本文選題：前路椎弓根螺釘　切入點：生物力學　出處：《南方醫(yī)科大學》2015年碩士論文

【摘要】：1.研究背景：伴隨著頸椎內固定技術的發(fā)展,頸椎疾病的治療效果得到了顯著提高,特別是短期效果良好。然而,術后出現的鄰近節(jié)段退變或鄰近節(jié)段病作為術后的并發(fā)癥之一,嚴重影響著患者的生活質量,同時也對現有的治療手段提出了挑戰(zhàn)。鄰近節(jié)段的退變有多種表現,包括鄰近節(jié)段的椎間盤突出、骨贅形成、小關節(jié)增生以及椎間盤高度的減少等。進而可能導致患者出現軸向痛、神經根性疼痛、感覺喪失或因神經壓迫產生的運動無力或頭痛等癥狀。此外,有研究表明CT、MRI等檢查手段所觀察的鄰近節(jié)段退變發(fā)生率更高,且隨著檢測技術手段的發(fā)展,其診斷率可能更高。鄰近節(jié)段退變將嚴重威脅患者的健康,并且可能帶來第二次手術。一面方降低著患者的遠期生活質量,另一方面也對患者是一個沉重的經濟負擔。因此現有內固定技術亟待完善,其術后鄰近節(jié)段的生物力學改變也十分具有研究價值,應作為內固定器械的評價指標之一。盡管內固定后的鄰近節(jié)段退出現的成因尚存在爭議,但固定后鄰近節(jié)段的生物力學性質發(fā)生改變也是不爭的事實,在臨床隨訪、生物力學及有限元研究中都先后得到了證實,而且就目前技術水平而言,從生物力學角度采取預防措施是唯一可行的辦法。頸椎前路椎弓根螺釘(Anterior Transpedicular Screw,ATPS)于2008年由Koller等提出,并進行了相關的一系列研究。ATPS結合了前后路的優(yōu)點,同時又避免了兩者的缺點。ATPS具有后路椎弓根螺釘的穩(wěn)固性,但相較于后路,不會造成椎旁肌損傷、手術風險較小。研究表明,頸椎的創(chuàng)傷、退行性病變、腫瘤等病理性疾病好發(fā)于前部椎體,故前路手術更貼近病灶。且前路比后路手術范圍更大,可一延伸直至T1。傳統的前路手術,往往穩(wěn)定性達不到要求,需要聯合后路,這無疑加大了對患者的損傷。相較于后路椎弓根螺釘,前路椎弓根螺釘進釘點選擇更加靈活,這同時給予了器械本身更出色的靈活性和適應能力。Koller等對ATPS的抗拔出力進行研究測試：對6具人頸椎標本隨機置入ATPS或椎體螺釘并實施軸向拔出,實驗結果表明ATPS的抗拔出力為467.8N,椎體釘的抗拔出力為181.6N, ATPS的抗拔出力達到椎體釘的2.5倍,且兩者有統計學差異。在ATPS的安全性方面,在結合了電子導航設備(electronic conductivity device,ECD)的模擬實驗中,ATPS的椎弓根皮質穿破率為0%,后路椎弓根螺釘(Posterior pedicle screw, pCPS)椎弓根皮質穿破率為11.1%。穩(wěn)固性上,ATPS僅在側彎上略遜于pCPS,前屈、背伸、左、右旋均優(yōu)于對方。該系列生物力學研究為ATPS投入應用打下了堅實的力學理論基礎。目前中國正在快速地步入老齡化社會。而相關調查表明60歲以上的老年人骨質疏松比例可達到60%以上,人口老齡化的發(fā)展趨勢對傳統的前路手術治療方案也提出了新的挑戰(zhàn)。一方面,骨質疏松可能導致鄰近節(jié)段退變。另一方面,傳統前路鋼板固定系統在骨質疏松的情況下不能提供足夠的把持力,手術重建后的穩(wěn)定性并不能得到保證。實驗證明ATPS的拔出力與置入的軸向精度有關,但與骨密度、釘長,植入節(jié)段無關,這就意味著ATPS在骨質疏松的情況下,同樣可以提供足夠的把持力。但是,應用堅強內固定可造成鄰近節(jié)段應力驟然增加,而非類似非融合內固定的緩慢增加,相應的導致固定后的椎間盤退變率更高,后路椎弓根螺釘可能也是造成退變的因素。ATPS有著廣闊的應用前景,作為堅強固定的一種,且同樣為椎弓根螺釘,其對鄰近節(jié)段影響尚不清楚。由此可見,研究ATPS對鄰近節(jié)段的生物力學影響是非常價值的。就目前的技術手段而言,評估鄰近節(jié)段生物力學性質主要從鄰近節(jié)段應力、小關節(jié)應力、鄰近節(jié)段運動范圍方面等。目前,ATPS固定技術尚未在臨床推廣應用,針對該技術對鄰近節(jié)段生物力學研究的缺乏,是制約其發(fā)展的一個主要因素。