新型椎板鉤釘對脊柱穩(wěn)定性及應(yīng)力分布的影響.pdf

1、椎弓根螺釘內(nèi)固定技術(shù)因其不可比擬的堅強“三柱固定”，在脊柱外科手術(shù)中廣泛應(yīng)用，但隨之而來失敗病例也越來越多。內(nèi)植物本身的失敗，如椎弓根螺釘斷裂、連接頭松動脫落、連接桿(板)斷裂等。椎弓根螺釘與骨界面失敗表現(xiàn)為螺釘松動、螺釘拔出及螺釘異位。臨床以螺釘松動和斷裂多見，其發(fā)生率分別為0.6％～11％和3％～6.7％。 引起椎弓根螺釘松動的原因包括：骨質(zhì)疏松、術(shù)中反復(fù)調(diào)整螺釘造成孔道過大、術(shù)中椎弓根骨折導(dǎo)致釘?shù)乐車瘟ο陆?、術(shù)后腰椎過

2、早或過度活動、骨融合不良及金屬腐蝕性破壞。引起椎弓根螺釘斷裂的原因包括：椎弓根釘過細(xì)難以負(fù)重；椎弓根螺釘位置不當(dāng)，造成載荷分享致某些椎弓根螺釘部位應(yīng)力過度集中；腰椎爆裂性骨折前柱破壞嚴(yán)重，術(shù)中僅采取后路內(nèi)固定，缺少前柱支撐；植骨融合不良；術(shù)后腰椎過度活動。 導(dǎo)致螺釘斷裂的重要原因是內(nèi)植物應(yīng)力過于集中。這也是內(nèi)植物設(shè)計上的缺陷。在內(nèi)置物構(gòu)件中，由于螺釘直徑受椎弓根解剖制約，并且受到高應(yīng)力的作用，是發(fā)生斷裂或松動的常見部位。另外一個

3、原因是由于置釘不良引起。一枚螺釘放置不良即失去同側(cè)固定物的作用，不承受相應(yīng)的載荷。在解決應(yīng)力集中問題時，除使內(nèi)植物設(shè)計更為合理、植入技術(shù)更為完善外，增加椎板鉤、鋼板來分散應(yīng)力也是一種有益的嘗試。在脊柱的前凸節(jié)段(胸腰段)，作用在釘上的主要力量是懸臂曲力(cantileverbendingforce)，前柱損傷時此種力量更明顯且有一軸向剪力(axialshearingforce)，造成彎釘或斷釘，出現(xiàn)糾正度丟失。在不增加螺釘直徑時，增加椎

4、板鉤固定則有效地分散了釘上的此兩種應(yīng)力，有力地保護(hù)椎弓根螺釘，減少器械失敗。 目前預(yù)防及處理椎弓根螺釘松動的方法有以下幾種方法可供選擇：(1)松動釘?shù)纼?nèi)植入火柴棒狀骨質(zhì)或Biobone(2)椎弓根螺釘重置，并采用骨水泥(PMMA、羥基磷灰石骨水泥和磷酸鈣骨水泥)強化后再植入螺釘；(3)更換長的椎弓根螺釘以使其穿透椎體前緣的骨皮質(zhì)；(4)更換直徑更粗的椎弓根螺釘；(5)更換螺釘植入部位。 但每一種方法都存在缺陷，經(jīng)火柴棒狀

5、骨修復(fù)后的螺釘拔出力僅增加56％，修復(fù)后強度不足，明顯低于骨水泥修復(fù)后。而Biobone修復(fù)后雖可以增加脊柱穩(wěn)定性66.8％，但其長期隨訪效果還有待觀察。PMMA骨水泥修復(fù)后的強度其他方法無法比擬，拔出強度增加149％，但聚合后釋放熱能、漏出壓迫神經(jīng)組織、不可吸收、再手術(shù)難清除、毒性致癌作用等影響了它的臨床應(yīng)用。羥基磷灰石骨水泥(HAC)修復(fù)后拔出強度與PMMA近似，但也無法避免有漏出的存在。磷酸鈣骨水泥(CPC)加固后拔出強度要顯著低

