胸腰椎爆裂性骨折的生物力學(xué)和臨床研究.pdf

1、爆裂性骨折是最為常見的一種胸腰椎損傷。該損傷常伴有神經(jīng)功能損害，遺留各種后遺癥，給家庭和社會(huì)造成很大的負(fù)擔(dān)。胸腰椎爆裂性骨折基礎(chǔ)和臨床研究一直是脊柱外科領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。本課題從胸腰椎的生物力學(xué)和臨床進(jìn)行研究。 第一部分：胸腰椎椎體骨密度區(qū)域分布與爆裂性骨折發(fā)生的關(guān)系 背景：胸腰椎爆裂性骨折往往累及上終板及后上方骨質(zhì)。雖然文獻(xiàn)已報(bào)道較多關(guān)于胸腰椎爆裂性骨折的機(jī)理及生物力學(xué)研究，但胸腰椎椎體的內(nèi)部骨結(jié)構(gòu)與生物力學(xué)的關(guān)系

2、，及其在爆裂性骨折發(fā)生中的作用尚缺乏研究。 目的：本研究的目的是驗(yàn)證一個(gè)假設(shè)，即胸腰椎椎體骨密度的分布與這些部位的應(yīng)力分布及應(yīng)力集中有關(guān)，從而能解釋爆裂性骨折最常發(fā)生的部位。 方法：本研究包括22位志愿者。采用QCT技術(shù)測量第一腰椎的骨密度。在椎體上、中、下三個(gè)層面分別測量椎體的6個(gè)區(qū)以及中層面2個(gè)椎弓根區(qū)的松質(zhì)骨骨密度。整個(gè)椎體共測量20個(gè)區(qū)域的骨密度。 結(jié)果：在所有層面中以椎弓根區(qū)域的骨密度最高，而靠近椎弓根

3、區(qū)域的其他區(qū)域的骨密度驟然下降。椎體中層面6個(gè)區(qū)的平均骨密度較上、下層低，以下層最高。 結(jié)論：在爆裂性骨折的發(fā)生過程中，椎體和椎弓根內(nèi)部的骨密度不均勻分布將導(dǎo)致區(qū)域的應(yīng)力集中，可解釋臨床上爆裂性骨折最常出現(xiàn)的部位之原因。 第二部分：胸腰椎骨折后動(dòng)力內(nèi)固定的生物力學(xué)評價(jià) 背景：近年來脊柱動(dòng)力固定之所以得到重視，系基于其能減輕應(yīng)力遮擋、保護(hù)鄰近節(jié)段退變和防止內(nèi)固定失敗。但是有關(guān)動(dòng)力內(nèi)固定器的生物力學(xué)，及其與堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定

4、器在骨折模型上的比較非常少見。 目的：比較增加載荷分享的動(dòng)力椎弓根螺釘固定器與其相對的堅(jiān)強(qiáng)固定器的穩(wěn)定性，并探討動(dòng)力固定器的生物力學(xué)作用。 方法：在6例新鮮成人尸體T10～L4脊柱標(biāo)本，模擬L1骨折后安放動(dòng)力固定器和堅(jiān)強(qiáng)固定器。采用10Nm力偶模擬前屈、后伸，左右側(cè)彎和左右軸向旋轉(zhuǎn)的脊柱三維運(yùn)動(dòng)。在：MTS 858力學(xué)測試機(jī)上模擬前屈一壓縮運(yùn)動(dòng)。分別測試完整狀態(tài)、骨折狀態(tài)、安放動(dòng)力固定器和安放堅(jiān)強(qiáng)固定器四個(gè)狀態(tài)的三維運(yùn)動(dòng)

5、范圍和前屈．壓縮剛度。 結(jié)果：動(dòng)力固定器與堅(jiān)強(qiáng)固定器均能在屈伸，側(cè)彎運(yùn)動(dòng)方向上顯著增加節(jié)段穩(wěn)定性，并使軸向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)恢復(fù)至正常運(yùn)動(dòng)范圍。但與堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定相比，動(dòng)力固定器在屈伸方向上的運(yùn)動(dòng)范圍增加，同時(shí)器械固定后標(biāo)本的結(jié)構(gòu)剛度減少。 結(jié)論：動(dòng)力椎弓根螺釘固定器可在不犧牲脊柱固定穩(wěn)定性的前提下，改變節(jié)段運(yùn)動(dòng)范圍和增加載荷傳導(dǎo)，可能會(huì)減少應(yīng)力遮擋和應(yīng)力集中。 第三部分：單次撞擊和逐級撞擊方式建立爆裂性骨折模型的等價(jià)性驗(yàn)證

6、 背景：胸腰椎爆裂性骨折的模型常在體外采用自由落錘技術(shù)來完成。該技術(shù)可有兩種撞擊模式，即單次撞擊法和逐級撞擊法。以往的研究均在基于兩者是等價(jià)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。但有關(guān)其等價(jià)性的研究還沒有報(bào)道。 目的：本研究的目的是驗(yàn)證在胸腰椎爆裂性骨折中，單次撞擊法和逐級撞擊法產(chǎn)生骨折的嚴(yán)重程度是否等價(jià)。 方法：20具小牛胸腰椎(T12～L2)標(biāo)本分為單次撞擊組和逐級撞擊組。逐級撞擊組采用三組能量，產(chǎn)生的累積能量為78.4J、107.

