本文選題：人工關(guān)節(jié)置換　切入點(diǎn)：Mobi-C　出處：《南方醫(yī)科大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：[研究背景]頸椎作為在脊柱關(guān)節(jié)中活動量最大、最頻繁的脊柱節(jié)段,易發(fā)生椎間盤突出、周圍軟組織勞損等病變。并隨著現(xiàn)代人生活節(jié)奏的加快,越來越多的人在學(xué)習(xí)、工作壓力的增大,導(dǎo)致頸椎周圍肌肉韌帶過度疲勞進(jìn)而誘發(fā)各種頸椎疾病。國內(nèi)外研究顯示：頸椎病的患者逐漸增加并有年輕化的趨勢,頸椎病已經(jīng)成為臨床常見病以及多發(fā)病,給社會、家庭和患者造成巨大的危害。自Robison-Smiht(1955年)與Cloward(1958年)分別報(bào)道頸椎前路減壓融合術(shù)(anterior cervical discectomy and fusion, ACDF)以來,頸椎病的外科治療水平有了明顯進(jìn)步,經(jīng)過60年左右的發(fā)展和完善歷程后ACDF已成為治療頸椎退行性疾病、腫瘤、創(chuàng)傷等多種疾病經(jīng)典的手術(shù)方式,俗稱“金標(biāo)準(zhǔn)”。ACDF在實(shí)行充分減壓后可解除神經(jīng)壓迫癥狀,融合后能為脊柱的穩(wěn)定性提供支持,臨床療效好,手術(shù)相對簡單,在臨床癥狀改善方面也取得了良好的效果。然而,隨著通過對ACDF術(shù)后病人的長期隨訪后發(fā)現(xiàn),該術(shù)式也存有諸多并發(fā)癥,如減壓融合術(shù)后出現(xiàn)植骨塊塌陷、假關(guān)節(jié)形成、供骨區(qū)的慢性疼痛以及鄰近節(jié)段退變(Adjacent Segment Disease, ASD)等。其中減壓融合術(shù)后繼發(fā)鄰近節(jié)段退變,進(jìn)而導(dǎo)致癥狀復(fù)發(fā)以至需再次行手術(shù)治療被認(rèn)為是最為常見以及嚴(yán)重的并發(fā)癥。有研究表明,融合術(shù)后引起脊柱的生物力學(xué)改變從而導(dǎo)致鄰近節(jié)段椎間盤的活動度(range of motion,ROM)、椎間盤內(nèi)壓(intradiscal pressure, IDP)代償性增加是ACDF術(shù)后鄰近節(jié)段退變加速的一個(gè)重要原因。為了減少、防止鄰近節(jié)段退變發(fā)生,近年來,外科手術(shù)治療頸椎退行性病變的理念逐漸轉(zhuǎn)移到非融合技術(shù)上,由堅(jiān)強(qiáng)的融合固定到盡量保留運(yùn)動節(jié)段的活動度、由剛性固定到彈性固定發(fā)展,應(yīng)用人工椎間盤替代退變的椎間盤以求恢復(fù)椎問盤的解剖和生理功能,頸椎人工椎間盤置換術(shù)(cervical disc replacement,CDR)應(yīng)運(yùn)而生。與ACDF相比,CDR不但可以保留手術(shù)節(jié)段的活動度,并且同時(shí)提供頸椎所需的穩(wěn)定性,這樣便使得相鄰節(jié)段的承載力和運(yùn)動學(xué)趨于正�；�,理論上可降低相鄰節(jié)段退變的發(fā)生率。并且在手術(shù)過后,通過CDR治療的患者可以比通過ACDF治療的患者恢復(fù)的更快,一般只需要一至兩周的時(shí)間,并且通過ACDF治療的患者需要佩戴矯形器以利于植骨的融合,因此相比于ACDF, CDR術(shù)后患者可有效的避免因頸部長期制動引起的頸部肌肉萎縮及受限感。CDR所使用的假體材料與天然椎間盤具有相似的特性,同時(shí)也具有了一定的緩沖作用,并且不需要從髂骨取材,避免了局部并發(fā)癥的出現(xiàn)。目前,單節(jié)段人工椎間盤置換用于頸椎間盤突出癥的治療已經(jīng)獲得美國FDA的批準(zhǔn)。最近的一項(xiàng)臨床前瞻性隨機(jī)對照實(shí)驗(yàn)5年隨訪結(jié)果表明,ProDisc-C人工頸椎間盤手術(shù)在治療單節(jié)段神經(jīng)根型及脊髓型頸椎間盤病變時(shí),保留了手術(shù)節(jié)段的活動度,在改善頸痛頻率,減輕頸痛程度及降低相鄰節(jié)段再手術(shù)率方面均優(yōu)于ACDF組。研究證明臨床上治療單節(jié)段頸椎病已經(jīng)取得很好效果。而臨床上雙節(jié)段及多節(jié)段的頸椎病發(fā)病率也越來越常見,對于這種患者手術(shù)方式的選擇則存有更大爭議。根據(jù)受壓部位、受壓節(jié)段長短、頸椎曲度變化等可以選擇不同的手術(shù)入路。