6、于PMMA。更換長的螺釘有損傷椎體前方大血管的可能。目前多采用的加大螺釘直徑的方法，證實大2mm的螺釘比1mm的螺釘顯著增加拔出力。較大直徑的椎弓根螺釘增加了神經(jīng)根損傷和椎弓根破壞的風(fēng)險。一般認(rèn)為，螺釘?shù)耐鈴阶畲蟛粦?yīng)超過椎弓根橫徑的80％。用增大螺釘直徑來提高其穩(wěn)定性是有局限性和風(fēng)險的。 椎板鉤自發(fā)明以來主要用于脊柱側(cè)突的矯形，Apofix椎板鉤治療寰樞椎不穩(wěn)，釘鉤聯(lián)合治療胸腰椎骨折等方面。由于椎板鉤的自身特點，容易發(fā)生脫鉤、椎

7、板骨折、侵入椎管壓迫神經(jīng)組織等。許多學(xué)者作出了大量努力改進(jìn)椎板鉤的設(shè)計，包括鉤的末端變成方形嵌入椎弓根，以更好的控制旋轉(zhuǎn)；為了預(yù)防脫鉤，設(shè)計了雙鉤模型；TSRH系統(tǒng)椎板鉤設(shè)計的目的是產(chǎn)生最大的鉤-骨界面的穩(wěn)定性，適應(yīng)頸、胸、腰椎椎板不同形狀。 第一部分新型椎板鉤對椎弓根釘松動后脊柱不穩(wěn)的作用研究——胸腰椎爆裂骨折模型觀察 研究目的：在胸腰椎爆裂骨折模型中，評價加用新型椎板鉤，對于椎弓根釘松動后脊柱即時穩(wěn)定性及疲勞后穩(wěn)定性

8、的作用，為臨床應(yīng)用提供生物力學(xué)依據(jù)。材料和方法：應(yīng)用6具新鮮胸腰段脊柱標(biāo)本(Tll-L3)，經(jīng)過X線及DEXA方法測量骨密度，證實6例標(biāo)本生前均無脊柱疾患和骨質(zhì)疏松。切除脊柱周圍軟組織，保留所有韌帶、小關(guān)節(jié)囊及骨性結(jié)構(gòu)。雙層塑料袋包裹保存于-20℃冰箱，試驗前在室溫(20℃)下解凍12-18h，保證整個試驗過程中標(biāo)本濕潤及環(huán)境溫度在6℃左右。在三維運動試驗機上模擬人體脊柱活動，分別測量①正常標(biāo)本、②L1爆裂骨折模型、③常規(guī)椎弓根釘系統(tǒng)固

9、定、④常規(guī)椎弓根釘系統(tǒng)固定加椎板鉤、⑤常規(guī)椎弓根釘系統(tǒng)固定的疲勞試驗⑥椎弓根釘內(nèi)固定松動模型、⑦松動后加用新型椎板鉤、⑧松動后加用新型椎板鉤的疲勞試驗，在施加8N·m的純力偶矩下，T12-L2節(jié)段在6個自由度上(前屈后伸、左右側(cè)屈以及左右旋轉(zhuǎn))運動的角度范圍(ROM)，單位為deg。 結(jié)果：松動后與松動后加鉤組在前屈組、左右側(cè)屈組以及左旋組有顯著性差異(P＜0.05)，其中以左側(cè)屈組與前屈組作用最為明顯，脊柱穩(wěn)定性分別增加63.