7、8J、137.2J；單次撞擊組只采用一次能量為137.2J的撞擊。4Nm力偶模擬前屈、后伸，左右側(cè)彎和左右軸向旋轉(zhuǎn)。比較兩組撞擊前和撞擊后的三維運(yùn)動(dòng)范圍和中性區(qū)。 結(jié)果：兩種模式撞擊后脊柱在前屈-后伸、側(cè)彎和旋轉(zhuǎn)的方向上均出現(xiàn)了穩(wěn)定性下降(P<0.01)。兩種模式撞擊前后的各方向上的ROM和NZ無明顯差異(P>0.05)。 結(jié)論：本研究提示單次撞擊法和逐級撞擊法能產(chǎn)生相似嚴(yán)重程度的爆裂性骨折。本研究的結(jié)果支持逐級撞擊法在

8、未來胸腰椎爆裂性骨折實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。 第四部分：胸腰椎椎體骨折累及范圍對后路椎弓根固定的生物力學(xué)影響 背景：椎體骨折將破壞其本身的載荷傳導(dǎo)功能。如果忽視了椎體骨折的嚴(yán)重程度可能會(huì)導(dǎo)致后路椎弓根螺釘內(nèi)固定系統(tǒng)的失敗。但至今還沒有研究表明椎體的骨折范圍對椎弓根螺釘固定后的生物力學(xué)影響。 目的：分析胸腰椎不同程度前中柱骨折經(jīng)椎弓根螺釘內(nèi)固定器固定后的生物力學(xué)效果，并探討前路重建的生物力學(xué)意義。 方法：收集12具新

9、鮮豬T10～L4節(jié)段胸腰椎脊柱標(biāo)本，分為兩組，將L1椎體行兩種不同范圍的v形預(yù)損傷，分別占椎體面積的1／6和1／3。然后前屈壓縮至V形區(qū)破壞，造成不同程度前中柱骨折。對骨折標(biāo)本先后進(jìn)行以下處理：安放AF椎弓根內(nèi)固定器；AF內(nèi)固定加前路植骨重建。每種狀態(tài)依次在CMT4104多功能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行軸向壓縮和前屈壓縮測試，分別計(jì)算每組的完整標(biāo)本，骨折內(nèi)固定標(biāo)本和植骨內(nèi)固定標(biāo)本的軸向壓縮剛度和前屈壓縮剛度。 結(jié)果：標(biāo)本前中柱骨折經(jīng)椎弓根

10、內(nèi)固定后軸向剛度和前屈壓縮剛度較完整標(biāo)本明顯下降(P<0.01)。椎體前中柱較大范圍累及的骨折與較小范圍累及者相比，剛度下降更明顯(P<0.01)。而前路植骨重建者剛度恢復(fù)至完整標(biāo)本水平(P<0.05)。同一狀態(tài)軸向壓縮剛度明顯大于前屈壓縮剛度(P<0.01)。 結(jié)論：胸腰椎前中柱骨折經(jīng)椎弓根螺釘系統(tǒng)固定不能使其恢復(fù)至原來的機(jī)械力學(xué)性質(zhì)，椎體骨折累及范圍越大，穩(wěn)定性越差；前中柱重建是減少后路內(nèi)固定器械承載的關(guān)鍵。 第五部

11、分：胸腰椎骨折載荷分享特征的生物力學(xué)研究 背景：載荷分享評分系統(tǒng)能評估胸腰椎骨折的嚴(yán)重程度，從而決定手術(shù)入路。但迄今為止尚未見用生物力學(xué)手段來驗(yàn)證胸腰椎骨折載荷分享評分系統(tǒng)的合理性。 目的：確定基于影像學(xué)表現(xiàn)產(chǎn)生的載荷分享評分與急性胸腰椎骨折生物力學(xué)行為的相關(guān)性。 方法：收集18具新鮮小牛T12～L3節(jié)段胸腰椎脊柱標(biāo)本，分為三組，分別用63.8J，107.8J，137.2J進(jìn)行軸向撞擊。骨折后中行X線和CT檢查，