本課題組前期已針對亞洲人的椎弓根螺釘的置入方法進行了相關的解剖學研究,肯定了前路置入ATPS的可行性。對ATPS的拔出力及抗疲勞性進行了生物力學測試,結果提示ATPS在這兩方面優(yōu)于椎體釘�；贏TPS自主設計了頸椎前路椎弓根螺釘人工椎體系統(Anterior Transpedicular Screw Artificial Vertebral Body System,AVB,專利號：201220178924.7)。并通過建立有限元模型和生物力學實驗,證實了其穩(wěn)定性優(yōu)于傳統的前路釘板系統固定。多方的證據表明,AVB有著極佳的生物力學穩(wěn)定性,但對于融合后鄰近節(jié)段的影響尚未不清楚,本實驗基于原有實驗的成果,通過已擁有大量長期臨床隨訪資料的頸椎前路釘板系統(Anterior Plate Fixation, AP)固定系統進行生物力學方面的比較,來探討AVB對鄰近節(jié)段的生物力學影響。2.材料與方法：2.1標本準備：取8具新鮮成年男性頸椎標本(南方醫(yī)科大學人體解剖教研室提供)。所有標本均掃描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。實驗前移至普通冰箱冷藏室緩慢解凍8小時。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,保留小關節(jié)囊、椎間盤。經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,包埋時注意保護椎間盤及小關節(jié)。2.2器械準備：AVB由3部分組成,上、下兩L型托板及中間的圓柱形鈦網。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ATPS釘孔,中下方有一個椎體釘孔。橫邊的外側垂直設有圓柱銷,兩個圓柱銷分別由的兩頭伸進所述鈦籠內,并與之動配合。鈦籠兩頭的與圓柱銷配合部的圓周面上設有定位螺釘。將次設計建立模型,并委托威高骨科生產,成品如圖。AP組為威高骨科Cervi-lock頸椎前路低切跡釘板鎖定系統。2.3實驗分組及基本流程：將標本隨機編號后,將完整的標本進行非接觸應變測試及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置入椎體釘為AP組。本課題組已對置入椎弓根螺釘所需解剖學數據進行了相應測量,結合該數據并預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光平片再次確認安裝情況。為了排除實驗先后加載及空氣暴露時間造成的潛在影響,AP與AVB前后次序于第5具標本開始進行對調。而每次隨機選取標本進行實驗。在上述測量結束后,將C3-C4及C6-C7小關節(jié)囊打開,置入壓力分布式傳感器進行小關節(jié)壓力的測量。整個實驗全程對標本噴灑生理鹽水進行保濕。2.4椎間盤應變測量：使用GOM非接觸光學應變測量系統測量,根據具體實驗的觀測范圍選擇660*480的標定板。按指示移動標定板完成標定。在頸椎標本前面,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,模擬6種運動狀態(tài),即前屈、后伸、左右側彎,左右旋轉。同時用GOM非接觸光學應變測量系統對準標本的前面記錄運動過程圖像。采集結束后,于所采集圖片中選擇計算起始點,圈定計算區(qū)域。ARAMIS軟件經過計算后,可自動輸出von mises應變云圖。在軟件中選擇加載穩(wěn)定后的云圖,并統計該圖C3-C4、C6-C7椎間盤區(qū)域應變均值。2.5活動范圍的測量由于GOM非接觸光學應變測量系統需照射標本前面,故在標本僅C3至C6椎體左右橫突及棘突插入2mm克氏針。在其末端安裝標志球。安裝時,應保證同一節(jié)段兩側標志球距中心線距離相等并處于同一水平面上,3個標志球應處于同一水平面。以保證在左右兩側標志球連線中點處可生虛擬標志球�；顒臃秶捎眠\動分析系統測量,鏡頭發(fā)出的紅外線可被標志球反射,同時被相機采集。電腦中可同步顯示標志球的運動情況,以4個標志球為一個平面,并計算出節(jié)段間面與面的相對運動角度。