新型脊柱-骨盆固定系統(tǒng)的生物力學(xué)研究.pdf

1、背景：
　　腰椎后路長節(jié)段固定是治療各類嚴(yán)重脊柱側(cè)彎以及脊柱退變性疾病常用的方法[1-4]。但對(duì)于明顯的冠狀面及矢狀面失衡,單純后路長節(jié)段固定常會(huì)因?yàn)槌C形力量不足而遺留畸形[5-7]。同時(shí),后路長節(jié)段固定系統(tǒng)可導(dǎo)致相鄰的椎間關(guān)節(jié)活動(dòng)度代償性增加,關(guān)節(jié)退變加速,患者往往需接受二次手術(shù)治療。為了獲得更加可靠的固定效果,防止繼發(fā)性退變,臨床常將內(nèi)固定系統(tǒng)的遠(yuǎn)端延伸至骨盆[1,2]。在現(xiàn)有的脊柱-骨盆固定技術(shù)中,骶骨螺釘技術(shù)由于其置釘區(qū)皮

2、質(zhì)骨含量較少,與長節(jié)段固定系統(tǒng)聯(lián)合應(yīng)用時(shí),難以提供足夠的遠(yuǎn)端錨著力,螺釘松動(dòng)以及腰骶假關(guān)節(jié)形成率一般較高[2],合并有骨質(zhì)疏松癥的老年患者這種情況更為嚴(yán)重[8]。而基于Galveston系統(tǒng)的髂骨釘技術(shù)具有更長的釘?shù)篮透己玫墓潭ㄐЧ?是脊柱-骨盆固定系統(tǒng)較為理想的選擇。但由于腰骶部解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜,個(gè)體變異較大,傳統(tǒng)髂骨釘技術(shù)對(duì)術(shù)者置釘、彎棒技術(shù)要求較高,手術(shù)操作繁瑣復(fù)雜,增加了術(shù)后嚴(yán)重并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)。因此,如何能在保證足夠腰骶穩(wěn)定性、降低

3、內(nèi)固定系統(tǒng)失效風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí),最大程度地簡(jiǎn)化手術(shù)操作成為了脊柱-骨盆固定研究的焦點(diǎn)所在。
　　研究目的：
　　本研究基于“模塊化”的原理,設(shè)計(jì)了一種新型脊柱-骨盆固定方式,并通過生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)方法對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證,進(jìn)而為臨床腰骶固定手術(shù)提供一種更加簡(jiǎn)便、可靠的脊柱-骨盆固定系統(tǒng)。
　　研究方法：
　　1.新型脊柱-骨盆固定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
　　在傳統(tǒng)腰-骶固定系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,于 L5椎體處使用雙頭椎弓根釘(6.5mm×45m

4、m),采用預(yù)彎的C形短棒連接L5雙頭椎弓根釘?shù)耐鈧?cè)頭和髂骨釘,形成一種腰-骶、腰-髂并聯(lián)的固定方式。
　　2.實(shí)驗(yàn)方法
　　取成人腰椎-骨盆防腐標(biāo)本(腰1-骨盆)6具,切斷腰2至骶骨棘突間的棘上、棘間韌帶,橫斷腰2至骶1間各關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)以制成腰椎失穩(wěn)模型。醫(yī)用牙托粉頭端包埋L1椎體上1/2,尾端包埋骨盆坐骨支。
　　實(shí)驗(yàn)分組為:(1)無固定組:不添加任何內(nèi)固定的脊柱骨盆標(biāo)本。(2)腰椎固定組:由L2椎弓根釘固定至L5椎弓

5、根釘;(3)腰-骶固定組:L2椎弓根釘固定至S1螺釘;(4)腰-骶-髂固定組:在腰-骶固定組的基礎(chǔ)上,將遠(yuǎn)端固定點(diǎn)串聯(lián)至髂骨釘;(5)新型固定組:按照新型脊柱-骨盆固定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接。
　　生物力學(xué)測(cè)試采用SBM2000型力學(xué)試驗(yàn)機(jī)對(duì)各組標(biāo)本L1椎體包埋端施加8Nm純力矩,執(zhí)行前屈、后伸、左右側(cè)彎、左右旋轉(zhuǎn)6種工況動(dòng)作。為消除粘彈性影響,每個(gè)動(dòng)作重復(fù)三次,只取最后一次記錄測(cè)試數(shù)據(jù)。
　　測(cè)試指標(biāo)分別為:(1)安裝新型

