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

【摘要】：1.研究背景：伴隨著頸椎內(nèi)固定技術(shù)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(shù)后出現(xiàn)的鄰近節(jié)段退變或鄰近節(jié)段病作為術(shù)后的并發(fā)癥之一,嚴(yán)重影響著患者的生活質(zhì)量,同時(shí)也對(duì)現(xiàn)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(xiàn),包括鄰近節(jié)段的椎間盤突出、骨贅形成、小關(guān)節(jié)增生以及椎間盤高度的減少等。進(jìn)而可能導(dǎo)致患者出現(xiàn)軸向痛、神經(jīng)根性疼痛、感覺喪失或因神經(jīng)壓迫產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)無(wú)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(cè)技術(shù)手段的發(fā)展,其診斷率可能更高。鄰近節(jié)段退變將嚴(yán)重威脅患者的健康,并且可能帶來(lái)第二次手術(shù)。一面方降低著患者的遠(yuǎn)期生活質(zhì)量,另一方面也對(duì)患者是一個(gè)沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。因此現(xiàn)有內(nèi)固定技術(shù)亟待完善,其術(shù)后鄰近節(jié)段的生物力學(xué)改變也十分具有研究?jī)r(jià)值,應(yīng)作為內(nèi)固定器械的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。盡管內(nèi)固定后的鄰近節(jié)段退出現(xiàn)的成因尚存在爭(zhēng)議,但固定后鄰近節(jié)段的生物力學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變也是不爭(zhēng)的事實(shí),在臨床隨訪、生物力學(xué)及有限元研究中都先后得到了證實(shí),而且就目前技術(shù)水平而言,從生物力學(xué)角度采取預(yù)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(jìn)行了相關(guān)的一系列研究。ATPS結(jié)合了前后路的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)又避免了兩者的缺點(diǎn)。ATPS具有后路椎弓根螺釘?shù)姆�(wěn)固性,但相較于后路,不會(huì)造成椎旁肌損傷、手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)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(shù)更貼近病灶。且前路比后路手術(shù)范圍更大,可一延伸直至T1。傳統(tǒng)的前路手術(shù),往往穩(wěn)定性達(dá)不到要求,需要聯(lián)合后路,這無(wú)疑加大了對(duì)患者的損傷。相較于后路椎弓根螺釘,前路椎弓根螺釘進(jìn)釘點(diǎn)選擇更加靈活,這同時(shí)給予了器械本身更出色的靈活性和適應(yīng)能力。Koller等對(duì)ATPS的抗拔出力進(jìn)行研究測(cè)試：對(duì)6具人頸椎標(biāo)本隨機(jī)置入ATPS或椎體螺釘并實(shí)施軸向拔出,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明ATPS的抗拔出力為467.8N,椎體釘?shù)目拱纬隽?81.6N, ATPS的抗拔出力達(dá)到椎體釘?shù)?.5倍,且兩者有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。在ATPS的安全性方面,在結(jié)合了電子導(dǎo)航設(shè)備(electronic conductivity device,ECD)的模擬實(shí)驗(yàn)中,ATPS的椎弓根皮質(zhì)穿破率為0%,后路椎弓根螺釘(Posterior pedicle screw, pCPS)椎弓根皮質(zhì)穿破率為11.1%。穩(wěn)固性上,ATPS僅在側(cè)彎上略遜于pCPS,前屈、背伸、左、右旋均優(yōu)于對(duì)方。該系列生物力學(xué)研究為ATPS投入應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的力學(xué)理論基礎(chǔ)。目前中國(guó)正在快速地步入老齡化社會(huì)。而相關(guān)調(diào)查表明60歲以上的老年人骨質(zhì)疏松比例可達(dá)到60%以上,人口老齡化的發(fā)展趨勢(shì)對(duì)傳統(tǒng)的前路手術(shù)治療方案也提出了新的挑戰(zhàn)。一方面,骨質(zhì)疏松可能導(dǎo)致鄰近節(jié)段退變。另一方面,傳統(tǒng)前路鋼板固定系統(tǒng)在骨質(zhì)疏松的情況下不能提供足夠的把持力,手術(shù)重建后的穩(wěn)定性并不能得到保證。實(shí)驗(yàn)證明ATPS的拔出力與置入的軸向精度有關(guān),但與骨密度、釘長(zhǎng),植入節(jié)段無(wú)關(guān),這就意味著ATPS在骨質(zhì)疏松的情況下,同樣可以提供足夠的把持力。但是,應(yīng)用堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定可造成鄰近節(jié)段應(yīng)力驟然增加,而非類似非融合內(nèi)固定的緩慢增加,相應(yīng)的導(dǎo)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(yīng)用前景,作為堅(jiān)強(qiáng)固定的一種,且同樣為椎弓根螺釘,其對(duì)鄰近節(jié)段影響尚不清楚。