本文選題：腰骶部　切入點：生物力學(xué)　出處：《武漢大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：研究背景腰骶部是脊柱與骨盆之間的連接結(jié)構(gòu),對脊柱骨盆的穩(wěn)定性有重要意義。感染,結(jié)核,腫瘤,外傷等病變可以導(dǎo)致腰骶部的椎間盤及椎體骨質(zhì)的破壞嚴重,造成腰骶部的不穩(wěn)。腰骶部解剖結(jié)構(gòu)特殊,血管神經(jīng)復(fù)雜。對于嚴重腰骶部缺損及不穩(wěn)如何進行穩(wěn)定性重建是很有挑戰(zhàn)性的問題。腰骶部的穩(wěn)定性重建技術(shù)有很多,按照固定部位的不同,可分為前路的支撐技術(shù)和后路的固定技術(shù)。前方的支撐融合方式有前路的鈦籠,融合器+鋼板,帶螺釘?shù)拟伝\,軸向的椎間融合等。后路的固定方式也有多種選擇,應(yīng)用較多的有骶1雙皮質(zhì),三皮質(zhì)螺釘及骶2骶骨翼螺釘,骶髂關(guān)節(jié)螺釘,Galveston技術(shù),髂骨螺釘技術(shù),經(jīng)骶2側(cè)塊髂骨螺釘?shù)�。對于骶骨破壞嚴重的病�?此時骶1椎弓根螺釘無法置入,只能選擇腰骶骨盆固定技術(shù)。髂骨螺釘技術(shù)作為一種改良的Galveston技術(shù),置釘容易,螺釘強度高,應(yīng)用于骶骨腫瘤切除,腰骶部的結(jié)核,嚴重的腰骶部外傷不穩(wěn),重建腰骶部的穩(wěn)定性,取得了較好的臨床效果,但是髂骨螺釘斷裂,松動也不少見,尤其在缺損范圍較大的病例。所以如何改進腰骶部的內(nèi)固定技術(shù),增加固定強度,減小內(nèi)固定系統(tǒng)承受的應(yīng)力,從而提高手術(shù)成功率。以及對于不同程度腰骶部缺損,如何選擇有效的固定方式是需要研究的問題。為了研究腰骶部的生物力學(xué)情況及腰骶部缺損情況下如何選擇有效的重建方式,本課題采用有限元分析方法及標本生物力學(xué)測試的方法來評估不同方式重建腰骶部的穩(wěn)定性情況,為臨床選擇提供具體依據(jù)。目的1.建立成人正常腰2-骨盆的三維有限元模型,并驗證其有效性。2.建立腰骶部缺損的有限元模型,在此模型上模擬手術(shù)操作,采用2種方法來進行固定,用有限元分析法來分析2種固定方式的穩(wěn)定性,以及內(nèi)固定系統(tǒng)的應(yīng)力分布情況。3.通過羊脊柱骨盆標本模擬手術(shù)操作,然后進行生物力學(xué)測試,評價腰骶部不同切除范圍后不同方法腰骶骨盆重建后生物力學(xué)情況。方法1.選擇24歲男性志愿者一名,采用64排螺旋CT自腰1-骨盆水平薄層掃描,獲得577張水平截圖。將掃描的數(shù)據(jù)資料以DICOM格式導(dǎo)出再導(dǎo)入到Mimics 15.0醫(yī)學(xué)圖像處理軟件中,進行閾值分割以及區(qū)域增長,蒙版編輯等,生成三維表面模型。再導(dǎo)入SolidWorks逆向工程軟件建立實體模型,再通過HyperMesh軟件劃分四面體網(wǎng)格,對模型進行賦值,用ABAQUS軟件分析。約束臼頂,施加1000N的垂直載荷,計算軸向壓縮剛度及應(yīng)力分布；施加7N.M的扭矩,計算模型在前屈、后伸、左右側(cè)屈、左右旋轉(zhuǎn)六種工況下的剛度及應(yīng)力分布,并與文獻比較,驗證模型的有效性。2.用Solidworks 2012軟件構(gòu)建兩種固定釘棒系統(tǒng)及鈦籠的實體幾何模型即腰3,4椎弓根螺釘聯(lián)合髂骨單釘固定(單釘)和腰3,4椎弓根螺釘聯(lián)合髂骨雙釘并前路支撐(雙釘+鈦籠)并裝配。再將第一部分的建立的模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入到HyperMesh軟件,模擬腰骶部缺損的情況,缺損范圍為腰5椎弓根以下至骶1椎弓根以上,包括前方的腰5和骶1的部分椎體,后方關(guān)節(jié)突,椎板,并模擬上述2種手術(shù)方式進行腰骶部穩(wěn)定性重建。對模型進行賦值,用ABAQUS軟件分析。約束臼頂,施加10O0N的垂直載荷,計算軸向壓縮剛度及位移,應(yīng)力分布；施加7N.M的扭矩,計算模型在前屈、后伸、左右側(cè)屈、左右旋轉(zhuǎn)六種工況下的剛度及模型的位移,應(yīng)力分布。3.12具成年雄羊新鮮腰3-骨盆標本。按下述分組順序進行逐組測試：①完整組腰4,腰5,腰6置入3.5mm*24mm椎弓根螺釘固定。②骶1釘組切除腰6-骶1椎間盤,上下終板,兩側(cè)關(guān)節(jié)突,行腰4,5,骶1椎弓根釘棒系統(tǒng)固定。③髂骨單釘組切除腰6-骶1椎間盤,上下終板,兩側(cè)關(guān)節(jié)突,切除腰61/2椎體及椎弓根,1/2骶1椎體。行腰4,5,3.5mm*36mm髂骨單釘固定。