6、固定系統(tǒng)以及腰-骶-髂固定系統(tǒng)的操作時(shí)間。(2)各實(shí)驗(yàn)組活動(dòng)度:2個(gè)反光標(biāo)記球組分別固定于L2及L5椎體前方,紅外動(dòng)態(tài)記錄儀記錄各實(shí)驗(yàn)組不同活動(dòng)工況下 L2及 L5椎體水平活動(dòng)度。(3)各實(shí)驗(yàn)組釘棒系統(tǒng)應(yīng)力:分別在L5椎弓根釘、S1螺釘、髂骨釘頸部的上、下面,以及腰骶間固定棒(L5-S1)的前、后面粘貼1×1mm電阻應(yīng)變片,程控靜態(tài)電阻應(yīng)變儀記錄不同活動(dòng)工況下各實(shí)驗(yàn)組相應(yīng)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變值,根據(jù)虎克定律σ=E·ε(E:彈性模量,ETi6Al4

7、V=16.5GPa,σ:應(yīng)力,ε:應(yīng)變),將測(cè)得的應(yīng)變值換算成為應(yīng)力值。
　　3.統(tǒng)計(jì)分析
　　各數(shù)據(jù)均采用 SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。其中,安裝操作時(shí)間比較采取 t檢驗(yàn);活動(dòng)度及應(yīng)力數(shù)據(jù)由于方差不齊,比較時(shí)采取Krushkal-Wallis檢驗(yàn)。
　　研究結(jié)果：
　　1.固定系統(tǒng)的安裝操作時(shí)間:新型固定組較腰-骶-髂固定組明顯縮短,有顯著性差異(P﹤0.05)。
　　2.L2水平活動(dòng)度:所有工況下

8、,腰-骶固定組、腰-骶-髂固定組、新型固定組均較無固定組明顯減小;前屈、側(cè)彎、旋轉(zhuǎn)工況下腰椎固定組較無固定組明顯減小;側(cè)彎、旋轉(zhuǎn)工況下,腰-骶-髂固定組、新型固定組均較腰椎固定組明顯減小;以上均有顯著性差異(P﹤0.05)。
　　3.L5水平活動(dòng)度:所有工況下,腰-骶固定組、腰-骶-髂固定組、新型固定組均較無固定組明顯減小;前屈、側(cè)彎、旋轉(zhuǎn)工況下腰椎固定組較無固定組明顯減小;所有工況下,腰-骶-髂固定組、新型固定組均較腰椎固定組明

9、顯減小;前屈、側(cè)彎、旋轉(zhuǎn)工況下腰-骶固定組較腰椎固定組明顯減小;以上均有顯著性差異(P﹤0.05)。
　　4.L5椎弓根釘應(yīng)力:所有工況下,腰-骶固定組、腰-骶-髂固定組、新型固定組均較腰椎固定組明顯減小,均有顯著性差異(P﹤0.05)。
　　5.S1螺釘應(yīng)力:所有工況下,腰-骶-髂固定組、新型固定組均較腰-骶固定組明顯減小,均有顯著性差異(P﹤0.05)。
　　6.髂骨釘應(yīng)力:所有工況下,腰-骶-髂固定組與新型固定組

10、組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P﹥0.05)。
　　7.腰骶間固定棒(L5-S1)應(yīng)力:前屈、后伸工況下,腰-骶固定組、新型固定組均較腰-骶-髂固定組明顯減小;側(cè)彎、旋轉(zhuǎn)工況下,新型固定組較腰-骶固定組、腰-骶-髂固定組均明顯減小;以上均有顯著性差異(P﹤0.05)。
　　結(jié)論：
　　1.各脊柱-骨盆固定方式均能顯著改善長節(jié)段固定系統(tǒng)的腰骶穩(wěn)定性,系統(tǒng)遠(yuǎn)端的固定螺釘均能有效降低其近端螺釘所承受的應(yīng)力負(fù)荷。
　　2.新型脊