腰椎弓峽部裂經(jīng)椎弓根釘棒固定體外生物力學(xué)、有限元分析及臨床應(yīng)用研究.pdf

1、腰椎弓峽部裂是常見(jiàn)于青少年的腰椎疾患,發(fā)病率在4～6％之間,病理表現(xiàn)特點(diǎn)為腰椎上下關(guān)節(jié)突最狹窄處發(fā)生崩裂,而且在椎弓峽部的骨質(zhì)連續(xù)性中斷可能會(huì)引起椎體滑脫。體操運(yùn)動(dòng)員及其他腰部后伸運(yùn)動(dòng)過(guò)度導(dǎo)致峽部反復(fù)受到應(yīng)力是產(chǎn)生峽部崩裂重要病因之一。醫(yī)學(xué)上認(rèn)識(shí)該疾病是在十九世紀(jì)五十年代,此后關(guān)于腰椎弓峽部裂的研究一直在進(jìn)行。由于腰椎弓峽部裂可能伴有腰椎滑脫,并進(jìn)一步產(chǎn)生神經(jīng)壓迫癥狀,因此對(duì)于保守治療無(wú)效的患者采取應(yīng)手術(shù)治療,然而在手術(shù)固定方式上是采用

2、單椎節(jié)固定或單節(jié)段固定至今還存在爭(zhēng)論。 目的： 本實(shí)驗(yàn)對(duì)國(guó)內(nèi)未見(jiàn)報(bào)道的單椎節(jié)經(jīng)椎弓根釘棒固定治療腰椎弓峽部裂方法,從以下四個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行力學(xué)評(píng)估和臨床應(yīng)用分析： 1.體外生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟谘芯垦倒瓖{部裂單椎節(jié)經(jīng)椎弓根釘棒固定前后的關(guān)節(jié)突微應(yīng)變變化情況,觀測(cè)實(shí)驗(yàn)標(biāo)本在正常、峽部裂以及單椎節(jié)經(jīng)椎弓根釘棒固定三種力學(xué)狀態(tài)下相應(yīng)腰椎關(guān)節(jié)突的位移變化。 2.建立腰椎弓峽部裂三維有限元模型。 3.基于已經(jīng)

3、驗(yàn)證的腰椎弓峽部裂有限元模型,建立單椎節(jié)、單節(jié)段經(jīng)椎弓根螺釘內(nèi)固定兩種內(nèi)固定有限元模型,經(jīng)過(guò)模擬力學(xué)加載,觀察峽部裂腰椎鄰近椎間盤(pán)終板應(yīng)力分布變化情況。 4.臨床上應(yīng)用單椎節(jié)經(jīng)椎弓根釘棒固定及峽部修復(fù)手術(shù)方式,治療一組腰椎弓峽部裂病例,參考國(guó)外相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道,改進(jìn)其手術(shù)適應(yīng)證、手術(shù)及內(nèi)固定方法,并應(yīng)用自行修訂下肢神經(jīng)功能評(píng)分表進(jìn)行術(shù)后療效分析。 方法： 1.取人體下腰椎標(biāo)本5具,保留腰椎三柱結(jié)構(gòu)及相關(guān)韌帶不被破壞,

4、在關(guān)節(jié)突上貼微細(xì)應(yīng)變片,放置于力學(xué)測(cè)試機(jī)進(jìn)行軸向加壓、前屈、后伸、側(cè)屈、旋轉(zhuǎn)加載,在正常、峽部裂(手術(shù)造成L5雙側(cè)椎弓峽部裂)、內(nèi)固定(單椎節(jié)經(jīng)椎弓根釘棒)三種力學(xué)狀態(tài)下測(cè)定關(guān)節(jié)突微應(yīng)變情況,從而間接反映關(guān)節(jié)突的應(yīng)力變化。 2.將臨床1例腰椎弓峽部裂患者行下腰椎CT平掃,利用Simpleware軟件建立峽部裂有限元模型。重建節(jié)段包括L4-S1脊柱,這樣既重建峽部裂節(jié)段,又能觀察術(shù)后鄰近腰椎運(yùn)動(dòng)功能單位的活動(dòng)。擬將椎間盤(pán)分纖維環(huán)、

5、髓核、終板三部分,分別按不同屬性賦值,并模擬構(gòu)建了腰椎相關(guān)韌帶。 3.將椎弓根釘棒系統(tǒng)通過(guò)逆向工程重建出相應(yīng)模型,植入上述已經(jīng)驗(yàn)證的峽部裂模型。建立兩種帶內(nèi)固定有限元模型(即單椎節(jié)和單節(jié)段固定),通過(guò)有限元分析方法在三種模型上實(shí)現(xiàn)軸向加壓、前屈、后伸、側(cè)屈、旋轉(zhuǎn)加載。觀察病椎鄰近脊柱功能單位的活動(dòng)情況,在峽部裂狀態(tài)、單椎節(jié)固定、單節(jié)段固定三種力學(xué)狀態(tài)下比較相鄰腰椎椎間盤(pán)終板應(yīng)力分布情況。 4.臨床選取一組腰椎弓峽部裂共1

