本文選題：腰椎管狹窄 + 椎弓根離斷��； 參考：《南方醫(yī)科大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：背景1949年Verbiest提出了椎管、神經(jīng)根管和神經(jīng)孔狹窄的概念,統(tǒng)稱為腰椎管狹窄(Lumbar canal stenosis)。依據(jù)病因可將其分為先天性椎管狹窄、發(fā)育性椎管狹窄和繼發(fā)性椎管狹窄,其中繼發(fā)性椎管狹窄包括了退行性、醫(yī)源性、創(chuàng)傷性和其他椎弓峽部裂并椎體滑脫等原因所致的椎管狹窄。臨床上多見的為退行性椎管狹窄。隨著我國逐步進(jìn)入老齡化社會,老年人群基數(shù)逐年增大,發(fā)生脊柱退行性疾病的患者越來越多,退行性椎管狹窄的患者逐年增多。腰椎椎管狹窄癥(Lumbar spinal stenosis, LSS)是指不同原因引起的各種形式的椎管、神經(jīng)根管以及椎間孔的直徑減小,包括軟組織改變(如黃韌帶增厚或屈曲膨大、皺褶、后縱韌帶鈣化等)、小關(guān)節(jié)增生肥大、退行性椎體前移等引起的椎管容積改變及硬膜囊本身的狹窄。由于椎管狹窄造成對脊髓及神經(jīng)、血管卡壓和刺激從而引起椎管狹窄癥的發(fā)生�；颊弑憩F(xiàn)為腰背疼和/或腿疼,影響站立和行走。LSS可發(fā)生于腰椎各個(gè)節(jié)段,但最好發(fā)于L4-L5節(jié)段。LSS的治療中,非手術(shù)治療往往無效,尤其是在狹窄嚴(yán)重、高齡或有并發(fā)癥的患者。與非手術(shù)相比,椎管減壓手術(shù)具有較好的臨床療效,尤其是對狹窄較嚴(yán)重的患者。傳統(tǒng)的腰椎開放減壓術(shù)雖然具有較明顯的神經(jīng)減壓效果,但亦有明顯的缺點(diǎn),如：大量失血風(fēng)險(xiǎn)、切口感染、醫(yī)源性失穩(wěn)、神經(jīng)瘢痕、內(nèi)科并發(fā)癥、延遲愈合等。另外,術(shù)后一段時(shí)間,常常會因疼痛減輕效果不佳需要遠(yuǎn)期更復(fù)雜的修復(fù)手術(shù)。與傳統(tǒng)術(shù)式相比,微創(chuàng)手術(shù)治療LSS具肌肉損傷小、失血少、住院和康復(fù)時(shí)間短等優(yōu)勢。然而,由于微創(chuàng)手術(shù)學(xué)習(xí)周期長及想當(dāng)然認(rèn)為微創(chuàng)手術(shù)存在并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn),許多臨床外科醫(yī)生并沒有采用微創(chuàng)術(shù)式來治療LSS。另外,經(jīng)椎間盤治療LSS對一部分患者短時(shí)間內(nèi)坐位姿態(tài)時(shí)可能有效,然而,有文獻(xiàn)研究報(bào)告該方法有較高的失敗率或翻修率。最近幾年,一種治療LSS的新方法是通過截?cái)嚯p側(cè)椎弓根根部并向后延長椎弓根,以此來擴(kuò)大椎管和神經(jīng)孔的直徑。該術(shù)式經(jīng)皮,在透視引導(dǎo)下進(jìn)行,手術(shù)操作類似于透視下的經(jīng)皮椎弓根椎體成形術(shù)。通過離斷并延長椎弓根擴(kuò)大了患者狹窄的椎管和神經(jīng)根管容積,解除了脊髓、神經(jīng)根的壓迫,減壓效果快速、直接,同時(shí)也減少了術(shù)后粘連等并發(fā)癥的出現(xiàn)。楊惠林等從解剖及影像角度證實(shí)了該方法可以明顯增加腰椎管的面積及椎間孔孔徑。Kiapour等利用標(biāo)本模擬椎弓根離斷手術(shù),并對L4/L5進(jìn)行了生物力學(xué)運(yùn)動實(shí)驗(yàn)分析及有限元分析,發(fā)現(xiàn)L4/L5雙側(cè)椎弓根延長后較離斷前脊柱的三維活動范圍沒有顯著變化,并且可以明顯增大椎管與椎間孔的面積。Mlyavykh等對19例腰椎管狹窄患者進(jìn)行了椎弓根離斷并延長4.8mm,術(shù)中沒有出現(xiàn)神經(jīng)損傷、腦脊液漏等并發(fā)癥。術(shù)后隨訪12個(gè)月,發(fā)現(xiàn)患者的癥狀均得到明顯改善。從上述研究可以看出椎弓根離斷延長術(shù)治療LSS是一種有效、簡單、微創(chuàng)的手術(shù)方式。然而,上述研究中,術(shù)者所選擇的椎弓根離斷部位均在椎弓根前端,即在椎弓根與椎體連接的部位進(jìn)行離斷,沒有考慮椎弓根后端離斷,即椎弓根與椎板連接的部位。根據(jù)脊柱“三柱理論”,脊柱的前柱和中柱在脊柱穩(wěn)定性中占有重要作用。所以,從脊柱“三柱理論”方面分析,從椎弓根前端進(jìn)行離斷對脊柱的穩(wěn)定性造成的影響可能大于從椎弓根后端進(jìn)行離斷。另外,臨床椎弓根螺釘松動、滑脫多是由于患者合并骨質(zhì)疏松引起螺釘把持力降低造成的。在前端離斷,螺釘與椎體接觸的部位幾乎全為松質(zhì)骨,螺釘?shù)陌殉至Ρ貙⒋蟠蠼档?而在后端離斷,螺釘與椎體接觸的面積增加并且與椎弓根接觸部位為密質(zhì)骨,與前端離斷相比,螺釘?shù)陌殉至σ�。因此可以認(rèn)為椎弓根后端離斷相比前端離斷可能增加一定的力學(xué)穩(wěn)定性,對LSS合并骨質(zhì)疏松患者進(jìn)行后端離斷可以改善椎弓根螺釘失穩(wěn)等情況,后端離斷可能適合于合并骨質(zhì)疏松的LSS患者。