2.6小關節(jié)壓力測量小關節(jié)壓力采用I-scan(Teckscan,美國)測量。切開C3-C4.C6-C7雙側小關節(jié)囊,將壓力分布式傳感器充分置入4個小關節(jié)內,記錄所得數據。應用I-scan自帶軟件,程序可以自動計算出小關節(jié)內的壓力。3.結果：3.1上下鄰近節(jié)段椎間盤前表面應變：3.1.1 C3-C4節(jié)段：C3-C4節(jié)段完整組前屈狀態(tài)椎間盤前表面應變?yōu)?.834±3.164,后伸為3.457±1.892,左側彎為5.092±1.427,右側彎為5.092±2.021,左旋為5.338±2.903,右旋為4.728±2.342。C3-C4節(jié)段安裝AP和AVB后,C3-C4節(jié)段椎間盤前表面應變均有不同程度增加,但均無顯著統計學差異。AP組前屈狀態(tài)椎間盤前表面應變?yōu)?.96±3.565,后伸為3.744±1.741,左側彎為5.518±1.443,右側彎為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)椎間盤前表面應變?yōu)?.94±2.404,后伸為3.533±1.367,左側彎為5.878±1.759,右側彎為6.213±1.264,左旋為6.716±1.667,右旋為4.856±1.015。各組運動狀態(tài)間比較,三組的前屈狀態(tài)應變值均顯著大于與其他加載狀態(tài)(P0.01)。AP組后伸狀態(tài)應變值顯著小于右旋。AVB組后伸狀態(tài)應變值顯著小于其他各運動狀態(tài)(P0.05)。3.1.2 C6-C7節(jié)段：C6-C7節(jié)段完整組前屈狀態(tài)椎間盤前表面應變?yōu)?.01±3.882,后伸為2.977±2.188,左側彎為4.586±1.577,右側彎為3.475±1.32,左旋為4.876±1.687,右旋為4.693±1.635。安裝AP和AVB后,除前屈和右側彎狀態(tài)前表面應變增加外,其余4組運動狀態(tài)下應變均減少。但三組間均無顯著統計學差異。AP組前屈狀態(tài)椎間盤前表面應變?yōu)?0.244±3.258,后伸為2.278±0.594,左側彎為4.008±1.271,右側彎為3.714±1.256,左旋為4.389±1.405,右旋為4.204±1.303。AVB組前屈狀態(tài)椎間盤前表面應變?yōu)?0.645±2.418,后伸為2.004±1.066,左側彎為4.622±2.101,右側彎為4.11±0.723,左旋為3.902±0.94,右旋為4.023±0.968。各組內運動狀態(tài)間比較,三組的前屈狀態(tài)應變值均顯著大于與其他運動狀態(tài)(P0.01)。AP組后伸狀態(tài)應變值顯著小于左、右旋(P0.05)。AVB組后伸狀態(tài)應變值顯著小于與其他運動狀態(tài)(P0.05)。3.1.3 AP與AVB器械前應變最大值比較：AP組器械前表面最大應變在前屈狀態(tài)下為14.562±4.559,后伸為12.793±3.349,左側彎為12.901±3.692,右側彎為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變在前屈狀態(tài)下為9.699±2.679,后伸為9.515±2.148,左側彎為9.988±3.111,右側彎為9.43±4.118,左旋為9.742±2.99,右旋為9.638±1.953。AVB組各狀態(tài)下應變值均小于AP組。除左右側彎外,其余狀態(tài)下均存在顯著統計學差異(P0.05)。3.2運動范圍：3.2.1 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°,左側彎為5.666±0.946°,右側彎為5.679±1.131°,左旋為5.003±1.136°,右旋為4.981±0.796°。