10、8％和60.5％。常規(guī)固定疲勞組與松動后加鉤疲勞組在前屈、后伸、左右側(cè)屈組無顯著性差異(P＞0.05)，因此松動后加用椎板鉤對系統(tǒng)疲勞后固定節(jié)段穩(wěn)定性是令人滿意的。 結(jié)論：新型椎板鉤可顯著提高螺釘松動后脊柱穩(wěn)定性，并且螺釘松動后加用新型椎板鉤，系統(tǒng)疲勞后固定節(jié)段穩(wěn)定性是令人滿意的。 第二部分新型椎板鉤對椎弓根釘松動后脊柱不穩(wěn)的作用研究——腰骶滑脫模型觀察 研究目的：在L5S1滑脫模型中，評價加用新型椎板鉤，對于椎

11、弓根釘松動后脊柱即時穩(wěn)定性及疲勞后穩(wěn)定性的作用，為臨床應(yīng)用提供生物力學(xué)依據(jù)。 材料和方法：應(yīng)用6具新鮮腰骶段(L4-S2)脊柱標(biāo)本，經(jīng)過X線及DEXA方法測量骨密度，證實6例標(biāo)本生前均無脊柱疾患和骨質(zhì)疏松。切除脊柱周圍軟組織，保留所有韌帶、小關(guān)節(jié)囊及骨性結(jié)構(gòu)。雙層塑料袋包裹保存于-20℃冰箱，試驗前在室溫(20℃)下解凍12-18h，保證整個試驗過程中標(biāo)本濕潤及環(huán)境溫度在6℃左右。在三維運動試驗機上模擬人體脊柱活動，分別測量①正

12、常標(biāo)本、②L5S1滑脫模型、③常規(guī)椎弓根釘系統(tǒng)固定、④常規(guī)椎弓根釘系統(tǒng)固定加椎板鉤、⑤常規(guī)椎弓根釘系統(tǒng)固定疲勞試驗⑥椎弓根釘內(nèi)固定松動模型、⑦松動后加用新型椎板鉤、⑧松動后加用新型椎板鉤疲勞試驗，在施加8N·m的純力偶矩下，滑脫后施加2N·m純力偶矩，L5S1節(jié)段在6個自由度上(前屈后伸、左右側(cè)屈以及左右旋轉(zhuǎn))運動的角度范圍(ROM)，單位為deg。 結(jié)果：松動后與松動后加鉤組除前屈組外，各組之間均有顯著性差異，其中以右旋組作用

13、最為明顯，脊柱穩(wěn)定性增加56.3％。常規(guī)固定疲勞組與松動后加鉤疲勞組在各組之間無顯著性差異，因此松動后加用椎板鉤，系統(tǒng)疲勞后固定節(jié)段穩(wěn)定性是令人滿意的。 結(jié)論：新型椎板鉤利于增加脊柱穩(wěn)定性，并且螺釘松動后加用新型椎板鉤，系統(tǒng)疲勞后穩(wěn)定性是滿意的。 第三部分新型椎板鉤對椎弓根螺釘系統(tǒng)應(yīng)力影響的有限元分析 目的：探討加用新型椎板鉤對椎弓根螺釘系統(tǒng)應(yīng)力分布的影響，為臨床應(yīng)用提供理論依據(jù)。 方法：采用有限元分析方

14、法，對椎弓根螺釘系統(tǒng)不加與加用椎板鉤，整個系統(tǒng)各處的應(yīng)力變化進(jìn)行評估。 結(jié)果：加鉤后整個系統(tǒng)受力點增加，受力更加均勻。臨床上容易發(fā)生斷釘?shù)牟课粦?yīng)力顯著降低。頭、尾側(cè)椎弓根釘根部加鉤后軸向應(yīng)力顯著降低，以尾側(cè)釘為著，降低37.08％。頭、尾側(cè)釘棒連接處加鉤后剪切應(yīng)力下降明顯，頭側(cè)下降44.02％，尾側(cè)下降60.71％。 結(jié)論：新型椎板鉤使得椎弓根螺釘系統(tǒng)應(yīng)力更加分散，以尾側(cè)椎弓根釘根部及釘棒連接處為著，從而減少椎弓根螺釘斷