發(fā)布時(shí)間：2018-02-13 19:20

  本文關(guān)鍵詞： 枕頸失穩(wěn)癥 兒童 內(nèi)固定器 有限元 生物力學(xué) 蝶形枕骨板　出處：《南方醫(yī)科大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：[研究背景]枕頸部失穩(wěn)的診治一直以來都是脊柱外科領(lǐng)域中難點(diǎn)和重點(diǎn)之一。炎癥、創(chuàng)傷、腫瘤以及先天發(fā)育畸形等方面是引起該解剖部位失穩(wěn)的重要原因之一。嚴(yán)重的顱脊交界區(qū)不穩(wěn)可導(dǎo)致顱底凹陷癥、寰樞椎脫位等疾患,從而引起腦干和高位脊髓的壓迫,使患者出現(xiàn)諸如:肢體麻木、乏力甚至截癱等嚴(yán)重后果,這就往往需要通過脊柱外科手術(shù)進(jìn)行干預(yù)并治療。手術(shù)的關(guān)鍵目標(biāo)是要恢復(fù)有效的枕脊椎管容積以及正常的枕頸序列,解除腦干以及脊髓的壓迫,從而達(dá)到促進(jìn)脊髓功能的恢復(fù)并通過有效的固定和植骨重建枕頸交界區(qū)的骨骼穩(wěn)定的目的。由于兒童的骨骼發(fā)育尚未成熟,常規(guī)成人的內(nèi)固定系統(tǒng)無法照搬使用,傳統(tǒng)的用于兒童患者顱頸交界疾患的后路手術(shù)多采用寰樞椎的鋼絲固定,或枕頸椎弓根釘棒固定或經(jīng)關(guān)節(jié)螺釘方式。由于其骨質(zhì)較軟,鋼絲固定容易發(fā)生骨劈裂,固定不牢,固定松動(dòng)等,從而影響手術(shù)效果。術(shù)后多需要輔以Halo架等外固定,直至骨性融合完成。而Halo架等外固定的佩戴非常痛苦,患者常常難以護(hù)理和配合,螺釘釘?shù)栏腥镜炔l(fā)癥的發(fā)生率高,患者及家屬往往難以接受。目前市面上專門用于兒童患者的顱頸椎內(nèi)固定系統(tǒng)的產(chǎn)品非常缺乏,脊柱外科醫(yī)生接診到這類患者常感覺到束手無策。近年,美國強(qiáng)生等一些國際大牌的脊柱內(nèi)固定器械公司開發(fā)了少量針對兒童的頸椎內(nèi)固定產(chǎn)品,但仍未進(jìn)入國內(nèi)市場。根據(jù)國外資料介紹,強(qiáng)生的兒童枕頸固定系統(tǒng)采用2～3枚螺釘?shù)恼砉前骞潭?頸椎采用3.5mm螺釘固定。該系統(tǒng)僅見用于7歲以上白人患兒的報(bào)道,而對于國內(nèi)兒童是否適合尚未可知。鑒于目前國內(nèi)外現(xiàn)狀,一些臨床醫(yī)生在針對這類兒童實(shí)施手術(shù)時(shí),只能使用成人的器械進(jìn)行替代,常常給手術(shù)的實(shí)施帶來困難和不便。曾使用國內(nèi)醫(yī)療公司提供的成人枕頸交界內(nèi)固定系統(tǒng)給患兒實(shí)施過顱頸交界區(qū)內(nèi)固定手術(shù)的脊柱外科醫(yī)生,常常深刻體會(huì)到目前針對兒童顱頸交界手術(shù)醫(yī)療器械產(chǎn)品研發(fā)的局限和不足。比如臨床手術(shù)中常常發(fā)現(xiàn)以下問題:①3.5毫米螺釘對于部分年齡較大,發(fā)育較好的患兒可以實(shí)施寰樞椎的經(jīng)椎弓根固定。但對5歲以下低齡兒童并不合適,由于沒有其他選擇,手術(shù)只能在螺釘部分穿破骨皮質(zhì)的情況下勉強(qiáng)使用,或改用經(jīng)椎板螺釘?shù)绕渌绞焦潭�。�?歲以下的患兒枕骨板厚度明顯小于成人。對成人而言,如采用中線方式固定枕骨板,螺釘長度可達(dá)10毫米以上,2至3枚螺釘即可獲得非常堅(jiān)強(qiáng)的固定,而對7歲以下患兒,其中線部分皮質(zhì)的最大厚度有時(shí)不到5mm,3枚螺釘固定難以獲得足夠力學(xué)強(qiáng)度,必須改進(jìn)設(shè)計(jì),增加錨定點(diǎn)數(shù)目,擴(kuò)大固定融合面積。