椎弓根離斷延長后椎管容積的凈增加容積為離斷截面面積與延長距離的乘積。延長距離一定時(shí),截面面積越大,則椎管凈增加容積就越大。由于椎弓根的形態(tài)和位置特殊,在延長長度一定的情況下,在不同的部位進(jìn)行離斷,延長后所增加的椎管容積是不同的,對腰椎穩(wěn)定性的影響也是不一樣的。因此,在對椎弓根進(jìn)行離斷時(shí),應(yīng)選取能夠增加更大截面面積,同時(shí)操作又相對安全、術(shù)后對脊柱的力學(xué)穩(wěn)定性較小的部位。所以本文中,研究通過比較椎弓根前后端離斷獲取的椎管離斷截面積的大小,并利用有限元法來分析和探討不同部位離斷對脊柱穩(wěn)定性的影響,以期為臨床開展椎弓根離斷延長椎管擴(kuò)大成形術(shù)提供生物力學(xué)依據(jù)。目的：1.應(yīng)用數(shù)字技術(shù)模擬椎弓根延長術(shù)并測量分析不同部位離斷腰椎椎弓根并延長后對椎管容積的影響；2.利用有限元法分析不同部位離斷腰椎椎弓根并延長后固定裝置的應(yīng)力分布情況及對腰椎生物力學(xué)穩(wěn)定性的影響；3.對椎弓根延長裝置進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)良、力學(xué)性能較好、臨床操作便捷的可延長椎弓根螺釘及其配套裝置。方法：1.數(shù)字技術(shù)模擬椎弓根延長術(shù)并測量椎管容積1.1數(shù)據(jù)來源經(jīng)患者知情同意,選取50例正常腰椎CT資料,層厚0.625mm,其中男23名,女27名,年齡21歲～76歲,平均年齡34.98歲。所有參與者均無脊柱側(cè)彎、椎骨畸形等病變。將所獲得的CT數(shù)據(jù)以DICOM格式輸出并導(dǎo)入Mimics 14.0軟件中,利用閾值分割、蒙版編輯、區(qū)域增長、布爾運(yùn)算等對圖像進(jìn)行分割,三維重建出第4、5腰椎椎體及椎管。1.2擬合椎弓根軸線首先選取目標(biāo)椎弓根的三維模型及中心線輔助工具,利用合適迭代次數(shù)(本研究中為5次)擬合出椎弓根軸線。1.3參數(shù)測量定義椎弓根前端離斷平面(anterior osteotomy plane of pedicle,_AP):椎體上面骨性終板后緣兩個(gè)凸起連線與椎弓根內(nèi)側(cè)面的交點(diǎn),通過該點(diǎn)并且與椎弓根軸線垂直的平面。椎弓根后端離斷平面(posterior osteotomy plane of pedicle,_PP):雙側(cè)上關(guān)節(jié)突前緣近椎弓根處連線與椎弓根內(nèi)側(cè)面的交點(diǎn),通過該點(diǎn)并且椎弓根軸線垂直的平面。椎弓根前端離斷椎管截面面積(anterior disarticulation coronary area,_AA):椎弓根前端離斷后,雙側(cè)椎弓根上、下緣連線及椎弓根內(nèi)側(cè)緣所組成的截面面積。椎弓根后端離斷椎管截面面積(posterior disarticulation coronary area,_PA):椎弓根后端離斷后,雙側(cè)椎弓根上、下緣連線及椎弓根內(nèi)側(cè)緣所組成的截面面積。前后離斷平面間距(distance between the anterior and posterior osteotomy plane,_APD):椎弓根前端離斷平面與后端離斷平面的間距,即AP和PP兩個(gè)平面之間的距離。1.4手術(shù)模擬利用Mimics 14.0軟件中面切割功能在上述定義的部位垂直于椎弓根軸線依次離斷椎弓根,對側(cè)椎弓根行同樣的方法,面切割厚度定義為0.5mm,以模擬術(shù)中截骨造成的骨缺損。利用重新定位功能,將離斷后的椎板在雙側(cè)椎弓根所在平面內(nèi)向后平移預(yù)延長的距離(本研究中延長了4mm),觀察延長后的狀態(tài)。1.5離斷截面面積測量在Mimics 14.0中,按上述定義的離斷位置對三維重建的椎管模型進(jìn)行切割、分離,導(dǎo)出stl格式文件后再導(dǎo)入Geomagic studio 2013軟件中,選取截面,利用面積計(jì)算工具得到椎弓根前后端離斷截面的面積AA和PA,利用距離測量工具得到前后離斷平面間距APD。1.6統(tǒng)計(jì)學(xué)處理應(yīng)用軟件SPSS13.0對測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,均數(shù)間的比較采用配對t檢驗(yàn),男女之間的比較采用兩樣本t檢驗(yàn)。2.建立實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图坝邢拊ǚ治鲇?jì)算2.1數(shù)據(jù)來源1名健康志愿者(女性,28歲)行腰椎正側(cè)位X線片、CT及MRI檢查排除病變及損害。CT數(shù)據(jù)由GE MEDICAL SYSTEMS Lightspeed系統(tǒng)(GE公司,美國)掃描獲取。掃描參數(shù)：120 kV,125 mA,層厚0.625mm,范圍L2～L5。掃描過程中,要求志愿者腰椎位于掃描視野的中心,并保持腰椎縱軸方向不變。采集完成后的數(shù)據(jù)以標(biāo)準(zhǔn)Dicom格式保存。