頸椎有限元模型是頸椎融合術(shù)后三維模型，其可以模擬頸椎的生物力學(xué)特性，評價融合后的初始穩(wěn)定性。是頸椎前路椎間融合體內(nèi)外研究的重要補(bǔ)