论文部分内容阅读
目的研制适合国人的脊柱椎弓根钉棒矫形固定系统装置,并进行相关的生物力学测试以及临床应用研究,评价其效果。材料与方法本研究共分为三个部分:1、通用脊柱椎弓根钉棒矫形固定系统的设计研制:综合国内外脊柱内固定器械各自的特点,吸收了各器械的优点,改进了不足之处,按国人的解剖数据设计和制造了通用脊柱椎弓根钉棒矫形固定系统。2、生物力学测试:根据实际应用情况设计了测试方法及步骤,进行了系统固定的轴向加载实验、整体器械的弯曲扭转实验、固定棒从弹性夹座中拔出力实验、螺钉自椎弓根拔出力比较试验、固定棒弯曲和直式的有限元分析、螺钉弯曲试验以及整体疲劳实验等。根据测试数据对上述试验模型进行了综合力学分析。3、临床应用:自2005年10月—2008年1月临床应用通用脊柱椎弓根钉棒矫形固定系统治疗脊柱相关性疾患686例,得到完整随访且随访时间达12个月的186例。结果一、生物力学测试结果1轴向加载实验在各加力点轴向加载时,其载荷与应变呈线性关系。当载荷达到600N时,各应变点的应变值仍呈线性变化,表明模型的整体结构仍处于稳定状态,显示出高弹性。2弯曲扭转实验弯扭矩与试件两端之间相对扭转角呈线性关系。弯扭矩达到300 N?cm时,扭转角<6°,试件整体结构无任何破坏的迹象,说明试件结构有良好的抗弯扭能力。3固定棒从弹性夹座中拔出力实验:实验显示固定棒最小拔出力,即固定棒开始在弹性夹座中滑动时的载荷均>3300N;最大拔出力,即最大滑动摩擦力均>8500N。实验数据说明,采用弹性夹座固定钉棒具有很高的可靠性。另外,固定棒松动到完全拔出有>5000N的力学梯度,显示出弹性夹座高度的安全性与高弹性。螺钉自椎弓根拔出力试验:GSS螺钉拔出力最大,且与CCD螺钉相比差异有非常显著性意义(P<0.001)。4有限元分析试验:按照脊柱生理曲度预弯固定棒在力柱上的应力分布更为均匀,且带来的变形量较小,更接近生物学固定。5螺钉弯曲实验:由测试所得数据可知,外侧弯矩大于内侧弯矩大约2倍。当外载荷为40Kg时,外侧最大弯矩M=867.5N—cm,内侧为弯距M=-273.4N—cm。外侧应力大于内侧应力大约2倍,内侧最大应力σ=-145.6Mpa,外侧最大应力σ=487.0Mpa,上述规律与试验模型结构特征是相吻合的,并且材料有较好的粘弹性特点。6整体疲劳试验:由测试所得数据说明,在疲劳试验时,当模型循环10余万次后,未见模型有任何损坏现象,模型各连接部位无松动。二、临床应用结果本组186例病人均得到了完整随访,时间12～30个月,平均13个月,各病种随访结果如:颈椎管狭窄并颈椎失稳14例,术中及术后摄颈椎X线侧位显示椎弓根钉位置好,固定可靠,无松动。寰枢椎失稳、颈椎骨折脱位:16例,18个压缩椎体高度术前76.6%±12.3%,术后93.5%±14.3%(P<0.001) ,压缩椎体高度明显恢复。颈椎骨折脱位的16例,椎间隙高度术前平均5.0±1.2mm,术后平均为8.8±2.1mm(P<0.001) ,术后较术前平均增加3.8±0.9 mm。20例伴有脊髓神经的患者术后都有不同程度的恢复。胸腰椎骨折脱位89例,胸腰段椎体前后缘负重力线及曲度均恢复良好。术后随访9个月以上,均已获得骨性愈合。无断钉及后凸畸形发生,无高度丢失。腰椎管狭窄并腰椎失稳15例、腰椎滑脱2例,随访结果显示:无固定螺钉松动断裂及再滑脱征象。患者腰痛、下肢疼痛症状均明显缓解,绝大多数患者恢复原工作和正常生活。9例特发性脊柱侧弯单弯患者术前胸腰段-腰段弯曲平均58(°47°～75°),双主弯患者平均值68°(56°～90°),术后分别矫正至10°(矫正83%)和15°(矫正77%)。在器械固定水平上,总体弯曲矫正率在单弯患者为86%,在双弯患者为82%。术后近侧代偿弯曲自动矫正,单主弯矫正至17°(矫正47%)。双主弯矫正至20°,(矫正66.7%)。6例强直性脊柱炎多节段倒V型截骨矫形术后随访器械固定区的前凸达46°±13°,身高增加10±5cm。结论1通过生物力学测试显示通用脊柱椎弓根钉棒矫形固定系统有良好的稳定性,结构紧密、加载过程其杆、钉应力和弯矩均呈线性规律。螺钉的外侧应力和弯矩大于内侧,说明内侧应力较小,可以承受较大的应力和弯矩,在变量荷载下有一定粘弹性固定特点。达到了生物学固定的要求。整体扭转试验无明显的松动,在高强度整体疲劳试验105余次冲压无破坏和松动,说明该固定器结构合理、整体稳定性良好,完全满足了脊柱生物力学的要求。2临床应用结果显示损伤椎骨的愈合、椎间高度、脊柱序列、神经的恢复均达到良好效果,该固定系统操作简便、容易掌握、复位良好、固定可靠、并发症少。