由此可見,研究ATPS對(duì)鄰近節(jié)段的生物力學(xué)影響是非常價(jià)值的。就目前的技術(shù)手段而言,評(píng)估鄰近節(jié)段生物力學(xué)性質(zhì)主要從鄰近節(jié)段應(yīng)力、小關(guān)節(jié)應(yīng)力、鄰近節(jié)段運(yùn)動(dòng)范圍方面等。目前,ATPS固定技術(shù)尚未在臨床推廣應(yīng)用,針對(duì)該技術(shù)對(duì)鄰近節(jié)段生物力學(xué)研究的缺乏,是制約其發(fā)展的一個(gè)主要因素。本課題組前期已針對(duì)亞洲人的椎弓根螺釘?shù)闹萌敕椒ㄟM(jìn)行了相關(guān)的解剖學(xué)研究,肯定了前路置入ATPS的可行性。對(duì)ATPS的拔出力及抗疲勞性進(jìn)行了生物力學(xué)測(cè)試,結(jié)果提示ATPS在這兩方面優(yōu)于椎體釘�；贏TPS自主設(shè)計(jì)了頸椎前路椎弓根螺釘人工椎體系統(tǒng)(Anterior Transpedicular Screw Artificial Vertebral Body System,AVB,專利號(hào)：201220178924.7)。并通過(guò)建立有限元模型和生物力學(xué)實(shí)驗(yàn),證實(shí)了其穩(wěn)定性優(yōu)于傳統(tǒng)的前路釘板系統(tǒng)固定。多方的證據(jù)表明,AVB有著極佳的生物力學(xué)穩(wěn)定性,但對(duì)于融合后鄰近節(jié)段的影響尚未不清楚,本實(shí)驗(yàn)基于原有實(shí)驗(yàn)的成果,通過(guò)已擁有大量長(zhǎng)期臨床隨訪資料的頸椎前路釘板系統(tǒng)(Anterior Plate Fixation, AP)固定系統(tǒng)進(jìn)行生物力學(xué)方面的比較,來(lái)探討AVB對(duì)鄰近節(jié)段的生物力學(xué)影響。2.材料與方法：2.1標(biāo)本準(zhǔn)備：取8具新鮮成年男性頸椎標(biāo)本(南方醫(yī)科大學(xué)人體解剖教研室提供)。所有標(biāo)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(shí)驗(yàn)前移至普通冰箱冷藏室緩慢解凍8小時(shí)。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(guān)節(jié)囊、椎間盤。經(jīng)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(dòng)自由,包埋時(shí)注意保護(hù)椎間盤及小關(guān)節(jié)。2.2器械準(zhǔn)備：AVB由3部分組成,上、下兩L型托板及中間的圓柱形鈦網(wǎng)。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(gè)ATPS釘孔,中下方有一個(gè)椎體釘孔。橫邊的外側(cè)垂直設(shè)有圓柱銷,兩個(gè)圓柱銷分別由的兩頭伸進(jìn)所述鈦籠內(nèi),并與之動(dòng)配合。鈦籠兩頭的與圓柱銷配合部的圓周面上設(shè)有定位螺釘。將次設(shè)計(jì)建立模型,并委托威高骨科生產(chǎn),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(tǒng)。2.3實(shí)驗(yàn)分組及基本流程：將標(biāo)本隨機(jī)編號(hào)后,將完整的標(biāo)本進(jìn)行非接觸應(yīng)變測(cè)試及C3至C6的節(jié)段活動(dòng)范圍測(cè)試,此為正常組。行C5椎體次全切,并安裝前路釘板系統(tǒng)置入椎體釘為AP組。本課題組已對(duì)置入椎弓根螺釘所需解剖學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行了相應(yīng)測(cè)量,結(jié)合該數(shù)據(jù)并預(yù)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(rèn)安裝情況。為了排除實(shí)驗(yàn)先后加載及空氣暴露時(shí)間造成的潛在影響,AP與AVB前后次序于第5具標(biāo)本開始進(jìn)行對(duì)調(diào)。而每次隨機(jī)選取標(biāo)本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在上述測(cè)量結(jié)束后,將C3-C4及C6-C7小關(guān)節(jié)囊打開,置入壓力分布式傳感器進(jìn)行小關(guān)節(jié)壓力的測(cè)量。整個(gè)實(shí)驗(yàn)全程對(duì)標(biāo)本噴灑生理鹽水進(jìn)行保濕。2.4椎間盤應(yīng)變測(cè)量：使用GOM非接觸光學(xué)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量,根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)的觀測(cè)范圍選擇660*480的標(biāo)定板。按指示移動(dòng)標(biāo)定板完成標(biāo)定。在頸椎標(biāo)本前面,使用黑、白色啞光漆均勻噴灑散斑。置于加載臺(tái)上施以1N/m的力矩,模擬6種運(yùn)動(dòng)狀態(tài),即前屈、后伸、左右側(cè)彎,左右旋轉(zhuǎn)。同時(shí)用GOM非接觸光學(xué)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)本的前面記錄運(yùn)動(dòng)過(guò)程圖像。采集結(jié)束后,于所采集圖片中選擇計(jì)算起始點(diǎn),圈定計(jì)算區(qū)域。ARAMIS軟件經(jīng)過(guò)計(jì)算后,可自動(dòng)輸出von mises應(yīng)變?cè)茍D。在軟件中選擇加載穩(wěn)定后的云圖,并統(tǒng)計(jì)該圖C3-C4、C6-C7椎間盤區(qū)域應(yīng)變均值。