為了解決兒童枕頸固定的難題,迫切需要研發(fā)一種適合國內(nèi)人群的兒童專用枕頸固定系統(tǒng),以滿足這部分人群手術(shù)的需要。目前,雖然國內(nèi)的醫(yī)療器械行業(yè)發(fā)展很快,許多以前依賴進(jìn)口的脊柱外科手術(shù)器械如今大部分都能國內(nèi)生產(chǎn)。但針對兒童這一特殊人群的頸椎內(nèi)規(guī)定器械的研制和開發(fā)仍然是一片空白。中國是世界人口大國,全國的兒童人口達(dá)2～3億,顱頸交界區(qū)疾患的發(fā)病率雖然僅0.01-0.02%,但總患病人群將達(dá)4～6萬,這也是一個(gè)龐大的數(shù)字。而廣東是人口大省,患兒的數(shù)量也不在少數(shù)。針對國內(nèi)兒童骨骼特點(diǎn),研發(fā)專門的兒童頸椎手術(shù)器械,為兒童患者提供更優(yōu)質(zhì)的手術(shù)器材,不僅具有重要的社會(huì)效益,也能創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。[目的]枕頸交界區(qū)的創(chuàng)傷,骨折脫位及先天發(fā)育畸形引起的寰樞椎病變往往需要實(shí)施寰樞椎或枕頸部內(nèi)固定融合手術(shù)。而專門用于兒童患者的相關(guān)器械國內(nèi)尚無相應(yīng)的企業(yè)研發(fā)和生產(chǎn),脊柱外科醫(yī)生在手術(shù)時(shí)只好選擇不太合適的常規(guī)器械進(jìn)行替代使用,結(jié)果就會(huì)造成臨床手術(shù)困難、風(fēng)險(xiǎn)增加、術(shù)后失敗率上升等一系列不利情況。本課題擬研制開發(fā)一種專門針對國內(nèi)兒童顱頸交界區(qū)病變的內(nèi)固定系統(tǒng),用于解決這部分特殊人群的手術(shù)難題。該系統(tǒng)的研制對于改進(jìn)和完善此類特殊群體顱頸交界區(qū)手術(shù)方法,提高手術(shù)療效具有重要意義。[方法]1、運(yùn)用三維工程軟件設(shè)計(jì)新型枕頸內(nèi)固定系統(tǒng)并通過有限元分析驗(yàn)證其力學(xué)有效性設(shè)計(jì)理念:擬設(shè)計(jì)蝴蝶形的枕骨板,要求其固定的螺釘切跡較低,以便于術(shù)后枕骨后方皮膚的覆蓋以及切口的愈合。同時(shí)為了提升固定的強(qiáng)度,我們設(shè)計(jì)擬通過增加枕骨板的錨釘點(diǎn)來提高其抗拔出能力,從而獲得足夠的瞬間力學(xué)強(qiáng)度。力學(xué)有效性驗(yàn)證:選擇1例正常成年男性志愿者,利用64排雙源螺旋CT進(jìn)行上頸椎的軸向斷層無間隔掃描。將其DICOM格式數(shù)據(jù),導(dǎo)人三維重建軟件Mimics,采取閾值分割和區(qū)域增長技術(shù),分離出C0-3模型,對模型進(jìn)行修整處理,使之外形光滑,接近C0-3骨性結(jié)構(gòu),再以STL文件格式輸進(jìn)Geomagic Studio 2013逆向工程軟件中,分節(jié)段重建C0-3等結(jié)構(gòu)三維實(shí)體模型,以STEP文件格式導(dǎo)入Solidworks 2012進(jìn)行模型的修復(fù)充填,根據(jù)實(shí)體形態(tài)分別畫出兩套與骨面貼合的SUMMIT及新型枕頸內(nèi)固定系統(tǒng)模型,最后把兩模型導(dǎo)入有限元軟件ANSYS 13.0中劃分網(wǎng)格,并對該兩套模型的各種物理材料屬性予以賦值,將模型進(jìn)行必要的約束與加載后進(jìn)行驗(yàn)證,最后通過數(shù)據(jù)分析兩套內(nèi)固定系統(tǒng)的力學(xué)性能差異。