胸腰椎爆裂性骨折后路270°减压重建术的生物力学有限元分析研究

摘要

第一部分严重胸腰椎三柱损伤两种内固定术数字三维可视化模型的建立 目的： 胸腰椎爆裂性骨折节段(T12-L2)后路270°减压重建内固定术，以及前后路联合减压重建内固定术的虚拟手术模型构建。 方法： 选取一名腰L1椎体爆裂性骨折志愿者，对其T12-L2部位行横断面CT扫描，应用Mimics软件作三维重建，并按后路270°减压重建内固定术和前后路联合减压重建内固定术，进行解剖复位、椎板减压、钛网植入、椎弓根螺钉固定等手术模拟。并通过数字模型与标本模型的对比验证其仿真精度。 结果： 建立了胸腰椎爆裂性骨折节段(T12-L2)后路270°减压重建内固定术和前后路联合减压重建内固定术的三维可视化数字模型，虚拟手术设计均与标本模型，及术后CT扫描基本相符. 结论： 后路270°减压重建内固定术的三维数字模型对胸腰椎爆裂性骨折术前计划制定有一定指导意义，并为该术式生物力学有限元分析提供了形态学基础。 第二部分小切口后路270°减压重建术的生物力学有限元分析研究 目的： 分析比较后路小切口270°减压重建术和前后路联合减压重建内固定术两种不同固定方式治疗胸腰椎严重爆裂性骨折的生物力学效果。 方法： 选取一名腰L1椎体爆裂性骨折志愿者，对其T12-L2部位行横断面CT扫描，分别建立两种手术方式的T12～L2节段脊柱的三维数字化模型。利用有限元软件Ansys11.0对模型进行有限元网格划分，加入后路内固定器及及钛网系统，最后加入无医源性损伤的韧带，建立两种手术重建后骨折脊柱节段(T12-L2)的有限元模型。在垂直，前屈、伸直和左右侧弯状态下模拟人体生理负载，通过分析模型的应力和位移比较两种手术方式的力学稳定性。 结果： 在各种载荷下，两种模型的螺钉应力从钉尖至钉棒连接处逐渐增大，螺钉根部附近应力最大。钛网应力集中于钛网上下两端，即钛网与上下椎板接触处。(1)几种载荷之间比较，垂直压缩加后伸载荷时螺钉应力最大；(2)两种手术有限元模型螺钉系统应力比较无明显差异；(3)两种手术模型总体应力无明显差别；(4)两种手术方式有限元模型的总体位移比较无明显差异。 结论： 两种固定术均可以达到手术后的良好稳定效果，后路270°固定术其生物力学的稳定性与前后路联合减压固定术无明显差别，是治疗胸腰椎爆裂性骨折的可靠的手术方式。 第三部分 小切口后路270°减压重建术治疗严重胸腰椎三柱损伤临床应用 目的： 探讨一种新的手术方式-小切口后路270°减压重建手术，治疗严重胸腰椎三柱损伤的临床价值。 方法： 2005年2月至2006年4月以该手术方法治疗严重胸腰椎三柱损伤患者共14例。男8例，女6例，年龄26～50岁。累及节段中3例为T12，7例为L1，3例为L2，1例为L3。骨折类型按Dennis分类，爆裂性8例，屈曲分离型4例，骨折脱位型2例；按载荷分享评分，分值在8～9分之间，平均8.6分。神经功能Frankel分级，A级4例，B级1例，C级5例，D级3例，E级1例。手术取后正中切口长约5～6cm，首先于伤椎上下置入4枚椎弓根螺钉，进行复位，恢复病椎高度，切除骨折严重侧椎板、关节突，经椎弓根去除大部骨折椎体，切除上下椎间盘，完成270°减压。选择合适长度与直径的钛网，经减压侧脊髓外侧植入上下椎体间。术后随访通过X线及CT片比较伤椎Cobb角的矫正和丢失情况，评估椎管减压范围，植骨块位置及愈合情况，采用Frankel分级评定术后神经功能恢复情况。 结果： 14例患者均顺利完成手术，手术时间2.8～5.2h(平均3.8h)，除1例术中出血达4700ml外，其余病例出血量900～1800ml(平均1250ml)，手术切口长度长约4.8～7.5cm(平均5.6cm)，术中均未出现手术相关并发症。随访1年以上12例，失访2例。3例Frankel A级患者神经功能均无恢复；1例B级患者恢复至C级；5例C级患者中，4例恢复至E级，1例至D级并遗留括约肌功能不良与性功能障碍；3例D级患者恢复正常。术后X线检查显示后凸角矫正15～28°，平均21.6°，CT显示椎管腔扩大，减压彻底，钛网植骨位置良好。12例患者植骨界面均见骨性融合。未发生内固定器或植骨材料松脱、移位及断裂。 结论： 小切口经后路270°减压重建手术以单一入路，同时完成了彻底的椎管减压、前中柱重建与脊柱三柱稳定，临床疗效满意，比单纯后路、前路或前后联合入路手术，有较大优越性。

目录

声明

第一部分严重胸腰椎三柱损伤两种内固定术数字三维可视化模型的建立

引言

1 材料与方法

2 结果

3 讨论

参考文献

第二部分小切口后路270°减压重建术的生物力学有限元分析研究

引言

1 材料与方法

2 结果

3 讨论

参考文献

全文小结

第三部分 小切口后路270°减压重建术治疗严重胸腰椎三柱损伤临床应用

附录：有限元分析法简介

研究生期间发表的论文

致谢

综述：胸腰椎生物力学有限元分析法研究进展