2.5活動(dòng)范圍的測(cè)量由于GOM非接觸光學(xué)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)需照射標(biāo)本前面,故在標(biāo)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(biāo)志球。安裝時(shí),應(yīng)保證同一節(jié)段兩側(cè)標(biāo)志球距中心線距離相等并處于同一水平面上,3個(gè)標(biāo)志球應(yīng)處于同一水平面。以保證在左右兩側(cè)標(biāo)志球連線中點(diǎn)處可生虛擬標(biāo)志球�；顒�(dòng)范圍采用運(yùn)動(dòng)分析系統(tǒng)測(cè)量,鏡頭發(fā)出的紅外線可被標(biāo)志球反射,同時(shí)被相機(jī)采集。電腦中可同步顯示標(biāo)志球的運(yùn)動(dòng)情況,以4個(gè)標(biāo)志球?yàn)橐粋�(gè)平面,并計(jì)算出節(jié)段間面與面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)角度。2.6小關(guān)節(jié)壓力測(cè)量小關(guān)節(jié)壓力采用I-scan(Teckscan,美國(guó))測(cè)量。切開C3-C4.C6-C7雙側(cè)小關(guān)節(jié)囊,將壓力分布式傳感器充分置入4個(gè)小關(guān)節(jié)內(nèi),記錄所得數(shù)據(jù)。應(yīng)用I-scan自帶軟件,程序可以自動(dòng)計(jì)算出小關(guān)節(jié)內(nèi)的壓力。3.結(jié)果：3.1上下鄰近節(jié)段椎間盤前表面應(yīng)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(yīng)變?yōu)?.834±3.164,后伸為3.457±1.892,左側(cè)彎為5.092±1.427,右側(cè)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(yīng)變均有不同程度增加,但均無(wú)顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。AP組前屈狀態(tài)椎間盤前表面應(yīng)變?yōu)?.96±3.565,后伸為3.744±1.741,左側(cè)彎為5.518±1.443,右側(cè)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(yīng)變?yōu)?.94±2.404,后伸為3.533±1.367,左側(cè)彎為5.878±1.759,右側(cè)彎為6.213±1.264,左旋為6.716±1.667,右旋為4.856±1.015。各組運(yùn)動(dòng)狀態(tài)間比較,三組的前屈狀態(tài)應(yīng)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(yīng)變值顯著小于右旋。AVB組后伸狀態(tài)應(yīng)變值顯著小于其他各運(yùn)動(dòng)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(yīng)變?yōu)?.01±3.882,后伸為2.977±2.188,左側(cè)彎為4.586±1.577,右側(cè)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(cè)彎狀態(tài)前表面應(yīng)變?cè)黾油?其余4組運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下應(yīng)變均減少。但三組間均無(wú)顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。AP組前屈狀態(tài)椎間盤前表面應(yīng)變?yōu)?0.244±3.258,后伸為2.278±0.594,左側(cè)彎為4.008±1.271,右側(cè)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(yīng)變?yōu)?0.645±2.418,后伸為2.004±1.066,左側(cè)彎為4.622±2.101,右側(cè)彎為4.11±0.723,左旋為3.902±0.94,右旋為4.023±0.968。各組內(nèi)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)間比較,三組的前屈狀態(tài)應(yīng)變值均顯著大于與其他運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(P0.01)。AP組后伸狀態(tài)應(yīng)變值顯著小于左、右旋(P0.05)。AVB組后伸狀態(tài)應(yīng)變值顯著小于與其他運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(P0.05)。3.1.3 AP與AVB器械前應(yīng)變最大值比較：AP組器械前表面最大應(yīng)變?cè)谇扒鼱顟B(tài)下為14.562±4.559,后伸為12.793±3.349,左側(cè)彎為12.901±3.692,右側(cè)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(yīng)變?cè)谇扒鼱顟B(tài)下為9.699±2.679,后伸為9.515±2.148,左側(cè)彎為9.988±3.111,右側(cè)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(yīng)變值均小于AP組。除左右側(cè)彎外,其余狀態(tài)下均存在顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P0.05)。