脊柱滑脫后路內(nèi)固定系統(tǒng)釘棒局部受力的生物力學(xué)分析.pdf

1、腰椎滑脫是脊柱外科臨床中常見的退行性疾病，是慢性腰痛的常見原因。目前臨床上多采取手術(shù)治療來解除對神經(jīng)組織的壓迫，采用椎弓根螺釘技術(shù)復(fù)位固定滑脫的椎體，椎體間或后路植骨融合，使滑脫的脊柱節(jié)段達(dá)到長期穩(wěn)定。隨著椎弓根螺釘固定技術(shù)的不斷發(fā)展，臨床上關(guān)于椎弓根螺釘發(fā)生彎曲、斷裂的報道屢見不鮮，醫(yī)生們也對滑脫復(fù)位固定的節(jié)段數(shù)目產(chǎn)生了分歧。有學(xué)者認(rèn)為，二節(jié)段復(fù)位固定的強度可以滿足植骨融合的需要，減少了融合的節(jié)段，更大程度地保留了腰椎動度，同時也減少

2、了手術(shù)時間及手術(shù)造成的創(chuàng)傷。但對于II度以上的中、重度滑脫，其復(fù)位拉力不足，常無法達(dá)到復(fù)位的目的，復(fù)位率低，固定后的生物力學(xué)穩(wěn)定性較差，融合率低，且易導(dǎo)致螺釘疲勞產(chǎn)生彎曲、斷裂等情況。三節(jié)段復(fù)位固定具有更好的生物力學(xué)穩(wěn)定性，產(chǎn)生的提拉力大，復(fù)位率高，復(fù)位后脊柱具有更好的動態(tài)穩(wěn)定性，融合率高，且可以減小內(nèi)固定裝置在術(shù)后產(chǎn)生疲勞斷裂的幾率。但手術(shù)切口長，對患者創(chuàng)傷大，固定節(jié)段多，更大程度損失了腰椎動度，手術(shù)費用高等是其缺點所在。臨床病例分析

3、顯示，椎弓根螺釘系統(tǒng)發(fā)生斷裂主要在螺釘根部，產(chǎn)生并發(fā)癥多的原因主要是受周期性負(fù)荷而導(dǎo)致的內(nèi)固定疲勞。材料力學(xué)測試結(jié)果顯示：使金屬材料產(chǎn)生疲勞的原因是應(yīng)力集中。目前，脊柱內(nèi)固定器械生物力學(xué)領(lǐng)域的研究大多集中在內(nèi)固定材料的生物力學(xué)穩(wěn)定性上，都是定性研究。而對其疲勞特性的研究報道較少，尤其對臨床常用的椎弓根螺釘及固定棒系統(tǒng)疲勞特性的定量研究少。
　　研究目的：
　　比較脊柱滑脫后路手術(shù)采用二組和三組螺釘固定方法中釘棒局部的受力情況

4、，并進行定量分析，為臨床上選擇手術(shù)方法，確定滑脫復(fù)位固定的節(jié)段數(shù)目提供理論依據(jù)。
　　實驗方法：
　　1.選用6具新鮮成人尸體脊柱標(biāo)本（L1-L5），Panjabi法制備成L3、4滑脫模型：首先切斷L2、3,L3、4棘上韌帶、棘間韌帶及黃韌帶，然后離斷雙側(cè)L3椎體峽部，離解L3、4小關(guān)節(jié)囊，再將L3椎體后弓完整游離取出，最后于L3、4椎間隙處切斷后縱韌帶，并摘除髓核。
　　2.將大小為2×1mm的矩形電阻應(yīng)變計分別粘貼

5、于螺釘根部上下相互平行的兩個面和固定棒長度中點處（以二節(jié)段固定為例）與橫截面相互垂直的四個面上，使電阻應(yīng)變計的長軸與螺釘和固定棒的長軸方向保持一致。
　　3.實驗對每具標(biāo)本分別進行二節(jié)段固定和三節(jié)段固定測試，實驗數(shù)據(jù)分別錄入二節(jié)段固定組（A組）和三節(jié)段固定組（B組）。二節(jié)段固定測試時，將螺釘固定于L3和L4椎體；三節(jié)段固定測試時，將螺釘固定于L2、L3和L4椎體。調(diào)整固定棒，使棒上應(yīng)變計的位置處于L3、L4椎體螺釘間距離的中點。<

6、br>　　4.將標(biāo)本兩端L1和L5椎體用PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）包埋固定于自制夾具內(nèi)，在INSTRON5567材料實驗機上對標(biāo)本進行垂直壓縮，前屈，后伸，左、右側(cè)彎等5個方向的生物力學(xué)測試。垂直壓縮時最大載荷為500N，前屈，后伸，左、右側(cè)彎時最大載荷為8N·m，加載速度均為5mm/min。由DH-3815N型電阻應(yīng)變計靜態(tài)應(yīng)變測試儀記錄椎弓根螺釘及固定棒上各測量位點的應(yīng)變值。
　　5.對所采集兩組中相對應(yīng)測量位點的數(shù)據(jù)用SP

7、SS11.0統(tǒng)計軟件進行配對t檢驗。根據(jù)虎克定律σ=E·ε（E為彈性模量，ETi-6Al-4V=16.5GPa，σ為應(yīng)力，ε為應(yīng)變）應(yīng)力與應(yīng)變成正比，通過應(yīng)變可以計算出應(yīng)力。
　　生物力學(xué)測試結(jié)果：
　　1.固定棒上，垂直壓縮測試時兩種方法中各測量位點應(yīng)力大小無顯著差異；其它測試工況下，應(yīng)力大小差異主要集中在棒的前、后兩側(cè)。其中：二節(jié)段固定組在前屈運動時固定棒所受應(yīng)力小于三節(jié)段固定組，在后伸、左側(cè)彎及右側(cè)彎運動時固定棒所受應(yīng)

8、力大于三節(jié)段固定組（P＜0.05）；
　　2.提拉釘上，后伸運動時二節(jié)段固定組螺釘上各點應(yīng)力小于三節(jié)段固定組；垂直壓縮，前屈及左、右側(cè)彎運動時，二節(jié)段固定組均大于三節(jié)段固定組（P＜0.05）。
　　3.固定釘上，垂直壓縮和后伸運動時各測量位點應(yīng)力大小無顯著差異；前屈及左、右側(cè)彎運動時二節(jié)段固定組均小于三節(jié)段固定組（P＜0.05）。
　　結(jié)論：
　　三節(jié)段固定法較二節(jié)段固定法可以有效地減小固定棒和提拉釘根部所受應(yīng)力