下頸椎相鄰2-3節(jié)段前路減壓不同手術(shù)方式的生物力學(xué)性能比較研究.pdf

1、頸椎病最常見(jiàn)的并發(fā)癥也是爭(zhēng)論的焦點(diǎn)是因融合手術(shù)引起脊柱的生物力學(xué)改變而導(dǎo)致鄰近節(jié)段椎間盤(pán)的活動(dòng)度(range of motion，ROM)代償性增加，退變加速而導(dǎo)致二次手術(shù)。為了防止鄰近節(jié)段退變發(fā)生，近年來(lái)，外科手術(shù)治療的理念逐漸轉(zhuǎn)移到非融合技術(shù)上，由之前的堅(jiān)強(qiáng)的融合固定到盡量保留運(yùn)動(dòng)活動(dòng)度、由剛性固定到彈性固定發(fā)展，應(yīng)用人工頸椎間盤(pán)替代退變的椎間盤(pán)以求恢復(fù)椎間盤(pán)的解剖和功能，即頸椎人工椎間盤(pán)置換術(shù)(cervical disc repl

2、acement，CDR)應(yīng)運(yùn)而生。
　　與頸椎融合術(shù)相比，人工頸椎間盤(pán)置換術(shù)不但可以保留手術(shù)節(jié)段的活動(dòng)度，并且同時(shí)提供頸椎所需的穩(wěn)定性，這樣便使得相鄰節(jié)段的承載力和運(yùn)動(dòng)學(xué)趨于正?；碚撋峡山档拖噜徆?jié)段退變的發(fā)生率。目前，單節(jié)段頸人工椎間盤(pán)置換術(shù)用于頸椎間盤(pán)突出癥的治療已經(jīng)獲得美國(guó)FDA的批準(zhǔn)。
　　常見(jiàn)的術(shù)式有:頸前路椎體次全切除融合術(shù)(anterior cervical corpectomy andfusion，ACCF

3、)，頸前路椎間盤(pán)切除減壓融合術(shù)(anterior cervical discectomy andfusion，ACDF)，頸前路混合減壓融合術(shù)(anterior cervical hybriddecompression and fusion，ACHDF)以及人工頸椎間盤(pán)置換術(shù)(cervical discreplacement，CDR)等。隨著對(duì)頸椎生物力學(xué)研究的深入以及對(duì)人工頸椎間盤(pán)廣泛研究和運(yùn)用，多節(jié)段人工頸椎間盤(pán)置換治療多節(jié)段頸椎間

4、盤(pán)突出癥也取得了較好的早期臨床效果，但仍需長(zhǎng)期隨訪(fǎng)與觀(guān)察。
　　綜上背景介紹，本課題擬對(duì)非限制型假體Mobi-C用于雙節(jié)段頸椎退行性疾病變手術(shù)時(shí)，置換和/或融合組合采用不同手術(shù)方式后對(duì)鄰近節(jié)段ROM及手術(shù)節(jié)段后方小關(guān)節(jié)行系統(tǒng)的體外生物力學(xué)分析。進(jìn)一步通過(guò)有限元方法評(píng)價(jià)2節(jié)段Mobi-C聯(lián)合1節(jié)段ACDF不同組合方式用于治療連續(xù)3節(jié)段頸椎退行性病變的生物力學(xué)性能。
　　本課題擬從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究:(1)測(cè)量比較新鮮尸體標(biāo)本

5、C4/5、 C5/6雙節(jié)段Mobi-C置換，雜交手術(shù)(C4/5Mobi-C聯(lián)合C5/6ACDF以及C4/5ACDF聯(lián)合C5/6Mobi-C)及雙節(jié)段融合(2-ACDF)在位移控制加載條件下對(duì)處理節(jié)段及鄰近節(jié)段ROM的影響;(2)測(cè)量比較新鮮尸體標(biāo)本C4/5Mobi-C置換、C4/5融合、C4～C6Mobi-C置換、C4～C6融合以及雜交手術(shù)（C4/5Mobi-C聯(lián)合C5/6ACDF以及C4/5ACDF聯(lián)合C5/6Mobi-C）不同手術(shù)狀

6、況下，采用力矩加載條件下對(duì)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的生物力學(xué)影響;(3)通過(guò)建立正常頸椎(C2～C7)的三維有限元模型，進(jìn)一步分析雙節(jié)段Mobi-C人工頸椎間盤(pán)置換聯(lián)合單節(jié)段ACDF方式治療連續(xù)3段頸椎病時(shí)，采用不同的“雜交”術(shù)式組合對(duì)C3/4、 C4/5、C5/63節(jié)段行“雜交”術(shù)式的模擬，對(duì)不同重建術(shù)后的模型施加相同載荷及扭矩，比較各種工況下下頸椎的整體ROM，各椎間ROM，關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)應(yīng)力變化、應(yīng)力傳遞模式及假體應(yīng)力分布特點(diǎn)。以期望為臨床不同術(shù)式