3.2運(yùn)動(dòng)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(dòng)范圍為7.389±1.592°,后伸狀態(tài)下為3.144±0.397°,左側(cè)彎為5.666±0.946°,右側(cè)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(dòng)范圍為7.854±1.531°,后伸狀態(tài)下為3.548±0.88°,左側(cè)彎為5.325±0.868°,右側(cè)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(dòng)范圍為7.564±1.658°,后伸狀態(tài)下為3.504±0.496°,左側(cè)彎為5.236±2.379°,右側(cè)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(zhuǎn)狀態(tài)下,AP組、AVB組兩組均較完整組活動(dòng)有所增加,但三組間無(wú)顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。左右側(cè)彎狀態(tài)下,AP組、AVB組兩組均較完整組活動(dòng)有所減少,但三組間無(wú)顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)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(dòng)范圍為7.12±1.402°,后伸狀態(tài)下為3.086±0.704°,左側(cè)彎為4.46±1.436°,右側(cè)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(dòng)范圍為7.041±1.724°,后伸狀態(tài)下為2.823±1.184°,左側(cè)彎為5.019±0.272°,右側(cè)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(dòng)范圍為6.843±1.079°,后伸狀態(tài)下為2.858±0.511°,左側(cè)彎為5.03±1.509°,右側(cè)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(zhuǎn)狀態(tài)下,AP組、AVB組兩組均較完整組活動(dòng)有所減少,但三組間無(wú)顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。左右側(cè)彎狀態(tài)下,AP組、AVB組兩組均較完整組活動(dòng)有所增加,但三組間無(wú)顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。3.3小關(guān)節(jié)壓力：前屈狀態(tài)、側(cè)彎的對(duì)側(cè),旋轉(zhuǎn)的同側(cè)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(cè)小關(guān)節(jié)后伸狀態(tài)下壓力為21.573±8.0561N,左側(cè)彎為34.312±6.678N,右旋為36.131±6.725N。AP組右側(cè)小關(guān)節(jié)后伸狀態(tài)下壓力為24.786±9.052N,右側(cè)彎為35.887±10.307N,左旋為35.708±3.961N。AVB組左側(cè)小關(guān)節(jié)后伸狀態(tài)下壓力為22.489±9.793N,左側(cè)彎為35.535±6.380N,右旋為38.742±7.180N。AP組右側(cè)小關(guān)節(jié)后伸狀態(tài)下壓力為22.755±12.511N,右側(cè)彎為35.747±8.038N,左旋為36.252±5.964N。后伸、左右側(cè)彎和左右旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下,各個(gè)小關(guān)節(jié)壓力AP與AVB兩組均無(wú)明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。3.3.2 C6-C7節(jié)段C6-C7節(jié)段AP組左側(cè)小0關(guān)節(jié)后伸狀態(tài)下壓力為17.580±5.590N,左側(cè)彎為32.115±6.450N,右旋為26.589±11.396N。AP組右側(cè)小關(guān)節(jié)后伸狀態(tài)下壓力為21.133±11.306N,右側(cè)彎為29.635±9.271N,左旋為26.632±6.674N。AVB組左側(cè)小關(guān)節(jié)后伸狀態(tài)下壓力為16.132±6.046N,左側(cè)彎為29.960±11.377N,右旋為28.534±11.337N。AVB組右側(cè)小關(guān)節(jié)后伸狀態(tài)下壓力為17.066±12.227N,右側(cè)彎為28.682±8.686N,左旋為28.625±5.698N。后伸、左右側(cè)彎和左右旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下,各個(gè)小關(guān)節(jié)壓力AP與AVB兩組均無(wú)明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。4.結(jié)論：1.AVB并未對(duì)鄰近節(jié)段產(chǎn)生顯著影響；2.AVB與AP相似,同樣引起了上鄰近節(jié)段的運(yùn)動(dòng)范圍、椎間盤前表面應(yīng)變及小關(guān)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(yīng)變結(jié)果顯示：AVB表面應(yīng)變分布均勻,抗破壞性優(yōu)異。與AP相較,其斷裂風(fēng)險(xiǎn)顯著降低。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南方醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：R687.3

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1707398