2.2建模環(huán)境Windows 7 X64 Professional Edition (Micro-Soft公司,美國),Mimics 14.0 (Materialise公司,比利時(shí)), Geomagic Studio 2013 (3D Systems公司,美國),ANSYS 14.0 (ANSYS公司,美國)。2.3構(gòu)建腰椎L2-L5節(jié)段有限元模型以Mimics14.0軟件讀取Dicom格式的CT斷層圖像,經(jīng)定位組織圖片,界定閾值,利用區(qū)域增長功能等重建腰椎椎骨三維模型,再將模型以stl文件導(dǎo)入Geomagic studio13.0軟件中進(jìn)行修補(bǔ)與優(yōu)化,然后以igs文件導(dǎo)入ANSYS 14.0軟件中進(jìn)行前處理,參考CT及MRI原始數(shù)據(jù)的解剖形態(tài),分離皮質(zhì)骨與松質(zhì)骨,構(gòu)建椎間盤、終板軟骨、纖維環(huán)、髓核、關(guān)節(jié)軟骨的三維模型。對模型添加韌帶、進(jìn)行網(wǎng)格劃分,建立完整的L2～L5脊柱節(jié)段的有限元模型。模型各個(gè)結(jié)構(gòu)材料參數(shù)參考文獻(xiàn)。2.4螺釘三維模型的建立在ANSYS 14.0軟件中構(gòu)建椎弓根螺釘,參數(shù)參照臨床中常用的椎弓根螺釘,螺釘長50mm,直徑6.5mm。材料參數(shù)定義為鈦合金,楊氏模量為110GPa,泊松比為0.3。2.5邊界條件、載荷設(shè)置及模型驗(yàn)證根據(jù)Yamamoto等腰椎標(biāo)本實(shí)驗(yàn),完全約束L5椎體的下表面和下關(guān)節(jié)突表面的自由度,對模型L2椎體上表面施加400N軸向壓力及加載10 N·m純力偶矩,以模擬腰椎承重以及腰椎前屈、后伸、左旋、右旋、左側(cè)彎和右側(cè)彎6種方式運(yùn)動。隨后對模型進(jìn)行求解計(jì)算,并在后處理中獲得各節(jié)段運(yùn)動范圍(ROM),并與Yamamoto等和Liu等實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。完整組模型驗(yàn)證后,采用ANSYS14.0軟件,在完整組有限元模型基礎(chǔ)上,在L4節(jié)段將雙側(cè)椎弓根與椎體連接的部位進(jìn)行離斷并向后延長4.0mm,構(gòu)建椎弓根前端離斷模型(anterior osteotomy of pedicle,AP組),同時(shí)調(diào)整其鄰近節(jié)段椎體的位置,模擬真實(shí)延長后各個(gè)椎體的三維空間位置關(guān)系。同樣的方法在L4節(jié)段雙側(cè)椎弓根與椎板連接的部位進(jìn)行離斷并向后延長4.0mm構(gòu)建椎弓根后端離斷延長模型(posterior osteotomy of pedicle, PP組)。最后沿椎弓根軸線方向置入椎弓根螺釘。分別對兩個(gè)模型進(jìn)行求解,計(jì)算完成后進(jìn)行后處理,得到應(yīng)力云圖與椎間ROM。3.新型椎弓根延長裝置的研制參考臨床常用椎弓根螺釘?shù)母黜?xiàng)參數(shù)數(shù)據(jù),利用工程軟件設(shè)計(jì)出一種可進(jìn)行椎弓根離斷并延長固定的裝置。結(jié)果：1.在第4腰椎節(jié)段,椎弓根前部離斷椎管截面面積較后部小36.70±7.00mm2,前后截面間距離為4.00 mm±0.72 mm；而在第5腰椎節(jié)段,椎弓根前部離斷椎管截面面積較后部大11.72±2.91mm2；前后截面間距離為3.28mm±0.58mm。2.建立了正常人腰椎(L2-L5)有限元模型。AP組與PP組均在離斷部位出現(xiàn)應(yīng)力集中。在各個(gè)工況下,AP組與PP組應(yīng)力分布差異明顯,PP組應(yīng)力分布相對較平均。椎間ROM比較顯示：與完整組相比,PP組L4-L5、L3-L4椎間ROM變化范圍較AP組小,AP組和PP組的L2-L3椎間ROM與完整組的相比比較接近。3.設(shè)計(jì)出了一種改進(jìn)型椎弓根延長裝置及椎弓根離斷裝置,獲得專利授權(quán)并生產(chǎn)出了樣品。結(jié)論：1.在第4腰椎節(jié)段,椎弓根后端離斷對椎管容積增大的有效性要優(yōu)于前端離斷。2.有限元法分析結(jié)果表明：椎弓根后端離斷力學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)于前端離斷,且對鄰近節(jié)段影響相對較小。3.本研究自主設(shè)計(jì)的一種改進(jìn)型椎弓根延長裝置及其配套裝置,并獲得專利授權(quán)。