常見的術(shù)式有：頸前路椎體次全切除融合術(shù)(anterior cervical corpectomy and fusion, ACCF),頸前路椎間盤切除減壓融合術(shù)(anterior cervical discectomy and fusion, ACDF),頸前路混合減壓融合術(shù)(anterior cervical hybrid decompression and fusion, ACHDF)以及人工頸椎間盤置換術(shù)(cervical disc replacement, CDR)等。雙節(jié)段或多節(jié)段融合與單節(jié)段融合相比時(shí),對鄰近節(jié)段ROM、IDP影響將會更大,更有可能導(dǎo)致ASD的發(fā)生。人工椎間盤置換術(shù)在治療單節(jié)段頸椎間盤突出癥中已取得了良好的臨床效果。但是融合與置換的深入對比評估還仍有待臨床更長期的觀察。在臨床工作中人工頸椎間盤置換用于雙節(jié)段頸椎病的治療也得到越來越廣泛的應(yīng)用。Pimenta等通過臨過前瞻性多中心對照臨床實(shí)驗(yàn),研究對比分析了PCM假體在多節(jié)段頸椎病變與單節(jié)段頸椎病變中應(yīng)用的臨床效果,得出結(jié)論：多節(jié)段頸椎間盤置換與單節(jié)段相比,臨床治療效果有顯著性提高。頸椎的生物力學(xué)復(fù)雜,椎間盤和兩個(gè)側(cè)面關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)形成一個(gè)三關(guān)節(jié)復(fù)合體。這種結(jié)構(gòu)既保證了正常生理活動的同時(shí),又限制產(chǎn)生過度活動。人工椎間盤按照應(yīng)用材料的種類不同可以分為兩種：(1)金屬-金屬假體,具有較強(qiáng)的抗磨損性；(2)金屬-聚合物假體,具有較好的吸收震蕩的能力。按照生物力學(xué)特點(diǎn),人工椎間盤可分為非限制型假體(Mobi-C、Bryan等)、半限制型假體(Prestige、PCM、Prodisc-C等)和限制型假體。非限制型假體活動度超過正常生理活動范圍,半限制型假體保證正常生理活動,而限制型假體則小于正常生理活動范圍。Cunningham等研究發(fā)現(xiàn)非限制型及半限制型假體可以提供與正常頸椎活動時(shí)基本一致的可移動的瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)軸,對于手術(shù)安放位置要求相對較低,但是可能導(dǎo)致關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)承受更大的旋轉(zhuǎn)負(fù)荷和剪切力。目前,關(guān)于限制性假體還尚未有相關(guān)的臨床報(bào)道。另外,Cunningham認(rèn)為限制型假體理論上具有固定的旋轉(zhuǎn)中心,這樣對關(guān)節(jié)面的剪切應(yīng)力會降到最低,同時(shí)導(dǎo)致對置入的要求較為嚴(yán)格,需要術(shù)者精確地安放到對應(yīng)的解剖位置。如若其旋轉(zhuǎn)軸心與正常的頸椎不一致,極有可能導(dǎo)致關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)面受到異常應(yīng)力的損壞。多節(jié)段頸椎病是指在影像學(xué)上存在連續(xù)或不連續(xù)的多個(gè)節(jié)段的頸椎椎體后緣骨贅形成以及椎間盤變性、突出等多種征象改變,造成頸髓或硬膜囊多個(gè)平面受壓,并有相應(yīng)臨床癥狀的一類頸椎病。而目前對于3節(jié)段或以上頸椎節(jié)段受累的患者選擇何種術(shù)式存在很大爭議。有關(guān)于頸椎間盤置換用于頸椎3節(jié)段手術(shù)采取不同手術(shù)方式的生物力學(xué)研究還較為少見。鄭雨晨等通過有限元方法對比分析了2-ACDF聯(lián)合Mobi-C與3-ACDF治療頸椎3節(jié)段退行性病變時(shí)的生物力學(xué)差異。得出結(jié)論應(yīng)用Mobi-C假體的雜交術(shù)式治療多節(jié)段頸椎病,假體不易出現(xiàn)下沉。較多節(jié)段融合術(shù)式能更好的維持鄰段關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)應(yīng)力。目前對于3節(jié)段頸人工椎間盤置換手術(shù)方式以及2節(jié)段頸人工椎間盤聯(lián)合1節(jié)段融合的雜交手術(shù)方式治療連續(xù)3節(jié)段頸椎間盤突出病變,尚缺乏系統(tǒng)的生物力學(xué)研究。數(shù)字醫(yī)學(xué)的快速發(fā)展使醫(yī)學(xué)研究進(jìn)入一個(gè)全新的領(lǐng)域,其地位越來越受到人們的重視。