7、的開(kāi)展提供可能的生物力學(xué)證據(jù)。
　　第一章 經(jīng)前路手術(shù)治療連續(xù)雙節(jié)段頸椎間盤(pán)退行性疾病不同手術(shù)方式的生物力學(xué)比較研究
　　目的：比較C4～C6雙節(jié)段人工頸椎間盤(pán)置換、前路椎間融合內(nèi)固定以及雜交手術(shù)不同手術(shù)方式后對(duì)手術(shù)節(jié)段及鄰近節(jié)段活動(dòng)度的影響，為臨床手術(shù)選擇提供生物力學(xué)依據(jù)。
　　方法：取7具新鮮完整的成人頸椎標(biāo)本(C1～T2)，包埋處理后對(duì)其C2～TI所有椎間隙進(jìn)行力學(xué)評(píng)價(jià)。完整組（Ⅱ組）測(cè)試后，分別對(duì)C4～C6節(jié)段

8、采取以下重建處理:(1)雙節(jié)段人工頸椎間盤(pán)Mobi-C置換（MM組）;(2) C4/5Mobi-C置換聯(lián)合C5/6ACDF（MF組）;(3) C4/5ACDF聯(lián)合C5/6Mobi-C(FM組);(4)C4～C6ACDF(FF組)。
　　結(jié)果：1、MM組與Ⅱ組比較，除外軸向旋轉(zhuǎn)C4/5ROM顯著性增大外，其它運(yùn)動(dòng)情況下各節(jié)段ROM均無(wú)顯著性差異;2、MF組與Ⅱ組比較，手術(shù)節(jié)段:三種運(yùn)動(dòng)情況下C5/6ROM均顯著性降低(P＜0.05)

9、，而C4/5ROM在屈伸及軸向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)有顯著性增加(P＜0.05)。鄰近節(jié)段:除外C3/4ROM在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)減小，其他鄰近節(jié)段ROM在三種運(yùn)動(dòng)情況下均代償性增加，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。
　　結(jié)論：2節(jié)段Mobi-C組各節(jié)段基本保留了與正常組相似的活動(dòng)度;對(duì)于“雜交”手術(shù)組，導(dǎo)致了假體的運(yùn)動(dòng)過(guò)大，并且假體與融合節(jié)段位置的不同并未對(duì)鄰近節(jié)段ROM產(chǎn)生具有顯著性差異的影響?？紤]術(shù)后對(duì)鄰近節(jié)段活動(dòng)度的影響，2-Mobi-C組及雜交手術(shù)組比

10、雙節(jié)段融合組有更好的生物力學(xué)優(yōu)勢(shì)。這些生物力學(xué)發(fā)現(xiàn)支持雙節(jié)段Mobi-C人工頸椎間盤(pán)置換及“雜交”手術(shù)在治療連續(xù)雙節(jié)段頸椎病中的應(yīng)用，但是仍需要多中心、大樣本的長(zhǎng)期隨訪(fǎng)資料以證明其遠(yuǎn)期療效。
　　第二章 比較研究單、雙節(jié)段Mobi-C人工頸椎間盤(pán)置換與融合術(shù)對(duì)手術(shù)節(jié)段關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的影響
　　目的：探討單、雙節(jié)段融合，單、雙節(jié)段置換以及“雜交”手術(shù)后，對(duì)手術(shù)節(jié)段關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)內(nèi)壓力的影響，為臨床應(yīng)用選擇不同手術(shù)方式提供生物力學(xué)參考。

11、
　　方法：取6具新鮮完整的成人頸段標(biāo)本，按實(shí)驗(yàn)先后分別制成C4/5置換、C4/5融合、C4～C6置換、C4/5置換聯(lián)合C5/6融合、C4/5融合聯(lián)合C5/6置換及C4～C6融合6個(gè)模型組。
　　結(jié)果：?jiǎn)喂?jié)段處理組:頸椎前路融合內(nèi)固定組在前屈、后伸、左側(cè)屈、左旋轉(zhuǎn)和右旋轉(zhuǎn)時(shí)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)內(nèi)壓力明顯減小，與完整組和置換組相比差異有顯著性意義(P＜0.05)。頸椎人工椎間盤(pán)置換后關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)內(nèi)壓力與正常頸椎相比在各個(gè)工況運(yùn)動(dòng)下均增大，

12、但僅在屈伸、同側(cè)彎方向上差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，在左右旋轉(zhuǎn)工況情況下可有效維持關(guān)節(jié)突間正常生理壓力。與正常組相比較，融合組鄰近節(jié)段C5/6后方小關(guān)節(jié)壓力均有不同程度增加，但僅在后伸、右旋、同側(cè)彎運(yùn)動(dòng)時(shí)差異有顯著性意義(P＜0.05);而置換組鄰近節(jié)段C5/6關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)壓力均有不同程度減小，但差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
　　結(jié)論：1、頸椎單節(jié)段ACDF術(shù)后，與完整標(biāo)本比較，手術(shù)節(jié)段后方關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)內(nèi)壓力減小明顯，但鄰近下位節(jié)段關(guān)節(jié)

