新型腰椎半坚强动态固定系统Lander-Ⅰ的研制与实验研究

摘要

研究背景: 腰椎间盘退行性疾病(Degenerativediscdisease，DDD)是脊柱外科最常见的疾病之一，是成年人腰痛和伤残的主要原因，造成了巨大的经济耗费和社会负担。流行病学调查表明，大约有高达80％的人一生中有过腰痛的症状，它仅次于普通感冒，是造成病人求医位居第二位的原因。若经过3～6个月正规保守治疗无效，症状严重，严重影响生活质量者应及早考虑外科手术治疗。手术方案应根据患者椎间盘病理改变的严重程度和脊柱运动节段的稳定性来决定。目前，椎间盘突出症常选择开放或微创的椎间盘摘除术；而对于严重的椎间盘退变及伴不稳表现者则多选择脊柱融合手术。于是DDD改变导致椎体不稳定，而不稳定又导致腰痛(lowbackpain，LBP)，脊柱融合通过固定不稳定而达到椎间融合从而减轻疼痛，成为传统脊柱外科的最后手段，被誉为“金标准”。 本研究希望结合正常国人腰椎解剖及活动度特点，研制一种新型腰椎后路半坚强动态固定系统，暂命名为莱德尔I型(Lander-I)，并通过生物力学试验研究其性能，探讨临床应用可行性。 研究目的: 1.研制一种新型腰椎后路半坚强动态固定系统(Lander-I)； 2.新型腰椎半坚强动态系统(Lander-I)对椎间盘和关节突关节负荷以及腰椎运动节段活动度的影响； 3.观察新型腰椎半坚强动态固定系统(Lander-I)对椎间高度及活动度的影响。 研究方法: 1.新型腰椎半坚强动态固定系统(Lander-I)的相关解剖学研究及研制； 1.1新型腰椎半坚强动态固定系统(Lander-I)的相关解剖学研究：应用游标卡尺测量32具成人完整腰椎标本L1-L5段相邻椎弓根解剖学投影点之间的间距。 1.2新型腰椎半坚强动态固定系统(Lander-I)的研制：ISOBARTTL半坚强动态固定系统不足之处在于其较正常椎节生理活动度明显较小。参考正常成人腰椎节段活动度及腰椎L1-L5段脊柱的椎弓根解剖学投影点之间的间距，设计新型半坚强动态固定系统莱德尔I型(Lander-I)，使其在具有TTL系统优点的基础上允许更为接近正常的活动度。 2.新型腰椎半坚强动态固定系统(Lander-I)的生物力学研究： 2.1Lander-I半坚强动态固定棒活动度的试验研究：设计长方体木块两块作为椎体模型。858型MTS材料测试系统提供加载负荷。Spine2000激光扫描系统进行动态棒屈曲活动度的三维扫描测试。应用IsobarTTL与Lander-I半坚强动态固定棒进行对照研究。分析Lander半坚强动态棒屈曲度、椎弓根钉固定点的相对水平位移以及垂直压缩度。 2.2Lander-I半坚强动态固定系统对腰椎固定节段活动度(Rangeofmotion，ROM)影响的生物力学研究：采用6具新鲜人体腰椎标本，分别对L3-4节段进行Lander-I、TTL及坚强固定系统固定；对受试标本施加前屈、后伸、左侧弯及左向旋转的力偶矩，在三维运动测试系统测定相应固定节段的活动度。分析比较不同内固定物对腰椎固定节段活动度的影响。 2.3Lander-I半坚强动态固定系统对固定节段椎间隙压力的影响：建立腰椎软骨终板应力测试系统。6具新鲜人体腰椎标本，分别对L3-4节段进行Lander-I、TTL及坚强固定系统的固定；受试标本在前屈、后伸、左侧弯及左旋转的状态下，MTS855材料测试系统加载，测定相应固定节段的终板压力。 2.4Lander-I半坚强动态固定系统对固定节段关节突关节压力的影响：压敏片插入脊柱标本L3-4两侧关节突关节间隙内，依次使标本处于中立位、前屈10度，后伸10度，左弯10度，左旋10度，MTS施加400N轴向负荷，保持最大载荷1分钟后卸载，取出压敏片。重复三次，取三次的平均值作为该状态下关节面的压力值。将压敏片图像扫描到计算机中存储、分析、处理。 3.Lander-I半坚强动态固定系统的影像学观察：对脊柱标本在完整状态及椎间盘摘除状态，进行Lander-I及TTL动态棒的固定，拍摄正侧位腰椎动力位平片，观察指标包括：①腰椎固定节段活动度；②固定节段椎间高度。评价方法：拍摄中立及动力位侧位X线片，动力位片获得前屈角度和后伸角度。腰椎节段活动度=(腰椎中立角度-前屈角度)+(后伸角度-腰椎中立角度)=后伸角度-前屈角度。椎间隙高度(Intervertebraldischeight,IDH)测量：为尽量消除误差，以侧位X片病变椎间隙前后缘高度的均值与上位椎体中部矢状径的比值来表示。 结果: 1.椎弓根解剖投影点间距在29mm左右，除去钉尾高度以及钉尾倾斜的影响，椎弓根钉之间的棒长度在20mm左右。为不影响动态固定棒的活动度，弹性元件高度宜不大于15mm。 2.两种半坚强动态固定棒屈曲度、椎弓根钉固定点的相对水平位移以及垂直压缩度都有明显统计学差异(P<0.05)。新型Lander-I半坚强动态固定棒屈曲活动度更接近生理，垂直压缩度较TTL系统为小，需进行进一步改进。 3.腰椎下位坚强融合以后，邻近节段活动度受到明显影响，活动范围较正常增大；下位L4-5融合合并上位L3-4椎间盘摘除，将进一步导致邻近节段稳定性丧失，活动度更加增大，Lander-I及TTL系统固定均能显著稳定椎间活动，不同状态下，Lander-I系统固定较TTL及坚强棒系统固定运动节段活动度都明显改善，具有显著差异(P<0.05)。 4.TTL、Lander-I、坚强系统固定下L3-4终板应力较正常应力值依次减小，具有显著性差异(P<0.05)，坚强固定下终板应力最低，而Lander-I系统固定下终板应力稍高于TTL系统。 5.L3-4节段经TTL及Lander-I系统固定以后，无固定组、TTL组、Lander组关节突关节压力在直立、前屈、后伸、侧屈、侧旋等状态结果均存在显著统计学差异(P<0.05)，固定组较无固定组关节突关节压力显著降低。TTL固定组，直立、前屈、后伸、侧屈和侧旋等状态关节突关节压力分别减少为垂直载荷(400N)的4.01％、0.74％、3.78％、3.45％和19.6％，关节突关节负荷也分别减少为正常的25.32％、17.21％、17.02％、18.45％和35.90％，关节突关节压力显著减小；而Lander-I固定组，直立、前屈、后伸、侧屈和侧旋等状态关节突关节压力分别减少为垂直载荷(400N)的4.20％、0.73％、5.60％、5.30％和13.20％，关节突关节负荷分别减少为正常的26.58％，17.02％，25.23％，28.34％，23.18％，差异具有显著性(P<0.05)。椎间盘摘除状态，关节突关节压力在直立、后伸、侧屈和侧旋等状态较正常明显增加，但前屈状态则明显减小，均具有显著的统计学差异。 6.影像学观察可见Lander-I、TTL系统固定后椎间高度得到有效恢复。Lander-I系统圃定较TTL系统固定椎间活动度明显改善。屈伸动力位片未见到椎间不稳定迹象。 结论: 1.新型腰椎半坚强动态固定系统(Lander-I)明显稳定失稳椎节，运动范围较TTL系统明显改善，更加接近正常状态。垂直压缩度尚需进行改进； 2.Lander-I半坚强动态固定系统能明显缓解固定节段终板应力，避免了应力遮挡； 3.Lander-I半坚强动态固定系统对于腰椎关节突关节负荷能够起到明显的缓解作用； 4.两种半坚强动态固定系统均可有效恢复椎间高度，并保持椎间活动度。Lander-I系统固定下椎间活动度较TTL系统有明显改善。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：英文缩写含义

