颈椎肿瘤单侧关节突关节切除稳定性重建的有限元分析及临床疗效分析

摘要

目的：1．建立颈椎4～6节段正常三维模型和颈椎肿瘤颈5单侧关节突关节切除后单侧侧块钢板固定和双侧侧块钢板固定稳定性重建的三维模型。2．利用建立的三维有限元模型(适当修改后)进行生物力学分析，评价上述两种稳定性重建方式的稳定性效果及差异。3．对18例临床病例资料及随访资料进行分析，评价上述两种稳定性重建方式临床疗效。 方法：1．建模部分用正常人颈椎4～6节CT图像，运用Material Mimics软件处理后建立颈椎三维模型。在计算机辅助设计软件Unigraphics NX中用根据颈椎4～6节实物测得的数据用几何作图法建立颈椎4～6的三维模型，根据椎间盘的数据建立颈4/5，颈5/6椎间盘的三维模型，根据颈椎肿瘤单侧关节突关节切除的一般手术方法，在正常模型基础上进行加工(切除椎板和一侧侧块)，建立病理模型。本研究建立的病理模型有两种，一是肿瘤切除后单侧侧块钢板固定，二是肿瘤切除后双侧侧块钢板固定。 2．生物力学分析将UG中建立的三种模型适当修改后在三维有限元分析软件ANSYS 8.1中进行网格化，录入个结构的材料力学特性，构建出三种模型的三维有限元模型，进行边界设定和约束，在模型上加载45牛顿的预载荷，再加以2NM的纯力矩模拟脊柱的前屈、后伸、左右侧屈、旋转的生理活动，观察三种模型的应变和应力。 3．临床病例分析对1999～2005年在我院骨科手术治疗且得到随访的18例切除单侧关节突关节的颈椎肿瘤患者病例资料进行分析。其中男10例，女8例，年龄16～72岁，平均46岁。该组病例全部采用颈后路固定方式，单侧侧块钢板固定10例，双侧侧块钢板固定8例，固定同时做关节突周围植骨融合。 结果：1.Mimics中处理得到的正常颈椎4～6模型，虽然接近人体正常三维结构，但不能实现ANSYS中的网格划分，无法实现力学分析。UG中处理的正常的和病理条件下的三种模型，关键部位结构的数据是国人的平均值，模型与正常人体有差距，但可以实现ANSYS中的网格化及力学分析。从图形上分析，两种模型主要结构部分基本上是接近的。 2．在45N的预载荷，2NM的力矩条件下，单侧钢板固定与正常颈椎比较稳定性有显著差异，双侧钢板固定与正常颈椎比较稳定性无显著性差异，单侧钢板固定与双侧钢板固定存在显著性差异。单侧钢板固定在受力及力矩作用下，钢板侧承受力及应变较未固定侧大，系统不对称。双侧钢板固定及正常颈椎模型双侧受力及应变基本对称。 3．术后随访期间患者脊髓或神经根功能均较术前改善，疼痛VAS评分提高2～6分，ASIA评分提高1～2级。平均随访3个月～60个月，平均20个月。随访期间1例患者死亡，余无复发。双侧侧块钢板固定者内固定稳定，无断裂、松动、移位现象，无颈椎不稳现象，相应部位形成骨性融合。单侧侧块钢板固定者出现1例出现颈部疼痛，1例出现螺钉松动。 结论：1.Mimics软件处理得到的颈椎模型虽然最接近人体颈椎的形状，但是无法在有限元处理软件中运用，这是期待解决的问题。用UG根据颈椎的解剖数据建立的模型只是大体上有颈椎的外形，虽然可以在ANSYS中应用，但是必然会产生模拟的误差。两种模型形状上越接近误差越小。 2．单侧钢板固定难以达到固定的效果，系统存在不对称性，受力及力矩时产生钢板侧应变大及应力集中，因此钢板螺钉易松动、折断。双侧钢板固定的稳定超过正常颈椎的稳定性，而且系统对称，不易产生应力集中，所以钢板螺钉较单侧固定不易松动、折断。 3．对于颈椎肿瘤单侧关节突关节切除后稳定性重建，颈后路双侧侧块钢板固定可达到颈椎的稳定，植骨融合快，并发症少。单侧侧块钢板固定，植骨融合慢，易出现并发症。

目录

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符号说明

前言

一.建模部分

二.力学分析部分

三.临床试验部分

致谢

攻读硕士期间发表的论文和著作