上颈椎后路柔性动态固定与下颈椎经关节螺钉的生物力学研究

摘要

研究目的:
　　分析细棒、PEEK棒、转动钉、滑动钉固定对寰枢关节稳定性与载荷分享的影响。
　　分析细棒和不同数量配置的转动钉对枕颈区的稳定性与载荷分享的影响。
　　比较下颈椎经关节螺钉与侧块钉棒系统固定的生物力学特点。
　　研究方法:
　　1.选择几种可能应用于枕颈区后路固定的柔性动态内固定方案
　　坚强固定是使用直径3.5mm钛棒，钉棒之间锁定连接固定，以坚强固定作为对照。
　　(1)细棒:选用直径2.0mm钛棒。
　　(2)聚醚醚酮树脂(PEEK)棒:选用直径3.5mm，PEEK材质的连接棒。
　　(3)转动钉:在普通万向椎弓根螺钉基础上加工，实现在螺帽锁紧之后钉棒间的转动，可转动角度范围是15度。
　　(4)滑动钉:在普通单向椎弓根螺钉基础上，改进钉尾部螺纹的设计，实现在螺帽锁紧之后允许钉棒之间的纵向滑动，滑动距离不受限制。
　　2.柔性及动态固定对寰枢椎稳定性和载荷分享的影响
　　本部分实验采用6具新鲜成人颈椎枕骨(Oc)～C4节段进行测试，模拟以下手术及固定情况:①完整状态;②损伤状态:枢椎齿状突Ⅱ型骨折;③转动钉:寰椎双侧椎弓根螺钉采用2枚转动钉，枢椎采用普通椎弓根螺钉固定，直径3.5mm钛棒连接;④滑动钉:寰枢双侧椎弓根螺钉采用2枚滑动钉，枢椎采用普通椎弓根螺钉固定，直径3.5mm钛棒连接;⑤PEEK棒:寰枢椎均采用普通椎弓根螺钉固定，直径3.5mm的PEEK棒连接。直径2.0mm钛棒与3.5mm钛棒的固定状态将在枕颈固定节段的测试中一同测量，取寰枢椎固定节段的运动数据进行分析。在C1左右侧块，C2、3椎体前缘中部，左右前外侧粘贴6枚应变片，连接应变测试仪。
　　采用重复测量的实验设计，在完整、损伤和不同的固定状态下，通过脊柱试验机对标本分别施加1.5Nm的前屈/后伸、左/右侧弯和左/右轴向旋转的纯力偶矩。主要进行两个方面的评价:①稳定性评价:在枕骨、C1～3椎骨上通过克氏针连接固定4枚红外线标志点，采用Optotrak三维运动测量系统连续采集标志点运动，分析寰枢椎之间角度运动范围和中性区。在滑动钉固定时，测量滑动钉的可滑动距离。②载荷分享评价:通过C1、2、3椎骨前缘粘贴的应变片，测量椎骨前缘的载荷大小，间接评价后方内固定上承担的载荷变化。
　　3.柔性及动态固定对枕颈区稳定性和载荷分享的影响
　　在同一具标本上进行枕颈区后路柔性动态固定的生物力学测试。上方延伸固定至枕骨，下方延伸固定至颈3椎体。
　　4.下颈椎经关节螺钉固定的生物力学研究
　　采用8具新鲜尸体下颈椎标本(C5～T1)，在不同的测试状态下，包括完整(Intact)、C5/6后方韧带复合体切断（Injury）、C5～7经关节螺钉固定(TF)、C5～7侧块钉棒系统固定(LM)、C6椎体次全切除前路钛网钛板固定(AP)、前路固定联合经关节螺钉固定(AP+TF)、前路固定联合侧块钉棒系统固定(AP+LM)，在屈伸、侧弯及旋转方向上施加2Nm纯力偶，测量固定节段(C5～7)的运动学变化。在C6、C7椎体前缘粘贴应变片，比较不同状态下椎体前柱载荷变化。
　　研究结果:
　　1.柔性及动态固定对寰枢椎稳定性和载荷分享的研究
　　(1)在寰枢关节，与完整状态比较，枢椎齿状突骨折的损伤状态，在前屈、后伸、侧弯和旋转方向上均显著增加了C1～2节段间的运动范围（P＜0.05）。采用3.5mm直径的钛棒坚强固定，2.0mm直径的细棒以及3.5mm直径的PEEK棒固定后，在前屈、后伸、侧弯和旋转方向上均显著减小了固定节段的运动范围(P＜0.05)。在侧弯方向上，PEEK棒的运动范围大于坚强固定（P=0.005）。
　　(2)在寰椎采用2枚转动钉和滑动钉固定，在前屈、后伸、侧弯和旋转方向上均显著减小了固定节段的运动范围（P＜0.05）。与坚强固定比较，在侧弯方向上，转动钉和滑动钉固定的运动范围大于坚强固定(P转动钉=0.024，P滑动钉=0.001)。滑动钉固定在各方向上可取得0.20～1.25mm的滑动效果。
　　(3)与完整状态比较，损伤状态在屈伸方向上显著增加了C1～2节段间的中性区（P=0.043），而在侧弯和旋转方向上，损伤后中性区有所增加，但无显著性差异(P＞0.05)。采用3.5mm直径的钛棒坚强固定，与2.0mm直径细棒、3.5mm直径PEEK棒、转动钉与滑动钉固定后，在屈伸、侧弯和旋转方向上均显著减小了固定节段的中性区(P＜0.05)。各种固定方式之间两两比较，均无显著性差异(P＞0.05)。
　　(4)寰枢椎应变测试的结果显示数据的标准差较大，组间比较多无统计学意义因此测量结果仅能反应组间变化趋势。
　　2.柔性及动态固定对枕颈区稳定性和载荷分享的研究
