自行防旋转寰枢椎钉棒系统的基础研究与临床应用

摘要

目的：
　　对于寰枢椎失稳患者，坚强的内固定是目前最有效的治疗方式。目前寰枢椎内固定方式众多，但以寰椎椎后路钉棒内固定的三维稳定性最佳。目前传统的寰枢椎后路钉棒系统中的连接棒为圆柱形，为了提高复位效果，连接棒预弯的弧度较大，术中拧螺母固定时易出现旋转，需要额外的辅助器械反复多次调节，很有可能因器械把持不稳而造成脊髓的过度骚扰和意外损伤。为简化手术操作，提高手术安全性，我们自行设计了新型自行防旋转脊柱后路内固定棒装置，对其进行有限元生物力学性能的初步分析及人体颈椎标本的三维生物力学稳定性分析，并与传统的钉棒内固定装置进行相应的生物力学稳定性比较，评价新型自行防旋转钉棒内固定系统的生物力学稳定性，以期对其的临床应用提供理论依据。主要研究目的包括：
　　1.创建新型自行防旋转寰枢椎后路钉棒内固定系统的三维有限元模型并分析有限元模型条件下内固定钉棒系统的生物力学性能。
　　2.建立新型自行防旋转寰枢椎后路钉棒内固定系统的新鲜人体颈椎标本模型，评估新型钉棒系统的三维生物力学稳定性。
　　3.新型自行防旋转寰枢椎后路钉棒内固定系统的初步临床应用，评估新型内固定系统的安全性和有效性。
　　材料与方法：
　　1、寰枢椎后路内固定系统有限元模型的建立和分析：选择1例健康成年女性志愿者，排除颈椎肿瘤、感染及畸形等情况后行枕骨底到枢椎(C0-2)薄层CT扫描，获取图片125张，以Dicom格式保存。应用三维模型软件如Mimics10.01、Geomagic Studio2013、SolidWorks2012与Abaqus6.14软件创建完整的新型自行防旋转寰枢椎后路钉棒内固定系统的有限元分析模型，并对其进行生物力学性能分析。运算所得的应力数值均为计量资料，记录为均数±标准差（(x)±s）,采用SPSS21.0统计软件对应力均值进行统计学分析，检查数据的正态性及方差齐型。两种钉棒系统的连接棒之间采用独立样本t检验，P值设为0.05。
　　2、寰枢椎后路内固定系统生物力学三维稳定性测试：选取新鲜人体颈椎标本6具，切断寰椎横韧带、齿状突韧带、翼状韧带等上颈椎韧带组织，建立寰枢椎失稳模型，对每具标本先后应用两种钉棒系统进行固定：A组（常规寰枢椎后路钉棒内固定）、B组(新型自行防旋转寰枢椎后路钉棒内固定），A、B两组进行组间活动度比较并分别于N1（寰枢椎正常模型）和N2组（寰枢椎失稳模型）进行比较。在脊柱三维运动机上比较上颈椎的屈伸、侧屈及旋转三维稳定性。
　　3、自行防旋转寰枢椎后路钉棒内固定系统的初步临床应用：选取6例寰枢椎失稳患者，签署手术知情同意书后，对6例患者均行术前常规颈椎张口位、正侧位及颈椎过伸过屈位X片、寰枢椎CT与MRI平扫等检查，明确寰枢椎脱位、齿状突骨折移位及脊髓受压部位和程度等情况，制定相应的钉棒内固定手术方案后行手术治疗，术中行X片透视明确新型钉棒内固定系统的置入情况;术后复查颈椎X片及颈椎CT片，进一步明确内固定情况及寰枢椎脱位复位与骨折移位复位和愈合的情况。
　　结果：
　　1、有限元模型分析结果：有限元分析结果显示两种内固定系统均未出现明显的应力集中现象，且主要的应力分布区域均为螺钉根部与骨质结合部，连接棒与螺钉U型槽结合部。新型自行防旋转寰枢椎后路内固定装置的应力均值高于传统钉棒内固定装置，两种内固定系统的应力均值存在统计学差异(P＜0.05)，但均未超过钛合金的屈服强度(795-827MPa)和极限强度(860-896MPa)。
　　2、生物力学实验结果：对两种内固定装置行体外（尸体）实验的三维生物力学稳定性测试，在前屈稳定性上，两种固定方式(A、B)间无统计学差异(P＞0.05)，均优于对照组N1和N2(P＜0.05);在后伸稳定性上，两种固定方式(A、B)间无统计学差异(P＞0.05)，均优于对照组N1和N2(P＜0.05);在左侧屈稳定性上，两种固定方式(A、B)间无统计学差异(P＞0.05)，均优于对照组N1和N2(P＜0.05);在右侧屈稳定性上，两种固定方式(A、B)间无统计学差异(P＞0.05)，均优于对照组N1和N2(P＜0.05);在左旋转稳定性上，两种固定方式(A、B)间无统计学差异(P＞0.05)，均优于对照组N1和N2(P＜0.05);在右旋转稳定性上，两种固定方式(A、B)间无统计学差异(P＞0.05)，均优于对照组N1和N2(P＜0.05)。
　　3、初步临床应用：本组6例患者均成功施行寰枢椎后路钉棒复位内固定术，其中植骨融合固定5例，非融合固定1例。手术时间60～145mins，平均手术时间92mins;术中出血30～75ml，平均术中出血量45ml，无椎动脉及脊髓损伤。新型内固定装置的螺钉、连接棒均一次置入到位，拧紧螺母固定时能自行防旋转，无需持棒器及额外的辅助器械把持及反复调试连接棒方向。术后复查X线片、CT及MRI结果显示寰枢椎脱位复位、骨折愈合良好，脊髓压迫解除。
　　结论：
　　1、新型自行防旋转寰枢椎后路钉棒内固定系统的设计符合生物力学的要求;2、新型自行防旋转寰枢椎后路钉棒内固定系统和常规钉棒内固定系统的生物力学三维稳定性相当，新型内固定系统能为寰枢椎的骨性融合提供坚强的生物力学稳定性;3、新型自行防旋转寰枢椎后路钉棒内固定系统是一种安全、有效的内固定装置，能简化手术操作，提高手术安全性，初步临床效果满意，具有良好的应用前景。

目录

声明

摘要

英文缩略词表

前言

第一部分：寰枢椎后路钉棒内固定系统有限元模型的建立及分析

一、材料与方法

二、结果

三、讨论

四、小结

第二部分：寰枢椎后路钉棒内固定系统的生物力学三维稳定性测试

一、材料与方法

二、结果

三、讨论

四、小结

第三部分：自行防旋转寰枢椎后路钉棒内固定系统的初步临床应用

一、资料与方法

二、结果

三、讨论

四、小结

全文总结

参考文献

综述

在读期间发表论文情况及参加学术活动情况

致谢