6、6例,其中男性14例,女性2例,年齡14～53歲,平均年齡33.8歲。應(yīng)用單椎節(jié)經(jīng)椎弓根釘棒固定及峽部修復(fù)進(jìn)行手術(shù)治療,適應(yīng)證為有臨床癥狀的腰椎弓峽部裂患者,包括輕度椎體滑脫但沒(méi)有椎間盤(pán)退變以及沒(méi)有嚴(yán)重的椎管、神經(jīng)根管狹窄的病例,手術(shù)時(shí)應(yīng)用"V"形棒將兩側(cè)椎弓根螺釘直接連接。術(shù)前及術(shù)后分別對(duì)腰椎手術(shù)后功能進(jìn)行評(píng)價(jià),隨訪觀察患者腰部及雙下肢功能、峽部骨愈合以及相關(guān)因素分析。 結(jié)果： 1.對(duì)比正常三種力學(xué)狀態(tài),關(guān)節(jié)突應(yīng)變值發(fā)

7、生變化最明顯的是峽部裂狀態(tài),其中L4下關(guān)節(jié)突在后伸、旋轉(zhuǎn)工況時(shí)顯示與內(nèi)固定狀態(tài)穩(wěn)定性下降,L5上關(guān)節(jié)突在各種工況下穩(wěn)定性未見(jiàn)明顯改變,L5下關(guān)節(jié)突應(yīng)變量分別在前屈、后伸、側(cè)屈工況時(shí),峽部裂狀態(tài)穩(wěn)定性明顯差于正常狀態(tài)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)固定狀態(tài)。在所有工況中未見(jiàn)正常狀態(tài)與內(nèi)固定狀態(tài)的穩(wěn)定性差異。在下腰椎旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),內(nèi)固定狀態(tài)時(shí)L4下關(guān)節(jié)突穩(wěn)定性增加,而且L5下關(guān)節(jié)突的穩(wěn)定性也有一定程度的增加。 2.應(yīng)用Simpleware軟件建立了下腰椎弓峽

8、部裂的三維有限元模型,并在軸向加壓、前屈、后伸、側(cè)屈、旋轉(zhuǎn)工況下,應(yīng)用Ansys 10.0計(jì)算出相應(yīng)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)、上下椎間盤(pán)終板的應(yīng)力分布。通過(guò)與體外腰椎峽部裂實(shí)驗(yàn)結(jié)果的應(yīng)力和應(yīng)變趨勢(shì)比較,驗(yàn)證了模型的有效性。 3.建立單椎節(jié)、單節(jié)段腰椎弓峽部裂手術(shù)治療方法的有限元模型,峽部裂狀態(tài)、單椎節(jié)、單節(jié)段三種狀態(tài)在五種工況下分析結(jié)果顯示：軸向加壓時(shí)兩種內(nèi)固定方式在S1上終板應(yīng)力均值顯著下降,前屈、后伸、側(cè)屈時(shí)單椎節(jié)固定方式終板應(yīng)力均值與無(wú)

9、內(nèi)固定狀態(tài)相仿,而單節(jié)段固定方式在L4下終板應(yīng)力均值顯著增高,在S1下終板應(yīng)力均值顯著下降,旋轉(zhuǎn)時(shí)單椎節(jié)固定方式在S1上終板應(yīng)力均值顯著下降。 4.本組采用單椎節(jié)經(jīng)椎弓根釘棒固定及峽部修復(fù)方法治療腰椎弓峽部裂16例,隨訪15例,平均隨訪時(shí)間22.4個(gè)月,術(shù)前患者功能評(píng)分13.93±3.92,術(shù)后功能評(píng)分20.67±2.47。所有患者隨訪均達(dá)到峽部骨性愈合,術(shù)后功能改善分值與愈合時(shí)間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。 結(jié)論： 1.體外

10、實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示腰椎弓峽部裂狀態(tài)在前屈、后伸、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)與正常狀態(tài)和內(nèi)固定狀態(tài)比較穩(wěn)定性明顯下降,單椎節(jié)經(jīng)椎弓根釘棒系統(tǒng)能恢復(fù)峽部裂造成的不穩(wěn)定,與正常狀態(tài)比較穩(wěn)定性相仿,與峽部裂狀態(tài)比較在下腰椎前屈、后伸、側(cè)屈、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)增加了相應(yīng)關(guān)節(jié)突的穩(wěn)定作用。 2.成功建立了腰椎弓峽部裂三維有限元模型,并驗(yàn)證了模型的有效性。 3.單椎節(jié)經(jīng)椎弓根釘棒固定系統(tǒng)治療腰椎弓峽部裂在軸向加壓、前屈、后伸、側(cè)屈、旋轉(zhuǎn)時(shí)不僅能提供良好的固定,而且