寰樞椎側(cè)塊關節(jié)融合器的研制及力學研究.pdf

1、背景：
　　 后路寰樞椎融合術是解決寰樞椎脫位或不穩(wěn)的主要手段,其是用內(nèi)固定方法將松動的寰椎與相鄰的樞椎固定,并在寰椎及樞椎間植骨以促進寰樞椎融合并最終達到寰樞椎的穩(wěn)定。后路內(nèi)固定技術中,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)塊關節(jié)融合器進行寰樞椎側(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施的替代融合方式,從而避免枕頸融合,以盡量保留患者術后頸椎活動度。
　　 目的：
　　 本課題旨在設計一種寰樞椎側(cè)塊關節(jié)融合器,與寰樞椎椎弓根螺釘技術相結(jié)合后,可在寰椎后弓缺如的情況下,行寰樞椎側(cè)塊關節(jié)間融合,從而避免枕頸融合,以盡量保留患者術后頸椎活動度。通過一

3、系列的相關實驗研究達到如下目的:
　　 1.通過解剖學及CT三維重建影像學測量獲得與植入操作及寰樞椎側(cè)塊關節(jié)融合器設計相關的解剖數(shù)據(jù),為設計提供依據(jù)。
　　 2.研制出寰樞椎側(cè)塊關節(jié)融合器,在植入寰樞側(cè)塊關節(jié)間隙后,與寰樞椎椎弓根螺釘技術相結(jié)合,行寰樞椎側(cè)塊關節(jié)間融合,從而避免枕頸融合,以盡量保留患者術后頸椎活動度。
　　 3.通過離體標本的生物力學測試研究,與其他目前常用的內(nèi)固定方式進行各方向活動度的對比,對其

4、生物力學穩(wěn)定性等進行評估。
　　 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)下的生物力學穩(wěn)定性能及應力分布情況。為之后融合器的改進設計提供依據(jù)參考。
　　 方法：
　　 1.選取35套寰樞椎干燥骨標本及46套正常的寰樞椎CT三維重建片進行解剖學及影像學測量。測量內(nèi)容包括:①寰椎側(cè)塊關節(jié)面矢狀徑,②寰椎側(cè)塊關節(jié)面橫徑,③樞椎側(cè)塊關節(jié)面矢狀徑,④樞椎側(cè)塊關節(jié)面橫徑,⑤寰樞關節(jié)

5、間隙高度。根據(jù)測量結(jié)果設定側(cè)塊融合器的尺寸。
　　 2.參考解剖學及影像學測量結(jié)果,完成側(cè)塊融合器的設計。
　　 3.以6具新鮮冷凍尸體人體頸椎標本為實驗對象進行生物力學測試研究。標本按照正常、破壞、經(jīng)寰樞關節(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,分別進行前屈、后伸、左側(cè)屈、后側(cè)屈、左旋、右旋測試,結(jié)果進行統(tǒng)計學處

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上,將本實驗的C1+C2及C1+C2+Cage兩種內(nèi)固定系統(tǒng)進行加載,分析內(nèi)固定在前屈、后伸、側(cè)屈和旋轉(zhuǎn)方向上的運動范圍及寰樞關節(jié)面的應力分布情況。
　　 結(jié)果：
　　 1.左右兩側(cè)對比無統(tǒng)計學差異。影像學測量的結(jié)果分別為:寰椎關節(jié)面矢狀徑16.96±1.41mm、橫徑16.27±1.36mm,樞椎關節(jié)面矢狀徑17.69±1.37mm、

7、橫徑16.32±1.33mm、寰樞側(cè)塊關節(jié)間隙3.0±0.5mm。
　　 2.根據(jù)測試結(jié)果,將融合器的形狀設計為近似長方體,平均寬度設計為9mm,平均長度設計為12mm,平均高度設計為3.5mm。本設計已經(jīng)獲得國家發(fā)明專利。
　　 3.正常組在各個方向上的三維運動范圍分別為屈伸17.78°±3.78°,側(cè)屈9.56°±1.20°,旋轉(zhuǎn)44.19°±4.34°。破壞組在各個方向上的三維運動范圍分別為屈伸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)計學差異。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)計學意義(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,在各個運動方向上均有最小的ROM

9、值,差異有統(tǒng)計學意義。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)計學意義。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)計學意義。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)計學意義。
　　 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度。其中,C1+C2+Cage的活動度為最小。融合器的應力主要集中其后方尾部。
　　 結(jié)論：
　　 基于寰樞