脊柱側(cè)彎生物力學(xué)

1、第五節(jié) 脊柱側(cè)彎Scoliosis的實用生物力學(xué),1. 正常彎曲,穩(wěn)定的胸段脊柱,一、結(jié)構(gòu)分析,2. 關(guān)節(jié)面,脊椎運動的主要原因可能是在于關(guān)節(jié)連接的形狀和位置，正是由于這些關(guān)節(jié)面的位置和定向作用影響著脊椎 的力學(xué)性能。,胸椎：正常關(guān)節(jié)面是幾乎接近于平滑面并向后延展的略微向側(cè)面和向上傾斜；不正常關(guān)節(jié)面則向前、緩慢地向下、向中部傾斜。,棘間韌帶與脊椎豎立肌的肌腱與脊柱側(cè)彎相關(guān)性不大；黃韌帶與脊柱側(cè)彎有關(guān)，黃韌帶及關(guān)節(jié)面限制著正常胸椎繞軸

2、間的旋轉(zhuǎn)。,3.韌帶,二、正常的運動,后體：后體結(jié)構(gòu)的移動增大了繞脊柱的轉(zhuǎn)動；限制脊柱的繞軸轉(zhuǎn)動。,螺旋軸：螺旋運動是一種沿螺旋軸的軸向移動與繞該軸的轉(zhuǎn)動的疊加，軸的方向一致。,黃韌帶橫斷面及關(guān)節(jié)囊的松馳，有益于阻止側(cè)彎導(dǎo)致的脊柱轉(zhuǎn)動。,對于側(cè)彎的脊柱，它們的放松很可能便于校正不正常的軸向轉(zhuǎn)動。,三、脊柱側(cè)彎的生物力學(xué)定義,形態(tài)定義：相對于脊柱正常中心線明顯的側(cè)向彎曲。,力學(xué)定義：脊椎骨之間或之內(nèi)不正常的變形，既在正面有過多的彎曲，又在

3、不當(dāng)?shù)姆较蛏侠@豎直軸的轉(zhuǎn)動太大。,表現(xiàn)：,椎板及椎體不對稱,棘突發(fā)生彎曲且不在中線上,一側(cè)椎弓寬而另一側(cè)椎弓窄，中間的橫突不對稱,繞軸轉(zhuǎn)動方向不正常,額面過度彎曲,椎骨變形,椎骨之間的相對位置不正常,,1. 生物力學(xué)的分類,2. 實驗研究,手術(shù)原因,切除肋骨靠背側(cè)的一端,切除單側(cè)椎板,切除肋與橫突間背側(cè)的韌帶,,,對骨增生面的壓力，會抑制其生長，減壓則加速其生長。 切除或單側(cè)刺激引起骨增生面的變化,,85-90%病因不明,

4、四、治療中的生物力學(xué)條件,剛硬，包括脊椎的變形、骨的結(jié)構(gòu)被破壞或發(fā)生變形、彎曲的韌帶失去彈性等。,必需糾正的兩類變形,功能性彎曲,由于重力作用于松馳的韌帶與肌肉之上引起的變向功能性彎曲。,結(jié)構(gòu)性彎曲,,可通過肌肉鍛煉來矯正。,不能通過肌肉的力量來矯正,,發(fā)生轉(zhuǎn)動,治療中的生物力學(xué)原則,力圖使脊柱恢復(fù)正常結(jié)構(gòu)。,1. 蠕變與馳緩,蠕變是一種變形，在對物體施加了初始力之后，即使受力不再隨時間變化，變形也將隨時間推移而增大。 蠕

5、變由肌肉、骨骼、韌帶的彈性力學(xué)性質(zhì)決定。,當(dāng)力加于彈性體上，產(chǎn)生一定的變形，隨后發(fā)生受力隨時間而減少的現(xiàn)象。,蠕變,應(yīng)用：顱環(huán)，股骨牽引,馳緩：,應(yīng)用：Harrington棒臨床應(yīng)用后，再次手術(shù),,,F,,,,L,,,,,L+D,2. 脊柱側(cè)彎矯正時軸向力與切向力比較,,,,,,,,,,C,A,B,,β,Cobb法  在正位X線相，先確定側(cè)凸的上終椎及下終椎，在主彎上端其上、下終板線向凹側(cè)傾斜度最大者為上終椎，主彎下端者為下終

