腰椎棘突間動(dòng)力固定的三維有限元分析和前瞻性臨床研究.pdf

1、目的：建立小關(guān)節(jié)增生的、堅(jiān)強(qiáng)固定融合的及棘突間動(dòng)力固定的腰椎三維有限元模型，比較分析三種模型在各種載荷下的力學(xué)特點(diǎn)，并對(duì)DIAM棘突間動(dòng)態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)進(jìn)行前瞻性的臨床研究，通過分析有限元模型的力學(xué)特點(diǎn)及臨床試驗(yàn)結(jié)果之間的關(guān)系，從而在生物力學(xué)理論和臨床效果方面明確DIAM棘突問動(dòng)態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)的臨床應(yīng)用價(jià)值及其可行性。
　　 方法：以健康中國(guó)男性志愿者為建模樣本，采用計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）獲得腰椎DICOM格式的圖像數(shù)據(jù)、采用激光掃描機(jī)獲

2、得DIAM棘突間動(dòng)態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)的圖像數(shù)據(jù)并分別導(dǎo)入Mimics軟件，在Mimics軟件中繪制椎弓根螺釘，通過Mimics軟件建立小關(guān)節(jié)增生的、堅(jiān)強(qiáng)固定融合的及棘突間動(dòng)力固定的腰椎L4-L5運(yùn)動(dòng)節(jié)段的醫(yī)學(xué)仿真模型，然后將三種模型分別導(dǎo)入有限元分析軟件Abaqus，建立三維有限元模型，分析三種模型在軸向壓力和屈伸扭矩下的應(yīng)力分布特點(diǎn)；制定DIAM棘突問動(dòng)態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)的臨床試驗(yàn)方案并經(jīng)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)后，于2006年6月至2008年1月采用DIAM

3、棘突間動(dòng)態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)對(duì)8例下腰痛患者進(jìn)行了前瞻性治療研究；術(shù)前行站立腰椎正側(cè)位+動(dòng)力位X線、CTM檢查，術(shù)后拍攝站立腰椎正側(cè)位X線片，隨訪時(shí)拍攝站立腰椎正側(cè)位+動(dòng)力位X線片，測(cè)量棘突間隙高度、手術(shù)節(jié)段及其上下相鄰節(jié)段活動(dòng)度、椎問盤指數(shù)、腰前凸度數(shù)作為研究參數(shù)，選用ODI（Oswestry Disability Index）評(píng)分和VAS（Visual Analogue Scale）評(píng)分對(duì)手術(shù)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，并分析手術(shù)療效與各種參數(shù)的相關(guān)性；分

4、析有限元模型的應(yīng)力分布特點(diǎn)和DIAM系統(tǒng)臨床研究結(jié)果之間的關(guān)系，探索DIAM系統(tǒng)臨床有效性的生物力學(xué)理論依據(jù)。
　　 結(jié)果：有限元分析發(fā)現(xiàn)當(dāng)存在小關(guān)節(jié)增生時(shí)，各種載荷條件下上位椎體的小關(guān)節(jié)、峽部以及下位椎體小關(guān)節(jié)應(yīng)力較為集中，其中上位椎體的小關(guān)節(jié)應(yīng)力最高，其次為峽部，而椎間盤應(yīng)力明顯小于骨質(zhì)結(jié)構(gòu)，椎間盤纖維環(huán)后外側(cè)應(yīng)力最高；當(dāng)進(jìn)行堅(jiān)強(qiáng)固定融合后，椎體小關(guān)節(jié)、峽部及纖維環(huán)后部應(yīng)力明顯減小，但椎弓根螺釘骨質(zhì)釘?shù)篮妥倒葆斨Ъ艹霈F(xiàn)明

5、顯應(yīng)力集中；而植入DIAM系統(tǒng)后，雖然應(yīng)力最集中的部位仍然為上位椎體的小關(guān)節(jié)、峽部以及下位椎體小關(guān)節(jié)，但應(yīng)力峰值有所減小，椎間盤纖維環(huán)后部受到的應(yīng)力也明顯減小，并且DIAM系統(tǒng)不會(huì)引起內(nèi)植物本身和接觸部位骨質(zhì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中；DIAM系統(tǒng)前瞻性臨床發(fā)現(xiàn)采用DIAM系統(tǒng)治療后，隨訪時(shí)間內(nèi)可獲得良好的臨床效果，其ODI評(píng)分、VAS評(píng)分術(shù)前與術(shù)后各時(shí)間點(diǎn)之間的差異有明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），術(shù)后各時(shí)間點(diǎn)之間的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05

6、）；手術(shù)節(jié)段（L4/5）活動(dòng)度術(shù)前與術(shù)后各時(shí)間點(diǎn)之間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），術(shù)后各時(shí)間點(diǎn)之間的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）；手術(shù)節(jié)段棘突間隙高度術(shù)前與術(shù)后即刻、術(shù)后3個(gè)月之間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），其余各時(shí)間點(diǎn)之間的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）；手術(shù)上方鄰近節(jié)段（L3/4）活動(dòng)度、手術(shù)下方鄰近節(jié)段（L5/S1）活動(dòng)度、椎間盤指數(shù)、腰前凸度數(shù)術(shù)前、術(shù)后各時(shí)間點(diǎn)之間的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）；ODI評(píng)

7、分、VAS評(píng)分的改善與手術(shù)節(jié)段活動(dòng)度存在負(fù)相關(guān)性。
　　 結(jié)論：DIAM棘突間動(dòng)態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)可以通過撐開棘突間隙來增大小關(guān)節(jié)間隙，從而減小上位椎體小關(guān)節(jié)、峽部以及下位椎體小關(guān)節(jié)的應(yīng)力，而且不會(huì)造成內(nèi)植物本身及接觸部位骨質(zhì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中，這一點(diǎn)明顯優(yōu)于椎弓根螺釘內(nèi)固定+小關(guān)節(jié)融合手術(shù)；DIAM系統(tǒng)通過撐開棘突間隙來增大椎間隙后緣高度，從而減小纖維環(huán)后部應(yīng)力，理論上可以減緩手術(shù)節(jié)段椎間盤退變；通過綁定棘突及增加周圍韌帶張力來減小手術(shù)節(jié)