声明

第一章新型腰椎半坚强动态固定系统Lander-Ⅰ的研制

1.新型腰椎半坚强动态固定系统Lander-Ⅰ的相关解剖学研究

2.新型腰椎半坚强动态固定系统Lander-Ⅰ的研制

2.1设计背景

2.2新型腰椎半坚强动态固定系统Lander-Ⅰ的研制

3.参考文献

第二章新型腰椎半坚强动态固定系统Lander-Ⅰ的生物力学研究

前言

第一节Lander-Ⅰ半坚强动态固定棒活动度的对比研究

1.脊柱内固定器械强度实验的基本原理

2.Lander-Ⅰ动态棒屈曲活动度的对比研究

3.Lander-Ⅰ动态棒垂直压缩度（Vertical compressive demension,VCD）的研究

4.结论

5.参考文献

第二节Lander-I半坚强动态固定系统对固定节段活动度的生物力学研究

1.目的

2.材料与方法

3.结果

4.讨论

5.结论

6.参考文献

第三节Lander-Ⅰ半坚强动态固定系统对固定节段椎间隙压力的影响

1.目的

2.材料与方法

3.结果

4.讨论

5.结论

6.参考文献

第四节Lander-Ⅰ半坚强动态固定系统对腰椎固定节段关节突关节压力的影响

1.目的

2.材料与方法

3.结果

4.讨论

5.结论

6.参考文献

第三章Lander-Ⅰ半坚强动态固定系统的影像学研究

1.目的

2.材料和方法

3 结果

4.结论

5.参考文献

综述 脊柱动态固定系统的研究进展

攻读博士学位期间取得成绩

致谢

统计学证明