12、計(jì)算載荷分享評分。4Nm力偶模擬前屈、后伸，左右側(cè)彎和左右軸向旋轉(zhuǎn)。比較骨折前后脊柱三維運(yùn)動(dòng)范圍的變化。分析載荷分享評分與脊柱三維運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)程度的關(guān)系。 結(jié)果：骨折的載荷分享評分分值隨著撞擊能量的增加而增加。載荷分享評分分值與脊柱三維運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)程度存在正相關(guān)關(guān)系(R2平均為0.434，P平均為0.004)。載荷分享評分分值高者(分值=6)比分值低者失穩(wěn)更嚴(yán)重(分值=7)(P=0.013)。 結(jié)論：載荷分享評分有助于評估急性胸

13、腰椎骨折的失穩(wěn)程度。本研究支持該評分系統(tǒng)在臨床中應(yīng)用。 第六部分：胸腰椎爆裂性骨折X神經(jīng)恢復(fù)與初始椎管阻塞和后凸畸形程度的關(guān)系 背景：在胸腰椎爆裂性骨折中，神經(jīng)功能的恢復(fù)和損傷初始的椎管阻塞程度以及后凸程度還沒有進(jìn)行專門的研究。 目的：驗(yàn)證胸腰椎爆裂性骨折中神經(jīng)功能的恢復(fù)是否和損傷初始的椎管阻塞程度以及后凸程度有關(guān)。如果相關(guān)，是否可以被預(yù)測。 方法：對在1993～2001期間87例胸腰椎爆裂性骨折的患者進(jìn)

14、行隨訪。采用美國神經(jīng)損傷協(xié)會(huì)的評分標(biāo)準(zhǔn)(ASIA)對神經(jīng)功能的初始損傷和最后恢復(fù)情況進(jìn)行評價(jià)，并測量初始的椎管阻塞率和后凸角度。 結(jié)果：52例有神經(jīng)功能損害的患者的ASIA評分從34.0(范圍：O～50)提高到46.19(范圍：27～50)。所有的病例除了2例全癱外神經(jīng)功能均得到提高，平均為72.2％(范圍：0～100％)。無神經(jīng)功能損傷組、神經(jīng)功能不完全損傷組和神經(jīng)功能完全損傷組中的初始椎管阻塞率和后凸角度無明顯差異。初始椎管

15、阻塞率和后凸角度對初始和最終的ASIA評分和神經(jīng)恢復(fù)率無明顯相關(guān)。 結(jié)論：初始椎管阻塞率和后凸角度對初始的神經(jīng)功能與最終的神經(jīng)恢復(fù)率無明顯關(guān)系。 第七部分：胸腰椎爆裂性骨折經(jīng)椎弓根螺釘系統(tǒng)治療后的角度丟失 背景：短節(jié)段后路椎弓根螺釘固定已廣泛應(yīng)用于胸腰椎爆裂性骨折，但內(nèi)固定去除后往往發(fā)生后凸畸形。有關(guān)此問題尚缺乏研究，并且角度丟失后出現(xiàn)后凸的臨床意義尚不明確。到目前為止，還沒有關(guān)于骨折椎體復(fù)位程度與角度丟失及最終

16、后凸角的關(guān)系的研究。 目的：考察胸腰椎爆裂性骨折采用短節(jié)段后路椎弓根螺釘固定后的角度丟失和后凸畸形再現(xiàn)的問題，并分析骨折椎體復(fù)位程度對角度丟失及最終后凸角的關(guān)系。 方法：27例胸腰椎(Tl2～L2)爆裂性骨折的患者進(jìn)行回顧分析。最短隨訪期2年，平均2.7年。腰背疼痛采用：Denis疼痛評分。在術(shù)前、術(shù)后、去除內(nèi)固定前和最后一次隨訪的X線側(cè)位片上，測量椎體前高率、椎體楔形角、上位椎間隙角、下位椎間隙角、Cobb角、局部后凸

17、角和矢狀指數(shù)。分析角度丟失情況及骨折椎體復(fù)位程度和最終后凸角的關(guān)系。 結(jié)果：內(nèi)固定去除后椎體的高度和楔形角無明顯丟失，而上、下位椎間隙角度明顯丟失，最終導(dǎo)致后凸畸形的發(fā)生。11例患者無疼痛，14例偶有疼痛，1例中度疼痛，1例中度到重度疼痛。最終的后凸角度與疼痛的發(fā)生無明顯相關(guān)性，但8例矢狀指數(shù)>15。的患者中其中度到重度疼痛(P3-5)的發(fā)生率較例外19例矢狀指數(shù)<15°的高。術(shù)后的骨折椎體的楔形角(VWA)與最終后凸角度(SI