[Abstract]:Background 1949 Verbiest proposed the concept of spinal canal , nerve root canal and neural foramen stenosis , commonly referred to as lumbar canal stenosis . In the treatment of spinal canal stenosis , there are more and more patients with degenerative spinal canal stenosis . In this study , the spinal canal and nerve root canal volume of the spinal canal and the intervertebral foramen were enlarged . This paper analyzes and discusses the influence of the posterior end of the pedicle on the stability of the spinal canal .
2 . Using the finite element method to analyze the stress distribution and the influence of the posterior fixation device on the biomechanical stability of the lumbar spine .
Methods : 1 . Digital technique was used to simulate pedicle extension and to measure the vertebral canal volume 1.1 . Methods : 1 . Digital technique was used to simulate pedicle extension and to measure the vertebral canal volume 1.1 . All participants were divided into 4 , 5 lumbar vertebral bodies and vertebral canal . The distance between the anterior and posterior plane of the pedicle of the pedicle and the distance between the two planes of the posterior end of the pedicle of the pedicle was measured . The three - dimensional model of lumbar vertebra L2 - L5 was established by using the method of 3D Systems , Geomagic Studio 2013 ( 3D Systems , USA ) , ANSYS 14.0 ( ANSYS , USA ) . To construct the anterior pedicle of pedicle ( AP ) and to adjust the position of the vertebral body adjacent to the segmental vertebral body , the three - dimensional space position relation of each vertebral body after real extension was simulated . At the end , the pedicle screws were placed in the axial direction of the pedicle of the pedicle . The two models were solved , and post - treatment was carried out after the calculation was completed to obtain the stress cloud image and the intervertebral ROM . 3 . A new pedicle extension device was developed . The results were as follows : 1 . The cross - sectional area of the anterior part of the pedicle was 36.70 鹵 7.00mm2 , and the distance between the anterior and posterior cross sections was 4.00 mm 鹵 0.72 mm .
In the fifth lumbar segment , the cross - sectional area of the anterior segment of the pedicle was 11.72 鹵 2.91mm2 .
Results : 1 . Compared with the intact group , the difference of the stress distribution between the AP group and the PP group was better than that of the front end .
【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

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：1900197