AP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°,左側彎為5.325±0.868°,右側彎為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°,左側彎為5.236±2.379°,右側彎為4.496±1.133°,左旋為5.286±1.156°,右旋為5.223±0.939°。前屈、后伸及左右旋轉狀態(tài)下,AP組、AVB組兩組均較完整組活動有所增加,但三組間無顯著統計學差異。左右側彎狀態(tài)下,AP組、AVB組兩組均較完整組活動有所減少,但三組間無顯著統計學差異。3.2.2 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°,左側彎為4.46±1.436°,右側彎為4.639±1.392°,左旋為4.509±1.117°,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°,左側彎為5.019±0.272°,右側彎為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°,左側彎為5.03±1.509°,右側彎為4.826±1.883°,左旋為4.068±0.906°,右旋為4.386±0.819°。前屈、后伸及左右旋轉狀態(tài)下,AP組、AVB組兩組均較完整組活動有所減少,但三組間無顯著統計學差異。左右側彎狀態(tài)下,AP組、AVB組兩組均較完整組活動有所增加,但三組間無顯著統計學差異。3.3小關節(jié)壓力：前屈狀態(tài)、側彎的對側,旋轉的同側壓力為0N,故不做記錄。3.3.1 C3-C4節(jié)段C3-C4節(jié)段AP組左側小關節(jié)后伸狀態(tài)下壓力為21.573±8.0561N,左側彎為34.312±6.678N,右旋為36.131±6.725N。AP組右側小關節(jié)后伸狀態(tài)下壓力為24.786±9.052N,右側彎為35.887±10.307N,左旋為35.708±3.961N。AVB組左側小關節(jié)后伸狀態(tài)下壓力為22.489±9.793N,左側彎為35.535±6.380N,右旋為38.742±7.180N。AP組右側小關節(jié)后伸狀態(tài)下壓力為22.755±12.511N,右側彎為35.747±8.038N,左旋為36.252±5.964N。后伸、左右側彎和左右旋轉狀態(tài)下,各個小關節(jié)壓力AP與AVB兩組均無明顯統計學差異。3.3.2 C6-C7節(jié)段C6-C7節(jié)段AP組左側小0關節(jié)后伸狀態(tài)下壓力為17.580±5.590N,左側彎為32.115±6.450N,右旋為26.589±11.396N。AP組右側小關節(jié)后伸狀態(tài)下壓力為21.133±11.306N,右側彎為29.635±9.271N,左旋為26.632±6.674N。AVB組左側小關節(jié)后伸狀態(tài)下壓力為16.132±6.046N,左側彎為29.960±11.377N,右旋為28.534±11.337N。AVB組右側小關節(jié)后伸狀態(tài)下壓力為17.066±12.227N,右側彎為28.682±8.686N,左旋為28.625±5.698N。后伸、左右側彎和左右旋轉狀態(tài)下,各個小關節(jié)壓力AP與AVB兩組均無明顯統計學差異。4.結論：1.AVB并未對鄰近節(jié)段產生顯著影響；2.AVB與AP相似,同樣引起了上鄰近節(jié)段的運動范圍、椎間盤前表面應變及小關節(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.器械前表面應變結果顯示：AVB表面應變分布均勻,抗破壞性優(yōu)異。與AP相較,其斷裂風險顯著降低。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：南方醫(yī)科大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：R687.3

【共引文獻】

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本文編號：1707398