頸椎前路椎弓根螺釘人工椎體系統(tǒng)對鄰近節(jié)段的生物力學(xué)影響.pdf

1、目的：
　　本實(shí)驗(yàn)基于原有實(shí)驗(yàn)的成果，通過己擁有大量長期臨床隨訪資料的頸椎前路釘板系統(tǒng)(AnteriorPlate Fixation，AP)固定系統(tǒng)進(jìn)行生物力學(xué)方面的比較，來探討AVB對鄰近節(jié)段的生物力學(xué)影響。
　　方法:
　　取8具新鮮成年男性頸椎標(biāo)本（南方醫(yī)科大學(xué)人體解剖教研室提供）。所有標(biāo)本均掃描CT以排除頸椎病變，截取C2-C7節(jié)段，放置于雙層塑料袋并保存于-20℃溫冰箱中保存。實(shí)驗(yàn)前移至普通冰箱冷藏室緩慢解凍

2、8小時(shí)。充分解凍后，剔除椎旁肌，去除頸椎前縱韌帶及骨膜以暴露骨面，保留小關(guān)節(jié)囊、椎間盤。經(jīng)C2與C7節(jié)段使用特制的模具包埋于牙托粉中，而其余節(jié)段活動自由，包埋時(shí)注意保護(hù)椎間盤及小關(guān)節(jié)。
　　AVB由3部分組成，上、下兩L型托板及中間的圓柱形鈦網(wǎng)。上、下托板的豎邊具有一定弧度以貼合椎體，其上有水平兩個(gè)ATPS釘孔，中下方有一個(gè)椎體釘孔。橫邊的外側(cè)垂直設(shè)有圓柱銷，兩個(gè)圓柱銷分別由的兩頭伸進(jìn)所述鈦籠內(nèi)，并與之動配合。鈦籠兩頭的與圓柱銷配

3、合部的圓周面上設(shè)有定位螺釘。將次設(shè)計(jì)建立模型，并委托威高骨科生產(chǎn)，成品如圖。
　　將標(biāo)本隨機(jī)編號后，將完整的標(biāo)本進(jìn)行非接觸應(yīng)變測試及C3至C6的節(jié)段活動范圍測試，此為正常組。行C5椎體次全切，并安裝前路釘板系統(tǒng)置入椎體釘為AP組。本課題組己對置入椎弓根螺釘所需解剖學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行了相應(yīng)測量，結(jié)合該數(shù)據(jù)并預(yù)先置入克氏針以判斷路徑是否正確，攻入椎弓根螺釘并安裝AVB，此為AVB組。最后拍攝X光平片再次確認(rèn)安裝情況。為了排除實(shí)驗(yàn)先后加載及空氣

4、暴露時(shí)間造成的潛在影響，AP與AVB前后次序于第5具標(biāo)本開始進(jìn)行對調(diào)。而每次隨機(jī)選取標(biāo)本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在上述測量結(jié)束后，將C3-C4及C6-C7小關(guān)節(jié)囊打開，置入壓力分布式傳感器進(jìn)行小關(guān)節(jié)壓力的測量。整個(gè)實(shí)驗(yàn)全程對標(biāo)本噴灑生理鹽水進(jìn)行保濕。
　　使用GOM非接觸光學(xué)應(yīng)變測量系統(tǒng)測量，根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)的觀測范圍選擇660*480的標(biāo)定板。按指示移動標(biāo)定板完成標(biāo)定。在頸椎標(biāo)本前面，使用黑、白色啞光漆均勻噴灑散斑。置于加載臺上施以1N/m的力矩

5、，模擬6種運(yùn)動狀態(tài)，即前屈、后伸、左右側(cè)彎，左右旋轉(zhuǎn)。同時(shí)用GOM非接觸光學(xué)應(yīng)變測量系統(tǒng)對準(zhǔn)標(biāo)本的前面記錄運(yùn)動過程圖像。采集結(jié)束后，于所采集圖片中選擇計(jì)算起始點(diǎn)，圈定計(jì)算區(qū)域。ARAMIS軟件經(jīng)過計(jì)算后，可自動輸出von mises應(yīng)變云圖。在軟件中選擇加載穩(wěn)定后的云圖，并統(tǒng)計(jì)該圖C3-C4、C6-C7椎間盤區(qū)域應(yīng)變均值。
　　由于GOM非接觸光學(xué)應(yīng)變測量系統(tǒng)需照射標(biāo)本前面，故在標(biāo)本僅C3至C6椎體左右橫突及棘突插入2mm克氏針。

