寰樞椎側(cè)塊關(guān)節(jié)融合器的研制及力學(xué)研究.pdf

1、背景：
　　 后路寰樞椎融合術(shù)是解決寰樞椎脫位或不穩(wěn)的主要手段,其是用內(nèi)固定方法將松動(dòng)的寰椎與相鄰的樞椎固定,并在寰椎及樞椎間植骨以促進(jìn)寰樞椎融合并最終達(dá)到寰樞椎的穩(wěn)定。后路內(nèi)固定技術(shù)中,由于寰樞椎融合的需要,植骨塊需要放置在寰樞椎后弓之間,因此,完整的寰椎后弓成為實(shí)施寰樞椎融合的必要條件。但在一些寰椎后弓先天性缺如或需行寰椎后弓切除減壓的患者,后路寰樞椎融合將無法實(shí)施。此種情況下,另外的寰樞椎融合方式將成為替代。椎間融合器在下

2、頸椎及腰椎的廣泛應(yīng)用,已成為椎體間融合的主要方式。因此,理論上,利用寰樞椎側(cè)塊關(guān)節(jié)融合器進(jìn)行寰樞椎側(cè)塊融合,可成為寰樞椎后弓缺如或切除后寰樞椎后路植骨融合難以實(shí)施的替代融合方式,從而避免枕頸融合,以盡量保留患者術(shù)后頸椎活動(dòng)度。
　　 目的：
　　 本課題旨在設(shè)計(jì)一種寰樞椎側(cè)塊關(guān)節(jié)融合器,與寰樞椎椎弓根螺釘技術(shù)相結(jié)合后,可在寰椎后弓缺如的情況下,行寰樞椎側(cè)塊關(guān)節(jié)間融合,從而避免枕頸融合,以盡量保留患者術(shù)后頸椎活動(dòng)度。通過一

3、系列的相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究達(dá)到如下目的:
　　 1.通過解剖學(xué)及CT三維重建影像學(xué)測量獲得與植入操作及寰樞椎側(cè)塊關(guān)節(jié)融合器設(shè)計(jì)相關(guān)的解剖數(shù)據(jù),為設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
　　 2.研制出寰樞椎側(cè)塊關(guān)節(jié)融合器,在植入寰樞側(cè)塊關(guān)節(jié)間隙后,與寰樞椎椎弓根螺釘技術(shù)相結(jié)合,行寰樞椎側(cè)塊關(guān)節(jié)間融合,從而避免枕頸融合,以盡量保留患者術(shù)后頸椎活動(dòng)度。
　　 3.通過離體標(biāo)本的生物力學(xué)測試研究,與其他目前常用的內(nèi)固定方式進(jìn)行各方向活動(dòng)度的對(duì)比,對(duì)其

4、生物力學(xué)穩(wěn)定性等進(jìn)行評(píng)估。
　　 4.建立寰樞側(cè)塊融合器聯(lián)合寰樞椎椎弓根螺釘內(nèi)固定裝置三維有限元模型,分析其在不同狀態(tài)下的生物力學(xué)穩(wěn)定性能及應(yīng)力分布情況。為之后融合器的改進(jìn)設(shè)計(jì)提供依據(jù)參考。
　　 方法：
　　 1.選取35套寰樞椎干燥骨標(biāo)本及46套正常的寰樞椎CT三維重建片進(jìn)行解剖學(xué)及影像學(xué)測量。測量內(nèi)容包括:①寰椎側(cè)塊關(guān)節(jié)面矢狀徑,②寰椎側(cè)塊關(guān)節(jié)面橫徑,③樞椎側(cè)塊關(guān)節(jié)面矢狀徑,④樞椎側(cè)塊關(guān)節(jié)面橫徑,⑤寰樞關(guān)節(jié)