　　(1)在枕寰枢关节，与完整状态比较，造成枢椎齿状突骨折和寰枕关节囊破坏的损伤状态，在前屈、后伸、侧弯和旋转方向上均显著增加了Oc～C3节段间的运动范围（P＜0.05）。采用3.5mm直径的坚强固定，与2.0mm直径的细棒固定后，在前屈、后伸、侧弯和旋转方向上均显著减小了固定节段的运动范围(P＜0.05);细棒固定后各方向上的运动范围均大于坚强固定，有显著性差异(P＜0.05)。
　　(2) Oc～C3节段采用不同数量配置的转动钉固定后，在前屈、后伸、侧弯和旋转方向上均显著减小了固定节段的运动范围（P＜0.05）;与坚强固定比较，C1、2、3使用6枚转动钉固定在旋转方向上明显增加了Oc～C3运动范围，差别有统计学意义(P=0.031)。
　　(3)与完整状态比较，损伤状态在屈伸方向上显著增加了Oc～C3节段间的中性区(P=0.014)，而在侧弯、旋转方向上，损伤后中性区有所增加，但无显著性差异(P＞0.05)。坚强固定，细棒固定与不同数量配置的转动钉固定后，在屈伸、侧弯和旋转方向上均显著减小了固定节段的中性区（P＜0.05）。
　　(4)当Oc～C3固定后，在寰椎，与完整状态比较，细棒与转动钉固定在前屈、后伸、旋转方向上均明显减少椎体前方的应变(P＜0.05)，在侧弯方向上具有减少椎体前方应变的趋势，但差别无统计学意义（P＞0.05）。与坚强固定比较，细棒与转动钉固定在各个方向上均不同程度增加了椎体前方的应变。
　　(5)在枢椎，与完整状态比较，细棒与转动钉固定在各个方向上均明显减少椎体前方的应变（P＜0.05）。与坚强固定比较，细棒与转动钉固定在各方向上均不同程度增加了椎体前方的应变，在后伸方向上，细棒和转动钉固定均明显增加椎骨前方的应变，差别有统计学意义（P＜0.05）;在旋转方向上，细棒固定明显增加椎骨前方的应变，差别有统计学意义（P=0.002）。
　　(6)在C3椎体，与完整状态比较，细棒和不同配置的转动钉固定后，在前屈、后伸方向上具有增加C3椎体前方应变的趋势;在侧弯和旋转方向上，明显减少椎体前方的应变（P＜0.05）。各种固定方式之间两两比较，差别无统计学意义。
　　(7)在前屈、后伸、侧弯方向上，采用不同数量配置的转动钉固定，各节段运动范围基本相当。在旋转方向上，采用细棒固定，各节段运动范围基本相当。
　　3.下颈椎经关节螺钉固定的生物力学研究
　　(1)后路经关节螺钉与侧块钉棒系统固定后，固定节段运动范围均较完整和损伤状态明显减小（P＜0.05）。
　　(2)在屈伸方向上，单纯后路经关节螺钉固定稳定性弱于侧块钉棒(P=0.002)，在侧弯和旋转方向上，两者稳定性相当（P＞0.05）。
　　(3)经关节螺钉联合前路钛网钛板固定后，屈伸运动范围明显减小(TF vs.AP+TF，P=0.004)，与侧块钉棒联合前路钛网钛板固定的效果基本相当(AP+TFvs.AP+LM，P=0.406)。
　　(4)后方器械固定后，在固定节段中部的C6椎体，椎体前柱的应变较完整状态有减少趋势。侧块钉棒固定后前屈方向上椎体前柱应变小于经关节螺钉固定后的椎体前柱应变。
　　研究结论:
　　1.在寰枢关节采用直径2.0mm的细棒固定，与坚强固定的稳定性相当。
　　2.寰枢关节采用直径3.5mm的PEEK棒固定，在前屈、后伸、旋转方向上与坚强固定的稳定性相当，在侧弯方向上弱于坚强固定。
　　3.在寰椎采用2枚转动钉和滑动钉固定，在侧弯方向上弱于坚强固定。
　　4.在枕寰枢关节，采用直径2.0mm的细棒固定，在各方向上的稳定性均弱于坚强固定。
　　5.在C1、2采用2枚或4枚转动钉固定，在各方向上与坚强固定的稳定性相当。
　　6.在C1、2、3采用6枚转动钉固定，在前屈、后伸、侧弯方向上与坚强固定的稳定性相当。在旋转方向上弱于坚强固定。
　　7.与坚强固定比较，柔性动态固定可不同程度地增加节段的运动范围。
　　8.采用直径2.0mm的细棒或者C1、2、3不同数量配置的转动钉固定，C1、C2椎体前方的应变较坚强固定有不同程度的增加。
　　9.下颈椎经关节螺钉固定在轴向旋转和侧弯方向上与侧块钉棒系统固定有相似的固定效果，但限制屈伸运动的能力较弱。

目录

摘要

前言

第一章 寰枢椎后路柔性动态固定的生物力学研究

第一节 后路柔性动态固定器械的选择

第二节 柔性动态固定对寰枢椎稳定性和载荷分享的影响

1 材料和方法

2 结果

3 讨论

4 结论

第二章 枕颈区后路柔性动态固定的生物力学研究

1．材料和方法

2 结果

3 讨论

4 结论

第三章 下颈椎经关节螺钉的生物力学研究

1 材料和方法

2 结果

3 讨论

4 结论

综述 上颈椎后路内固定手术研究进展

参考文献

附图

攻读学位期间成果

中英文缩略词表

致谢

声明

学位论文统计学审查合格证书