6、在其末端安裝標(biāo)志球。安裝時(shí)，應(yīng)保證同一節(jié)段兩側(cè)標(biāo)志球距中心線距離相等并處于同一水平面上，3個(gè)標(biāo)志球應(yīng)處于同一水平面。以保證在左右兩側(cè)標(biāo)志球連線中點(diǎn)處可生虛擬標(biāo)志球?；顒臃秶捎眠\(yùn)動分析系統(tǒng)測量，鏡頭發(fā)出的紅外線可被標(biāo)志球反射，同時(shí)被相機(jī)采集。電腦中可同步顯示標(biāo)志球的運(yùn)動情況，以4個(gè)標(biāo)志球?yàn)橐粋€(gè)平面，并計(jì)算出節(jié)段間面與面的相對運(yùn)動角度。
　　小關(guān)節(jié)壓力采用I-scan（Teckscan，美國）測量。切開C3-C4、C6-C7雙側(cè)小關(guān)

7、節(jié)囊，將壓力分布式傳感器充分置入4個(gè)小關(guān)節(jié)內(nèi)，記錄所得數(shù)據(jù)。應(yīng)用I-scan自帶軟件，程序可以自動計(jì)算出小關(guān)節(jié)內(nèi)的壓力。
　　結(jié)果:
　　1.上下鄰近節(jié)段椎間盤前表面應(yīng)變:
　　1.1 C3-C4節(jié)段:
　　C3-C4節(jié)段完整組前屈狀態(tài)椎間盤前表面應(yīng)變?yōu)?.834±3.164，后伸為3.457±1.892，左側(cè)彎為5.092±1.427，右側(cè)彎為5.092±2.021，左旋為5.338±2.903，右旋為4.72

8、8±2.342。C3-C4節(jié)段安裝AP和AVB后，C3-C4節(jié)段椎間盤前表面應(yīng)變均有不同程度增加，但均無顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。AP組前屈狀態(tài)椎間盤前表面應(yīng)變?yōu)?.96±3.565，后伸為3.744±1.741，左側(cè)彎為5.518±1.443，右側(cè)彎為5.416±1.609，左旋為5.449±1.417，右旋為5.89±2.122。AVB組前屈狀態(tài)椎間盤前表面應(yīng)變?yōu)?.94±2.404，后伸為3.533±1.367，左側(cè)彎為5.878±1.75

9、9，右側(cè)彎為6.213±1.264，左旋為6.716±1.667，右旋為4.856±1.015。各組運(yùn)動狀態(tài)間比較，三組的前屈狀態(tài)應(yīng)變值均顯著大于與其他加載狀態(tài)(P＜0.01)。AP組后伸狀態(tài)應(yīng)變值顯著小于右旋。AVB組后伸狀態(tài)應(yīng)變值顯著小于其他各運(yùn)動狀態(tài)(P＜0.05)。
　　1.2 C6-C7節(jié)段:
　　C6-C7節(jié)段完整組前屈狀態(tài)椎間盤前表面應(yīng)變?yōu)?.01±3.882，后伸為2.977±2.188，左側(cè)彎為4.586±

10、1.577，右側(cè)彎為3.475±1.32，左旋為4.876±1.687，右旋為4.693±1.635。安裝AP和AVB后，除前屈和右側(cè)彎狀態(tài)前表面應(yīng)變增加外，其余4組運(yùn)動狀態(tài)下應(yīng)變均減少。但三組間均無顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。AP組前屈狀態(tài)椎間盤前表面應(yīng)變?yōu)?0.244±3.258，后伸為2.278±0.594，左側(cè)彎為4.008±1.271，右側(cè)彎為3.714±1.256，左旋為4.389±1.405，右旋為4.204±1.303。AVB組前屈

11、狀態(tài)椎間盤前表面應(yīng)變?yōu)?0.645±2.418，后伸為2.004±1.066，左側(cè)彎為4.622±2.101，右側(cè)彎為4.11±0.723，左旋為3.902±0.94，右旋為4.023±0.968。各組內(nèi)運(yùn)動狀態(tài)間比較，三組的前屈狀態(tài)應(yīng)變值均顯著大于與其他運(yùn)動狀態(tài)(P＜0.01)。 AP組后伸狀態(tài)應(yīng)變值顯著小于左、右旋(P＜0.05)。AVB組后伸狀態(tài)應(yīng)變值顯著小于與其他運(yùn)動狀態(tài)(P＜0.05)。
　　1.3 AP與AVB器械前應(yīng)