生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究存在實(shí)驗(yàn)標(biāo)本、實(shí)驗(yàn)器械耗費(fèi)大,不能進(jìn)行復(fù)雜工況分析的劣勢。而有限元分析則在可替代性、可重復(fù)性和可控性等方面有其獨(dú)特的優(yōu)越性。有限元分析,即有限元方法(Finite Element Method, FEM),是利用數(shù)學(xué)近似的方法對真實(shí)物理系統(tǒng)(幾何和載荷工況)進(jìn)行模擬的一種方法,是在理論生物力學(xué)研究中最有效的一種分析方法。有限元分析是用較簡單的問題代替復(fù)雜問題后再求解。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成,對每一單元假定一個(gè)合適的(較簡單的)近似解,然后推導(dǎo)求解這個(gè)域總的滿足條件(如結(jié)構(gòu)的平衡條件),從而得到問題的解。這個(gè)解不是準(zhǔn)確解,而是近似解,因?yàn)閷?shí)際問題被較簡單的問題所代替。由于大多數(shù)實(shí)際問題難以得到準(zhǔn)確解,而有限元不僅計(jì)算精度高,而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀,因而成為行之有效的工程分析手段�！坝邢拊边@一概念在上個(gè)世紀(jì)50年代首先被提出,是在連續(xù)力學(xué)領(lǐng)域例如飛機(jī)結(jié)構(gòu)靜、動態(tài)特性分析中應(yīng)用的一種有效的數(shù)值分析方法,隨后很快廣泛的應(yīng)用于求解熱傳導(dǎo)、電磁場和流體力學(xué)等連續(xù)性問題。1973年, Belytschko等首先將有限元分析方法應(yīng)用在脊柱生物力學(xué)的研究上,標(biāo)志著有限元分析在骨科生物力學(xué)分析中應(yīng)用的開端。近年來,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,有限元分析方法在生物力學(xué)研究領(lǐng)域得到了更廣泛的應(yīng)用,也得到了臨床工作者們的廣泛關(guān)注,并日益成為研究熱點(diǎn)。有限元分析方法臨床應(yīng)用的范圍也更加廣泛,涉及脊柱、顱底、骨盆、關(guān)節(jié)、肌腱、假肢等領(lǐng)域。有限元模型最大的優(yōu)勢在于其可以反映機(jī)體內(nèi)部的應(yīng)力變化情況,這是實(shí)驗(yàn)生物力學(xué)及其他實(shí)驗(yàn)方法難以做到的,對于收集椎體、椎間盤、小關(guān)節(jié)及內(nèi)固定裝置的應(yīng)力分布、內(nèi)部能量變化等局域信息有較高的臨床價(jià)值。近年來,有限元技術(shù)越來越多的應(yīng)用于臨床實(shí)驗(yàn),同時(shí)可以反映機(jī)體內(nèi)部的應(yīng)力變化情況。綜上背景介紹,本課題將建立完整的C2-C7三維有限元模型,并在有限元下模擬C3～C6三節(jié)段Mobi-C人工椎間盤置換后與正常狀態(tài)下在前屈、后伸、側(cè)屈、旋轉(zhuǎn)下的各節(jié)段活動度、關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的壓力變化以及鄰近節(jié)段椎間盤的壓力變化。通過有限元分析結(jié)果來探討C3-C6三節(jié)段Mobi-C人工椎間盤置換術(shù)在臨床應(yīng)用上的可行性,為臨床手術(shù)方式的選擇提供生物力學(xué)依據(jù)。第一章健康成年男性頸椎C2～C7三維有限元模型的建立[目的]利用正常成年男性的頸椎的CT掃描數(shù)據(jù),建立一個(gè)完整的C2-C7三維有限元模型,并對其有效性進(jìn)行驗(yàn)證,為后續(xù)模擬手術(shù)的頸椎生物力學(xué)的研究提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。[方法]通過CT掃描獲得一名健康成年男性志愿者的頸椎C2-C7的軸位影像圖,并以DICOM格式儲存。利用Mimics10.01軟件進(jìn)行模型的三維重建,Geomagic Studiol2.0對模型優(yōu)化處理,HyperMesh10.0及Ansys Workbench 14.0軟件進(jìn)行有限元模型的建立,對重建模型施加1.5Nm的純力矩模擬產(chǎn)生前屈、后伸、左右側(cè)彎和左右旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動狀態(tài),計(jì)算不同工況下的椎間活動度,并與既往文獻(xiàn)報(bào)道的生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較,以驗(yàn)證該模型的有效性。