腰椎峽部裂翼狀記憶合金節(jié)段內(nèi)固定器的實驗研究.pdf

1、研究背景 腰椎峽部裂(lumbarspondylolysis，LS)為腰椎一側(cè)或兩側(cè)椎弓上下關(guān)節(jié)突之間的峽部骨質(zhì)缺損不連續(xù)，亦稱椎弓峽部裂或峽部不連。該疾病是一種常見的脊柱疾病，在我國的發(fā)病率為4％～6％，某些特殊人群如運(yùn)動員則高達(dá)20％，一般無癥狀；然而在一部分患者當(dāng)中，峽部裂可引起慢性下腰痛。隨著我國生活水平的逐步提高，參與高強(qiáng)度、高難度體育運(yùn)動的人數(shù)逐漸增多，尤其是青少年，導(dǎo)致腰椎峽部裂的發(fā)生率有所上升。 盡管許多

2、專家贊同腰椎峽部裂應(yīng)首先考慮非手術(shù)治療，但峽部裂的具體治療方法目前還存在爭議。大部分學(xué)者認(rèn)為腰椎峽部裂患者通過非手術(shù)治療即可控制癥狀及維持患椎節(jié)段活動功能，僅有少部分患者因持續(xù)疼痛或滑脫趨勢需要手術(shù)治療。可有學(xué)者指出非手術(shù)治療雖可取得良好的療效，但只有極少數(shù)患者能獲得峽部缺損骨性融合。也有學(xué)者報道早期發(fā)現(xiàn)的單側(cè)峽部裂患者通過保守治療峽部缺損獲得了骨性融合，同時也指出雙側(cè)峽部裂患者隨著時間的推移，患椎可發(fā)生進(jìn)一步退變以及發(fā)生滑脫。由于腰椎

3、峽部裂患者脊柱不穩(wěn)定因素長期存在，局部形成的剪力會導(dǎo)致脊柱滑脫并進(jìn)行性加重，形成椎管狹窄，引起馬尾神經(jīng)根受壓、牽拉而產(chǎn)生更嚴(yán)重的臨床癥狀。 腰椎峽部裂手術(shù)治療主要適應(yīng)于腰痛癥狀嚴(yán)重和/或有神經(jīng)受損表現(xiàn)，經(jīng)正規(guī)非手術(shù)治療效果差、癥狀反復(fù)者。由于腰椎峽部裂術(shù)后外固定往往需要較長時間且固定效果并不可靠，多數(shù)學(xué)者主張采用有效的內(nèi)固定方法。因跨節(jié)段內(nèi)固定對脊柱存在種種不良影響，故近年來多主張采用節(jié)段內(nèi)固定的方法治療腰椎峽部裂。 近

4、年來出現(xiàn)了許多新的節(jié)段內(nèi)固定方法，但多數(shù)是基于峽部螺絲釘固定法、橫突棘突鋼絲捆綁法、鉤螺釘固定法三種傳統(tǒng)內(nèi)固定方法。由于上述方法治療腰椎峽部裂仍有許多不足之處，我們從1998年開始研制的雙側(cè)弧形記憶合金節(jié)段內(nèi)固定器，使腰椎峽部裂的節(jié)段內(nèi)固定治療獲得較大進(jìn)步。然而尚存在不足，適應(yīng)證狹窄及仍有脫鉤現(xiàn)象等限制了其臨床應(yīng)用。為克服上述缺點，擴(kuò)大臨床適應(yīng)證，促進(jìn)形態(tài)記憶合金節(jié)段內(nèi)固定器的推廣應(yīng)用，我們充分利用形態(tài)記憶合金的材料優(yōu)勢，緊密結(jié)合腰椎峽

5、部裂解剖學(xué)及生物力學(xué)特征，重新研制了一種整體型腰椎峽部裂翼狀記憶合金節(jié)段內(nèi)固定器(wing-likememoryalloyintrasegmentalfixator，WMAIF)。通過材料力學(xué)測試及生物力學(xué)實驗表明：該節(jié)段內(nèi)固定器符合腰椎峽部裂的生物力學(xué)及解剖學(xué)特征，能夠恢復(fù)峽部裂腰椎的穩(wěn)定性，維持牢固的固定。 本課題擬應(yīng)用WMAIF的設(shè)計參數(shù)、材料特性及ANSYS8.0軟件建立一個WMAIF的三維有限元模型，用以對其抗拉強(qiáng)度及

6、應(yīng)力分布進(jìn)行研究，為WMAIF的臨床應(yīng)用提供生物力學(xué)基礎(chǔ)和理論依據(jù)。同時，為了進(jìn)一步探討腰椎峽部裂翼狀記憶合金節(jié)段內(nèi)固定器固定的腰椎峽部裂的愈合特點及相關(guān)機(jī)理，我們將其應(yīng)用于犬腰椎峽部裂模型，觀察其對峽部裂愈合的影響。 第一章腰椎峽部裂翼狀記憶合金節(jié)段內(nèi)固定器的有限元分析 目的 采用有限元分析法測試腰椎峽部裂翼狀記憶合金節(jié)段內(nèi)固定器(wing-likememoryalloyintrasegmentalfixato

7、r，WMAIF)抗拉力強(qiáng)度及其加載時的應(yīng)力分布。 方法 將WMAIF的設(shè)計參數(shù)、實體掃描及材料力學(xué)特性輸入計算機(jī)，采用大型有限元分析軟件ANSYS8.0建立WMAIF三維實體模型，對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后給予拉伸載荷，測量承載點的拉力及內(nèi)固定器的應(yīng)力分布。 結(jié)果 建立了WMAIF的有限元模型，可以預(yù)測WMAIF在變形過程中其本身結(jié)構(gòu)中各節(jié)點、單元的受力、位移情況。當(dāng)WMAIF兩翼展分別被拉開2mm時，承載