新型腰椎關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)融合器的生物力學(xué)評價.pdf

1、腰椎后外側(cè)融合是臨床最常用的脊柱融合方式之一，主要優(yōu)勢在于操作簡單，無神經(jīng)損傷并發(fā)癥。據(jù)報道腰椎后外側(cè)融合術(shù)的不融合率為5％-35％，不融合率高于其它幾種融合方式。腰椎后外側(cè)融合的融合質(zhì)量主要取決于橫突間植骨的質(zhì)量和關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的融合情況。很多外科醫(yī)生并不重視對關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的處理，使得后外側(cè)融合效果并不理想。早在1924年Hibbs就描述了腰椎關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)融合的處理辦法，即破壞關(guān)節(jié)囊、切除關(guān)節(jié)軟骨。此后有學(xué)者在關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)間隙內(nèi)植入少量松質(zhì)骨促

2、進(jìn)融合，也是目前主要的關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)融合辦法。盡管該方法可使腰椎關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)融合率達(dá)到60％左右，但仍有待提高。1944年King等嘗試通過關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)螺釘固定來提高腰椎后外側(cè)融合的融合質(zhì)量。雖然此種方法融合率較高，但有椎板骨折、螺釘折斷及神經(jīng)損傷等嚴(yán)重并發(fā)癥，沒有被廣泛使用。對于腰椎關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)，目前的兩種處理辦法植骨和關(guān)節(jié)突螺釘固定均不能滿足臨床需求。因此本課題設(shè)計制備一種新型的腰椎關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)融合器，測試其對腰椎穩(wěn)定性的影響，觀察其抗拔出性。

3、評價該融合器是否能為腰椎提供一定的穩(wěn)定性，促進(jìn)融合。
　　方法：
　　采用目前常用的醫(yī)用鈦合金（Ti-6Al-4V，約110Gpa）和醫(yī)用聚醚醚酮(PEEK)分別制備一種新型腰椎關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)融合器，Ti融合器和PEEK融合器。根據(jù)人體腰椎關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的解剖特點設(shè)計成前窄后寬、前薄后厚的楔形設(shè)計，尺寸約為10mm×8mm×5mm。
　　三維穩(wěn)定性測試采用6具平均年齡6.7個月的小牛腰椎節(jié)段(L3-5)，標(biāo)本保持骨質(zhì)、間盤、韌

4、帶和關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的完整性。測試前將標(biāo)本的頭端和尾端的半個椎體用自凝牙托粉包埋制成平行的平臺，并且在每個椎體的前方、棘突及雙側(cè)橫突插入Marker球，每節(jié)段4枚，共12枚標(biāo)記球，用以標(biāo)記腰椎節(jié)段的三維活動。試驗中所有的標(biāo)本都用生理鹽水噴灑來保持濕潤，以確保其生物力學(xué)性質(zhì)不受影響。每個標(biāo)本均在四種連續(xù)狀態(tài)下進(jìn)行測試:完整狀態(tài)、失穩(wěn)狀態(tài)、PEEK融合器狀態(tài)和Ti融合器狀態(tài)。失穩(wěn)狀態(tài):咬除L4/L5節(jié)段的髓核、后縱韌帶和黃韌帶，破壞關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)囊及

5、關(guān)節(jié)軟骨。PEEK融合器狀態(tài)和Ti融合器狀態(tài)即在失穩(wěn)狀態(tài)的腰椎關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)間隙分別植入PEEK融合器和鈦合金融合器。對標(biāo)本在三個運(yùn)動平面（冠狀面、矢狀面、橫斷面）進(jìn)行8Nm純力矩的加載。通過Motion-Analysis步態(tài)儀系統(tǒng)對標(biāo)本上的Marker球進(jìn)行識別和編碼，記錄各個椎體Marker球的坐標(biāo)變化。采集數(shù)據(jù)前對標(biāo)本進(jìn)行2次加載和卸載，以消除標(biāo)本的粘滯性影響。第3次加載記錄標(biāo)本Marker球的運(yùn)動信息，用以計算出腰椎節(jié)段活動范圍。<

6、br>　　抗拔出性測試采用18具平均年齡7.1個月的小牛腰椎節(jié)段(L3-5)，保留韌帶及骨性結(jié)構(gòu)的完整。咬除L4/L5節(jié)段的髓核、后縱韌帶及黃韌帶，破壞關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)囊及關(guān)節(jié)軟骨，制成失穩(wěn)模型。取小牛自體髂骨，制成植骨塊約10mm×8mm×5mm大小，與融合器相似大小的方形骨塊。將18具小牛失穩(wěn)模型隨機(jī)分成三組，試驗組為Ti融合器組:于L4/5雙側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)植入鈦合金融合器;PEEK融合器組:于L4/5雙側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)植入PEEK融合器;對照

7、組為植骨組:于L4/5雙側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)植入自體植骨塊。將標(biāo)本包埋后橫向固定在測試臺上，關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)間隙與夾具在同一軸線上，與夾具相連。夾具與傳感器和電腦相連，可以記錄力、時間和位移等數(shù)據(jù)。通過博士ElectroForce3510高精度生物材料實驗系統(tǒng)對標(biāo)本加載拔出力，以1.5mm/min的速率拔出，直至拔出或拔出力下降為止，自動記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)。
　　采用SPSS13.0軟件對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。對三維穩(wěn)定性試驗的各個狀態(tài)的活動范圍(

8、ROM)和最大拔出力用隨機(jī)區(qū)組方差分析，P＜0.05時被認(rèn)為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。
　　結(jié)果：
　　三維穩(wěn)定性測試的結(jié)果顯示與完整狀態(tài)比較，失穩(wěn)狀態(tài)顯著增加了L4/5節(jié)段的前屈、后伸、左旋轉(zhuǎn)和右旋轉(zhuǎn)的活動范圍(ROM)(P＜0.05)，而左側(cè)屈和右側(cè)屈的活動范圍無統(tǒng)計學(xué)差異。Ti融合器狀態(tài)和PEEK融合器狀態(tài)在前屈/后伸、左/右側(cè)屈和左/右旋轉(zhuǎn)的ROM均明顯小于失穩(wěn)狀態(tài);與完整狀態(tài)比較，在前屈、后伸、左/右側(cè)屈和左/右旋轉(zhuǎn)的RO

9、M有明顯減低(P＜0.05)。而兩種融合器狀態(tài)間沒有統(tǒng)計學(xué)差異(P＞0.05)。
　　通過比較融合器組與植骨組的最大拔出力，融合器組的最大拔出力要明顯優(yōu)于植骨組(P＜0.05)，Ti融合器組和PEEK融合器組間沒有統(tǒng)計學(xué)差異。通過力/時間曲線可以看出，在相同條件加載下，植骨塊拔出力峰值明顯低于融合器組，并且要更早被拔出。
　　結(jié)論：
　　實驗結(jié)果顯示新型腰椎關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)融合器可以提高失穩(wěn)腰椎的穩(wěn)定性，同時融合器狀態(tài)的穩(wěn)定