6、椎。在上終椎椎體上緣及下終椎椎體下緣各劃一平線，對此兩橫線各作一垂直線，這兩條垂線的交角即為Cobb角，用量角器可測出其具體度數(shù)。,θ,θ,α,,,D,F,F,,,,C,A,B,,β,F,F,,,L,L,,,C,B,F,,L,F,,Ma,變形越大，D值就越大，Mt值越大，矯正效果就越好,（1）Harrington Rod原理圖,Harrington Rod,,,,C,A,B,F/2,F/2,,,L,L,,,C,B,F/2,,L,F/

7、2,,Mt,,D,F,F,F,,F,,,,,,F/2,F/2,,,（2）Milwaukee Brace原理圖,變形越小，D值就越大，Mt值越大，矯正效果就越好，所以只適合變形輕微的脊柱側(cè)彎的矯正,Milwaukee brace,,,,C,A,B,F/2,F/2,,,L,L,,,C,B,F/2,,L,F/2,,Mc,F,,F,,,0.87F,,,,0.87F,,0.87F,,0.87F,,,,,F,,,,F,（3）組合加載的效果分析,F,

8、,,,,,相對矯正彎矩M/FL,,,1,0.5,,,,組合加載,軸向加載,徑向加載,變形角θ（度）,（4）三種加載效果比較,矯正彎矩=M/FL,,,TL,（5）Connock 法,適于軸向旋轉(zhuǎn)的脊柱側(cè)彎異常,五、不同治療方法中的生物力學(xué)問題,肌肉的力量在矯正側(cè)彎時并無明顯的力學(xué)價值。為了獲得穩(wěn)定的粘彈性結(jié)構(gòu)，需要施加力來形成粘彈性的蠕變，使肌肉隨意伸縮，并長時間的施力于脊椎。,1.體操,植入電極的方法，可以刺激肌肉收縮，矯正側(cè)彎,強(qiáng)有

9、力而且編制過的特殊體操，定期操作，可能對矯正側(cè)有幫助,2. Milwaukee支具,Milwaukee brase原圖,http://milwaukee.brace.nu/index.html,Milwaukee brase治療圖,臥床可以減少重力的影響，是Milwaukee支具的最有效矯正法之一,聯(lián)合使用牽引及推擠力，可以隨著病人的生長和彎曲的矯正而隨時加以調(diào)整。,按照患者的意愿靠自己肌肉的活動來矯形，在支具下可以完成活動體操，患

10、有意識的動作（做體操）或無意識的動作（矯正墊、腑下吊環(huán)、喉部及枕骨等部分偶然的運動），都鈄產(chǎn)生矯正力。,癱瘓或不能主動地矯形和內(nèi)在力不大的病人，Milwaukee支具無效,36º -60º側(cè)彎的患者效果最佳,超過60º的側(cè)變或伴隨嚴(yán)重旋轉(zhuǎn)的側(cè)彎，Milwaukee支具效果不佳，甚至加重旋轉(zhuǎn)變形,Milwaukee brase的特點,3. 局部矯正石膏背心,對象：嚴(yán)重彎曲和輕度彎曲均有效果。,機(jī)理：局部推壓

11、墊片提供側(cè)向或環(huán)形的載荷，同時結(jié)合頭部的牽引。,打石膏前將患兒置于專用的牽引支架上,采用石膏夾克治療嬰兒型脊柱側(cè)彎,4. 牽引,(Halo Traction)：與骨盆環(huán)或股骨固定釘合用。,In this unusual arrangement, wire hooks are attached to the upper thoracic spine and connected to the halo. This relieves the

12、vulnerable cervical spine from part of the full extensive force applied between halo and pelvic apparatus.,各種側(cè)彎均有效，尤其對頑固性傾斜的骨盆有拉直作用。,For the most extreme curves, pins are bored directly into the pelvis. A pelvic ring is

13、connected to the halo with four heavy bars that can be individually extended with turnbuckles. This “halo-hoop” arrangement allows the largest acceptable distraction force without undue discomfort for the patient. It is

14、also possible to correct pelvic tilt and rotation with this apparatus. After the initial lengthening is done, an operation can be performed with the patient still in the device. The young girl is recovering after such an