青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸經(jīng)椎弓根—肋骨復(fù)合體固定臨床解剖數(shù)字化測量、個性化手術(shù)設(shè)計及有限元分析.pdf

1、背景:青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸畸形較為復(fù)雜，手術(shù)難度和風(fēng)險較大，椎弓根后路固定技術(shù)可以從脊柱后路三維矯正畸形脊柱節(jié)段，其固定效果較為優(yōu)良，對于該疾患的治療起到重要的作用，但由于上、中胸段椎弓根狹窄，尤其是青少年脊椎，椎弓根尚處于發(fā)育階段，臨床手術(shù)較為困難，或者因?yàn)榻馄蕦W(xué)結(jié)構(gòu)與成人差異，造成手術(shù)失誤。為了解決這一問題，有學(xué)者試圖在上、中胸段利用“椎弓根-肋骨復(fù)合體”進(jìn)行置入，但其支持該術(shù)式的基礎(chǔ)研究較少，手術(shù)操作過程中有許多困難。
　　

2、為了“椎弓根-肋骨復(fù)合體”螺釘?shù)呐R床應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，本文做了以下研究:
　　第一部分胸椎椎弓根-肋骨復(fù)合體的臨床解剖及數(shù)字化測量。
　　目的:觀察胸椎椎弓根-肋骨復(fù)合體的三維立體形態(tài)并對其臨床解剖學(xué)參數(shù)進(jìn)行測量。方法:選取內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)解剖教研室新鮮成人尸體標(biāo)本6具，其中使胸椎、椎間盤、肋骨及周圍軟組織保留完整。對以下數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，椎弓根及椎弓根-肋骨復(fù)合體橫徑，椎弓根及椎弓根-肋骨復(fù)合體縱徑，椎弓根螺釘固定及復(fù)合體固定螺

3、釘走行最長距離及椎弓根及椎弓根-肋骨復(fù)合體外偏角等。測量中將尸體標(biāo)本測量數(shù)據(jù)、CT影像（二維測量）與脊柱三維數(shù)字化立體重建后測量相對照比較。結(jié)果:椎弓根與肋骨的位置在胸椎的不同節(jié)段變化有一定的規(guī)律。橫徑為12.13-20.13mm，縱徑為6.18-11.83mm，椎弓根-肋骨復(fù)合體軸線螺釘釘?shù)雷畲笾?7.81-66.84mm，椎弓根-肋骨復(fù)合體軸線螺釘橫斷面外偏角為12.47-41.33°，椎弓根-肋骨復(fù)合體軸線螺釘與椎弓板的夾角為72

4、.67-86.28°。結(jié)論:1.胸椎椎弓根-肋骨復(fù)合體的釘?shù)篱L度、橫徑均較同節(jié)段的經(jīng)椎弓根固定參數(shù)大，因此，胸椎椎弓根-肋骨復(fù)合體置釘可以使用直徑更大、長度更長的螺釘，以此可以增大螺釘?shù)陌殉至Α?.胸椎椎弓根-肋骨復(fù)合體置釘較椎弓根螺釘要求有更大的內(nèi)傾角，但其安全置釘角度范圍也增大，減少手術(shù)置釘導(dǎo)致的螺釘穿破椎管等風(fēng)險。3.經(jīng)胸椎椎弓根-肋骨復(fù)合體固定螺釘直徑、長度及置釘角度的選擇在脊柱不同節(jié)段和個體之間差異較大，在行胸椎椎弓根-肋骨復(fù)

5、合體置釘時要根據(jù)個體脊柱及椎骨解剖學(xué)特點(diǎn)制定個性化的手術(shù)方案。
　　第二部分個性化三維數(shù)字化手術(shù)設(shè)計及臨床驗(yàn)證。
　　目的:探討青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸數(shù)字化虛擬手術(shù)設(shè)計系統(tǒng)建立的方法及其在臨床應(yīng)用中的價值。方法:選取1例青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者，行青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸經(jīng)16排螺旋CT掃描，采用Mimics10.01軟件對脊柱側(cè)凸模型進(jìn)行三維重建，對三維重建模型進(jìn)行數(shù)字化三維測量及置釘手術(shù)模擬，并測量固定內(nèi)置物的方向、長度、直徑

6、的選擇、模擬手術(shù)經(jīng)過并在臨床應(yīng)用中使用術(shù)前模擬數(shù)據(jù)。結(jié)果:重建出青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸的三維數(shù)字化虛擬可視模型，配準(zhǔn)虛擬螺釘和椎弓根-肋骨復(fù)合體的位置，使虛擬螺釘不穿透椎弓根內(nèi)側(cè)皮質(zhì)及椎體前緣，置定完整的手術(shù)方案。利用術(shù)前規(guī)劃方案進(jìn)行手術(shù)，手術(shù)置釘效果滿意，無一例螺釘穿透椎體前緣皮質(zhì)和椎管皮質(zhì)。結(jié)論:驗(yàn)證了特發(fā)性脊柱側(cè)凸手術(shù)術(shù)前三維數(shù)字化手術(shù)設(shè)計并制定手術(shù)方案，可以顯著提高置釘手術(shù)成功率。
　　第三部分脊柱側(cè)凸三維有限元分析。

7、>　　目的:建立青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸的三維有限元模型，與其他模型進(jìn)行驗(yàn)證和比較，為今后青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸生物力學(xué)研究提供基礎(chǔ)模型。方法:標(biāo)本選自內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院脊柱外科就診的青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者一名，利用GE16排螺旋CT進(jìn)行掃描，掃描層厚為1mm，利用Mimics10.01軟件進(jìn)行三維建模。將模型在Hypermesh進(jìn)行網(wǎng)格劃分和材料賦值。結(jié)果:1.本文建立的青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸三維有限元模型共包括胸腰椎17個節(jié)段，1

8、6個椎間盤及其椎體間連接、椎弓間連接的韌帶（前縱韌帶、后縱韌帶、黃韌帶、棘間韌帶及棘上韌帶）。該模型采用4種單位類型，13種材料的性質(zhì)，節(jié)點(diǎn)數(shù)為1351327，四面體單元數(shù)為1511549，殼單元數(shù)為1631320，線纜單元數(shù)為56個和42個桿單元。我們本次建立的模型外觀光滑，網(wǎng)格劃分精細(xì)，更接近真實(shí)結(jié)構(gòu)。結(jié)論:1.我們研究所建模型精度較高，幾何相似性好，可以在模型上進(jìn)行相關(guān)生物力學(xué)研究。2.脊柱側(cè)凸三維有限元模型可以方便地進(jìn)行脊柱側(cè)凸