[結(jié)果]本研究所建立的C2-C7頸椎有限元模型共有887245個(gè)單元和1340596個(gè)節(jié)點(diǎn),包括C2-C7頸椎椎體皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨、頸椎間盤中的纖維環(huán)和髓核、上下終板、雙側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)、推弓根、椎板、橫突、棘突、前縱韌帶、后縱韌帶、黃韌帶、棘韌帶和關(guān)節(jié)囊韌帶等三維結(jié)構(gòu)。在各工況的力矩加載模擬下,各節(jié)段的活動度與既往研究結(jié)果吻合。因此,可以認(rèn)為本模型是有效的,可以進(jìn)一步用于臨床和實(shí)驗(yàn)研究。[結(jié)論]本研究所建立的正常男性的C2～C7三維有限元模型在各工況下的生物力學(xué)數(shù)據(jù)與既往研究結(jié)果吻合,模型精確有效,可以為下一步的模擬手術(shù)的比較分析提供三維有限元模型基礎(chǔ)。第二章Mobi-C頸椎人工椎間盤置換治療多節(jié)段頸椎病的三維有限元分析[目的]利用三維有限元結(jié)果對比分析C3-C6三節(jié)段Mobi-C頸椎人工椎間盤置換模型與正常頸椎模型的頸椎活動度、后方小關(guān)節(jié)壓力以及鄰近節(jié)段椎間盤壓力,為臨床手術(shù)方式的選擇提供生物力學(xué)依據(jù)。[方法]建立C3-C6三節(jié)段Mobi-C頸人工椎間盤置換模型,和第一章建立的正常頸椎模型在模擬重力載荷50N的基礎(chǔ)上施加1Nm的力矩模擬頸椎的前屈、后伸、側(cè)彎和旋轉(zhuǎn)共4個(gè)工況。力學(xué)加載方式分別為：前屈載荷(50N+1.0Nm,方向向前)、后伸載荷(50N+1.0Nm,方向向后)、左側(cè)彎(50N+1.0Nm)、左旋轉(zhuǎn)(50N+1Nm)。分析比較兩種模型的生物力學(xué)特性,包括頸椎活動度、后方小關(guān)節(jié)壓力以及鄰近節(jié)段椎間盤所受壓力。[結(jié)果]在模擬加載的作用下,對術(shù)后模型進(jìn)行各種工況下的各椎間活動度進(jìn)行測定,并與正常模型組進(jìn)行對比分析。結(jié)果顯示：在各工況條件下,與正常組比較,行Mobi-C置換節(jié)段的椎間活動度(C3-C6)有少量的增加,相鄰節(jié)段C2/C3、C6/C7的活動度幾乎不變在模擬加載的作用下,對術(shù)后模型進(jìn)行各種工況下的各節(jié)段關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的應(yīng)力進(jìn)行測定,并與正常模型組進(jìn)行對比分析。結(jié)果顯示：正常組與全Mobi-C置換組的關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)壓力在置換節(jié)段有稍許增加,非置換節(jié)段略有降低。在模擬加載的作用下,對術(shù)后模型進(jìn)行各種工況下的鄰近節(jié)段椎間盤與上下椎體接觸壓力進(jìn)行測定,并與正常模型組進(jìn)行對比分析。結(jié)果顯示：置換組與正常組相比,椎間盤壓力在C2/C3、C6/C7都有下降。[結(jié)論]通過研究3節(jié)段Mobi-C置換模型與正常模型在不同工況下有限元結(jié)果的比較,我們認(rèn)為使用頸人工椎間盤Mobi-C治療多節(jié)段頸椎病,防治相鄰節(jié)段的退變,從理論上來講,是安全有效的。但存在著置換節(jié)段ROM增加、關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)壓力增高的可能,有加速置換節(jié)段出現(xiàn)新的退行性變的風(fēng)險(xiǎn)。仍需要多中心、大樣本的長期隨訪資料以證明其遠(yuǎn)期療效。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南方醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R687.3

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 劉文芳;王菲;宋哲;任國山;;以螺旋CT數(shù)據(jù)建立的顱底三維有限元模型[J];中國組織工程研究與臨床康復(fù);2010年52期

，

本文編號：1586202