2、使用尸體標(biāo)本對新型枕頸內(nèi)固定系統(tǒng)及SUMMIT系統(tǒng)三維穩(wěn)定性進(jìn)行評價(jià)獲取人體新鮮枕頸椎標(biāo)本6例,在脊柱三維運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)機(jī)上先測量枕頸部的三維運(yùn)動(dòng)范圍,再于模型上對每具標(biāo)本分別進(jìn)行SUMMIT及新型枕頸系統(tǒng)內(nèi)固定對比,測量比較兩種內(nèi)固定方式中枕頸部的屈伸、側(cè)屈及旋轉(zhuǎn)三維穩(wěn)定性。3、觀察1例幼兒應(yīng)用該枕頸內(nèi)固定系統(tǒng)的臨床療效運(yùn)用該符合兒童解剖學(xué)特點(diǎn)、低切跡多錨點(diǎn)的新型枕頸內(nèi)固定裝置,手術(shù)治療觀察1例寰樞椎脫位、枕頸失穩(wěn)幼兒,通過隨訪觀察評價(jià)其臨床效果。[結(jié)果]1、有限元分析兩套枕頸內(nèi)固定系統(tǒng)力學(xué)效能:在屈伸、側(cè)屈及旋轉(zhuǎn)6個(gè)維度下,兩套系統(tǒng)的最大應(yīng)力均低于鈦合金的屈服強(qiáng)度且都出現(xiàn)在后伸狀態(tài)。其中,新系統(tǒng)的3、7枚螺釘組螺釘?shù)淖畲髴?yīng)力值分別較SUMMIT組上升16.5%、15.0%,但11枚螺釘組較其下降15.6%,伴隨著蝶形枕骨板固定螺釘數(shù)目的增加,螺釘?shù)淖畲髴?yīng)力值呈逐漸減少趨勢,并漸低于SUMMIT組;枕骨的最大位移值也出現(xiàn)在后伸狀態(tài),蝶形枕頸固定系統(tǒng)不同螺釘組其枕骨的最大位移值均小于SUMMIT'組,分別減少10.05、11.45、11.8%,隨著蝶形鋼板螺釘數(shù)目的增加,枕骨的最大位移值呈減少趨勢。2、新鮮尸體標(biāo)本生物力學(xué)分析兩套枕頸內(nèi)固定系統(tǒng)力學(xué)效能:在兩套枕頸部內(nèi)固定系統(tǒng)固定下,最大活動(dòng)度均出現(xiàn)在后伸狀態(tài),兩組在前屈、后伸、左右側(cè)屈、左右旋轉(zhuǎn)方面無顯著差異。SUMMIT組在屈伸、側(cè)屈及旋轉(zhuǎn)6個(gè)維度均優(yōu)于蝶形枕頸系統(tǒng)3、7枚螺釘組,但蝶形枕頸系統(tǒng)3、7枚螺釘組未出現(xiàn)內(nèi)固定失效。3、通過三維設(shè)計(jì)軟件以及與廈門大博醫(yī)療器械公司制作合作,成功研制出由蝶形枕骨板、椎弓根釘棒組成的蝶形枕頸內(nèi)固定系統(tǒng);并將該系統(tǒng)用于1例2歲寰樞椎脫位患兒,術(shù)后寰樞椎復(fù)位滿意,解除脊髓壓迫,內(nèi)固定位置良好,術(shù)后隨訪1年,脊髓功能明顯改善,恢復(fù)正常行走。[結(jié)論]1、新型蝶形枕頸內(nèi)固定系統(tǒng)以及SUMMIT枕頸內(nèi)固定系統(tǒng)在枕頸融合的手術(shù)中均能提供足夠的力學(xué)強(qiáng)度和瞬間的穩(wěn)定性,并且對于患有枕頸疾病的兒童而言,蝶形枕頸系統(tǒng)可提供更多的螺釘錨定點(diǎn)選擇,其低切跡固定螺釘設(shè)計(jì),有利于患兒術(shù)后枕后皮膚覆蓋以及切口愈合,可以為臨床醫(yī)生提供多一種備選的手術(shù)器材。2、兩種枕頸內(nèi)固定系統(tǒng)均能提供可靠的力學(xué)強(qiáng)度,但在枕骨板很薄尚未發(fā)育成熟的患兒中,選擇新型蝶形枕頸系統(tǒng)既可減少穿透腦膜的風(fēng)險(xiǎn),又可增加術(shù)后力學(xué)穩(wěn)定性。3、新型蝶形枕頸內(nèi)固定系統(tǒng)可提高枕骨固定強(qiáng)度,可廣泛用于低齡兒童上頸椎手術(shù),值得推廣應(yīng)用。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南方醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：R687.3

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本文編號：1508910