12、變最大值比較:
　　AP組器械前表面最大應(yīng)變在前屈狀態(tài)下為14.562±4.559，后伸為12.793±3.349，左側(cè)彎為12.901±3.692，右側(cè)彎為12.857±3.445，左旋為13.234±1.885，右旋為13.582±2.175。AVB組器械前表面最大應(yīng)變在前屈狀態(tài)下為9.699±2.679，后伸為9.515±2.148，左側(cè)彎為9.988±3.111，右側(cè)彎為9.43±4.118，左旋為9.742±2.99，右

13、旋為9.638±1.953。AVB組各狀態(tài)下應(yīng)變值均小于AP組。除左右側(cè)彎外，其余狀態(tài)下均存在顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＜0.05)。
　　2.運(yùn)動范圍:
　　2.1 C3-C4節(jié)段:
　　C3-C4節(jié)段完整組前屈狀態(tài)下的活動范圍為7.389±1.592°，后伸狀態(tài)下為3.144±0.397°，左側(cè)彎為5.666±0.946°，右側(cè)彎為5.679±1.131°，左旋為5.003±1.136°，右旋為4.981±0.796°。A

14、P組前屈狀態(tài)下的活動范圍為7.854±1.531°，后伸狀態(tài)下為3.548±0.88°，左側(cè)彎為5.325±0.868°，右側(cè)彎為5.516±1.242°，左旋為5.288±1.183°，右旋為5.251±1.047°。AVB組前屈狀態(tài)下的活動范圍為7.564±1.658°，后伸狀態(tài)下為3.504±0.496°，左側(cè)彎為5.236±2.379°，右側(cè)彎為4.496±1.133°，左旋為5.286±1.156°，右旋為5.223±0.93

15、9°。前屈、后伸及左右旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，AP組、AVB組兩組均較完整組活動有所增加，但三組間無顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。左右側(cè)彎狀態(tài)下，AP組、AVB組兩組均較完整組活動有所減少，但三組間無顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。
　　2.2 C6-C7節(jié)段:
　　C6-C7節(jié)段完整組前屈狀態(tài)下的活動范圍為7.12±1.402°，后伸狀態(tài)下為3.086±0.704°，左側(cè)彎為4.46±1.436°，右側(cè)彎為4.639±1.392°，左旋為4.509±1.117°，

16、右旋為4.849±0.975°。AP組前屈狀態(tài)下的活動范圍為7.041±1.724°，后伸狀態(tài)下為2.823±1.184°，左側(cè)彎為5.019±0.272°，右側(cè)彎為4.768±1.129°，左旋為4.351±1.035°，右旋為4.486±1.115°。AVB組前屈狀態(tài)下的活動范圍為6.843±1.079°，后伸狀態(tài)下為2.858±0.511°，左側(cè)彎為5.03±1.5090，右側(cè)彎為4.826±1.883°，左旋為4.068±0.9

17、06°，右旋為4.386±0.819°。前屈、后伸及左右旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下， AP組、AVB組兩組均較完整組活動有所減少。
　　3.小關(guān)節(jié)壓力:
　　前屈狀態(tài)、側(cè)彎的對側(cè)，旋轉(zhuǎn)的同側(cè)壓力為ON，故不做記錄。
　　3.1 C3-C4節(jié)段
　　C3-C4節(jié)段AP組左側(cè)小關(guān)節(jié)后伸狀態(tài)下壓力為21.573±8.0561N，左側(cè)彎為34.312±6.678N，右旋為36.131±6.725N。
　　3.2 C6-C7節(jié)段

18、r>　　C6-C7節(jié)段AP組左側(cè)小O關(guān)節(jié)后伸狀態(tài)下壓力為17.580±5.590N，左側(cè)彎為32.115±6.450N，右旋為26.589±11.396N。
　　結(jié)論:
　　1.AVB并未對鄰近節(jié)段產(chǎn)生顯著影響;
　　2.AVB與AP相似，同樣引起了上鄰近節(jié)段的運(yùn)動范圍、椎間盤前表面應(yīng)變及小關(guān)節(jié)壓力明顯高于下鄰近節(jié)段，這種不均勻可能引起鄰近節(jié)段的退變，尤其是上鄰近節(jié)段。
　　3.器械前表面應(yīng)變結(jié)果顯示:AVB表面