13、突關(guān)節(jié)壓力顯著增加，可能是ACDF術(shù)后引起鄰近節(jié)段發(fā)生退變或退變加速的原因之一;而單節(jié)段Mobi-C置換后，引起了置換節(jié)段后方關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)在前屈、后伸、同側(cè)彎時(shí)壓力增大，而對(duì)其鄰近下位節(jié)段C5/6小關(guān)節(jié)壓力未產(chǎn)生明顯影響，這可能是頸椎間盤(pán)置換延緩鄰近節(jié)段退變發(fā)生的一個(gè)因素;同時(shí)也是置換后，可能導(dǎo)致手術(shù)節(jié)段小關(guān)節(jié)壓力退變的一個(gè)重要原因;2、頸椎雙節(jié)段Mobi-C人工頸椎間盤(pán)置換后手術(shù)節(jié)段關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)內(nèi)壓力與完整標(biāo)本無(wú)顯著性差異，但卻有增大趨勢(shì)

14、。提示頸椎雙節(jié)段Mobi-C人工椎間盤(pán)置換能夠重建頸椎后方關(guān)節(jié)突生物力學(xué)性能，但其遠(yuǎn)期效果尚有待臨床進(jìn)一步觀(guān)察;3、頸椎雙節(jié)段雜交手術(shù)導(dǎo)致置換節(jié)段小關(guān)節(jié)壓力與完整組比較，顯著性增大，可能加速置換節(jié)段小關(guān)節(jié)退變。
　　第三章 正常頸椎C2～C7三維有限元模型的建立
　　目的：建立正常的C2～C7頸椎三維有限元模型，并驗(yàn)證其有效性。
　　方法：對(duì)一名健康成年男性志愿者進(jìn)行頸椎的CT掃描，獲取斷層圖片以DICOM格式儲(chǔ)存。應(yīng)

15、用Mimics10.01軟件進(jìn)行模型的三維重建，GeomagicStudio12對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化處理，以及應(yīng)用HaperMesh10.0及ANSYS14.5軟件進(jìn)行有限元模型的建立。
　　結(jié)果：本研究所建立的C2～C7頸椎有限元模型共有887245個(gè)單元和1340596個(gè)節(jié)點(diǎn)，包括C2～C7頸椎椎體皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨、頸椎間盤(pán)中的纖維環(huán)和髓核、上下終板、雙側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)、推弓根、椎板、橫突、棘突、前縱韌帶、后縱韌帶、黃韌帶、棘韌帶和關(guān)節(jié)囊

16、韌帶等三維結(jié)構(gòu)。在各工況的力矩加載模擬下，各節(jié)段的活動(dòng)度與既往研究結(jié)果吻合。
　　結(jié)論：本研究所建立的C2～C7頸椎三維有限元模型精確有效，可以用于下一步的術(shù)后模型的生物力學(xué)研究。
　　第四章 “雜交”術(shù)式治療多節(jié)段頸椎病的三維有限元分析
　　目的：利用三維有限元評(píng)價(jià)四種不同手術(shù)方式的頸椎生物力學(xué)特性，為臨床手術(shù)方式的選擇提供生物力學(xué)依據(jù)。
　　方法：分別建立四種不同手術(shù)方式的術(shù)后有限元模型:①于第三部分所建C2

17、～C7頸椎有限元模型C3～C6節(jié)段行3節(jié)段頸椎前路減壓融合內(nèi)固定術(shù)(FFF模型);②于C3/4節(jié)段行頸椎前路減壓融合內(nèi)固定術(shù)，C4-C6雙節(jié)段行人工椎間盤(pán)Mobi-C置換術(shù)（FMM模型）。
　　結(jié)果：在各工況條件下，與正常組比較，行ACDF融合的節(jié)段的椎間活動(dòng)度有明顯的大幅度減少，而人工椎間盤(pán)Mobi-C節(jié)段的活動(dòng)度則有所增加;與正常組比較，“雜交”手術(shù)組相鄰節(jié)段C2/3、C6/7的活動(dòng)度基本保持不變，而FFF組相鄰節(jié)段增加較為明

18、顯。與正常組比較，雜交手術(shù)組基本保留了全頸椎的活動(dòng)度，然而FFF組各工況下頸椎C2～C7ROM明顯降低;
　　結(jié)論：通過(guò)研究三種“雜交”術(shù)式與正常以及全融合的有限元模型的比較，我們認(rèn)為:兩節(jié)段人工椎間盤(pán)置換聯(lián)合應(yīng)用單節(jié)段融合的術(shù)式有利于頸椎活動(dòng)度的保留，較多節(jié)段融合術(shù)式能更好的維持鄰段節(jié)段的活動(dòng)度及關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)應(yīng)力。但是，同時(shí)也存在著置換節(jié)段活動(dòng)度增大、關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)應(yīng)力增高的可能，有加速置換節(jié)段出現(xiàn)新的退行性變的風(fēng)險(xiǎn)。此“雜交”術(shù)式的