5、間隙高度。根據(jù)測量結(jié)果設(shè)定側(cè)塊融合器的尺寸。
　　 2.參考解剖學(xué)及影像學(xué)測量結(jié)果,完成側(cè)塊融合器的設(shè)計(jì)。
　　 3.以6具新鮮冷凍尸體人體頸椎標(biāo)本為實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行生物力學(xué)測試研究。標(biāo)本按照正常、破壞、經(jīng)寰樞關(guān)節(jié)螺釘+Gallie鈦纜(Magerl+G)、寰樞椎椎弓根螺釘(C1+C2)、寰樞側(cè)塊關(guān)節(jié)融合器聯(lián)合寰樞椎椎弓根螺釘(C1+C2+Cage)的順序,分別進(jìn)行前屈、后伸、左側(cè)屈、后側(cè)屈、左旋、右旋測試,結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處

6、理及分析。
　　 4.在前期研究已經(jīng)建立的上頸椎正常及不穩(wěn)的三維有限元模型基礎(chǔ)上,將本實(shí)驗(yàn)的C1+C2及C1+C2+Cage兩種內(nèi)固定系統(tǒng)進(jìn)行加載,分析內(nèi)固定在前屈、后伸、側(cè)屈和旋轉(zhuǎn)方向上的運(yùn)動(dòng)范圍及寰樞關(guān)節(jié)面的應(yīng)力分布情況。
　　 結(jié)果：
　　 1.左右兩側(cè)對(duì)比無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。影像學(xué)測量的結(jié)果分別為:寰椎關(guān)節(jié)面矢狀徑16.96±1.41mm、橫徑16.27±1.36mm,樞椎關(guān)節(jié)面矢狀徑17.69±1.37mm、

7、橫徑16.32±1.33mm、寰樞側(cè)塊關(guān)節(jié)間隙3.0±0.5mm。
　　 2.根據(jù)測試結(jié)果,將融合器的形狀設(shè)計(jì)為近似長方體,平均寬度設(shè)計(jì)為9mm,平均長度設(shè)計(jì)為12mm,平均高度設(shè)計(jì)為3.5mm。本設(shè)計(jì)已經(jīng)獲得國家發(fā)明專利。
　　 3.正常組在各個(gè)方向上的三維運(yùn)動(dòng)范圍分別為屈伸17.78°±3.78°,側(cè)屈9.56°±1.20°,旋轉(zhuǎn)44.19°±4.34°。破壞組在各個(gè)方向上的三維運(yùn)動(dòng)范圍分別為屈伸30.69°±4.9

8、1°,側(cè)屈17.18°±1.53°,旋轉(zhuǎn)57.30°±11.01°。與正常組比較,分別增加72％(P<0.01),76％(P<0.01),29％(P<0.01)。兩者比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。所有內(nèi)固定組其穩(wěn)定性均明顯高于正常組和破壞組,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01),所有狀態(tài)的前屈和后伸及左右兩側(cè)的數(shù)值趨向一致。Magerl+G組,C1+C2組,C1+C24+Cage三組內(nèi)固定組與正常組和破壞組相比較,在各個(gè)運(yùn)動(dòng)方向上均有最小的ROM

9、值,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。三組之間比較,在屈伸方向上,其穩(wěn)定性依次為Magerl+G組(2.25°±0.33°)>C1+C2組(2.73°±0.47°)>C1+C24+Cage組(2.94°±0.19°),三組之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在側(cè)屈方向上,其穩(wěn)定性依次為C1+C2+Cage組(1.80°±0.31°)>Magerl+G組(1.91°±0.20°)>C1+C2組(2.05°±0.30°),三組之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在旋轉(zhuǎn)方向上,其穩(wěn)定性

10、依次為C1+C2+Cage組(1.13°±0.31°)>Magerl+G組(1.22°±0.36°)>C1+C2組(3.91°±1.39°),三組之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
　　 4.建立了正常寰樞椎、寰樞椎脫位、C1+C2及C1+C24-Cage四種有限元模型。兩種內(nèi)固定方式在各種工況下均明顯降低寰樞椎的活動(dòng)度。其中,C1+C2+Cage的活動(dòng)度為最小。融合器的應(yīng)力主要集中其后方尾部。
　　 結(jié)論：
　　 基于寰樞