④髂骨雙釘組在第3組基礎(chǔ)上行3.5mm*36mm髂骨雙釘固定。⑤髂骨雙釘+鈦籠組在第4組基礎(chǔ)上加椎間雙鈦籠支撐固定。將樣本固定于MTS 810材料試驗機夾具上給標本的頭側(cè)施加O-250N軸向連續(xù)壓力載荷,給標本施加.-5N.m～5 N.m軸向連續(xù)扭矩載荷,記錄各組的軸向壓縮補償屈服載荷,應(yīng)力及屈服載荷,屈服應(yīng)力。并計算軸向壓縮剛度與軸向扭轉(zhuǎn)剛度。結(jié)果1.建立了腰2-骨盆的三維有限元模型,該模型具有367363個單元和93728個節(jié)點組成。在約束臼頂,在腰2上緣施加1000N的軸向載荷后,腰5上緣參考點的位移值為1.813mm,腰5上緣最大應(yīng)力值為19.139MPa,軸向壓縮剛度為551.572N/mm.施加7N/m的彎曲載荷時,模型在前屈,后伸,右側(cè)屈,左側(cè)屈,右旋轉(zhuǎn),左旋轉(zhuǎn)工況下的角位移分布為5.641150,5.56884°,2.101900,2.103570,2.18661°,1.42659°,平均軸向扭轉(zhuǎn)剛度為4.05 N.m/°。模型應(yīng)力分布,位移分布與實際情況是一樣的,測試結(jié)果與文獻結(jié)果相當。2.在約束臼頂,在腰2上緣施加1000N的軸向載荷模擬站立負重情況下,完整模型最大應(yīng)力值為195.3 MPa,單釘模型為189.5 MPa,雙釘+鈦籠模型為149.2Mpa。計算軸向壓縮剛度完整模型為551.572N/mm,單釘模型為613.87 N/mm,雙釘+鈦籠模型為1683.50 N/mmm,在軸向壓縮剛度方面,雙釘+鈦籠支撐模型單釘模型完整模型,腰5上緣最大應(yīng)力為完整模型雙釘+鈦籠支撐組模型單釘模型。在施加6個方向的7N/m彎曲載荷下,在6個方向的彎曲剛度上,雙釘+鈦籠支撐模型單釘模型完整模型。模型在6個方向的最大應(yīng)力值比較,單釘模型雙釘+鈦籠支撐模型完整模型,說明單釘固定時,內(nèi)固定釘棒系統(tǒng)承受的應(yīng)力最大,在前屈時最大應(yīng)力為113.013 MPa,后伸時最大應(yīng)力值為113.677 Mpa,應(yīng)力集中點在腰4椎弓根螺釘下方及髂骨螺釘上方的連接棒處。3.第1-4組軸向屈服載荷為203.1±8.0,188.9±7.5,165.7±7.2,239.2±9.8N。屈服應(yīng)力為288.9±9.2,278.7±8.9,241.3±9.1,340.7±8.4MPa,第5組沒有發(fā)生明顯的屈服。各組的軸向壓縮剛度分別為152.33±8.15,123.21±7.68,112.67±9.13,172.62±8.02,194.58±7.19 N/mm,軸向扭轉(zhuǎn)剛度分別為1.43±0.12,1.02±0.12,0.98±0.11,1.73±0.10,1.96±0.09 N.m/。。軸向壓縮剛度及扭轉(zhuǎn)剛度,髂骨雙釘+鈦籠組雙釘組完整組,骶1釘組與髂骨單釘組穩(wěn)定性均小于完整組,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P0.05)。骶1釘組與髂骨單釘組比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P0.05)結(jié)論1.本研究建立的正常人體腰2-骨盆的三維有限元模型,精確度及準確度均較高,受力情況與實際情況相符合,可供下一步的研究。2.髂骨雙釘+鈦籠支撐重建可有效的恢復(fù)腰骶部的穩(wěn)定性,內(nèi)固定系統(tǒng)承受的應(yīng)力較小也較分散。3.髂骨單釘重建也可以恢復(fù)腰骶部的穩(wěn)定性,但連接棒處及螺釘尾部有明顯的應(yīng)力集中,內(nèi)固定容易疲勞斷裂及松動。4.髂骨單釘重建在軸向壓縮載荷及屈伸載荷時內(nèi)固定系統(tǒng)上應(yīng)力值很大,說明髂骨單釘重建在負重及屈伸活動時內(nèi)固定承受應(yīng)力大,容易失敗。5.椎體前柱支撐物對重建穩(wěn)定性很重要,添加了前路的鈦籠支撐物后,可有效的增加模型的軸向壓縮及彎曲穩(wěn)定性。6.添加椎體前柱支撐物后可有效的分散內(nèi)固定系統(tǒng)的應(yīng)力,降低內(nèi)固定失敗的風(fēng)險。7.髂骨雙釘重建也可有效的恢復(fù)腰骶部的穩(wěn)定性,髂骨雙釘重建要比髂骨單釘重建更穩(wěn)定。8.對于腰骶部病損范圍較大時,推薦采用髂骨雙釘和椎體前路支撐物固定�？捎行У幕謴�(fù)腰骶部的穩(wěn)定性,降低內(nèi)固定失敗風(fēng)險,提高手術(shù)成功率。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R687.3

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本文編號：1618146