李凭跃[1]2004年在《Hangman骨折四种内固定方法的生物力学实验研究》文中指出研究目的 近年来由于车祸和高处坠落等减速性损伤导致Hangman骨折患者增多，越来越多学者主张早期手术治疗Hangman骨折；对各型Hangman骨折稳定性特别是C_(2-3)节段间稳定性的认识是治疗方法选择的依据，但目前关于各型骨折稳定性及各手术方法的选择还有较多争议，缺乏系统生物力学实验研究。本实验旨在我科应用后路短节段内固定术治疗Hangman骨折的基础上，通过系统生物力学实验达到以下目的： 1、模拟建立各型Hangman骨折模型并测试其叁维稳定性，为选择治疗方法提供生物力学依据。 2、对各型骨折进行单节段椎弓根钉固定并测试其叁维稳定性，为明确单节段椎弓根钉内固定术治疗Hangman骨折的适应证提供生物力学依据。 3、对椎间结构严重破坏的不稳定型Hangman骨折进行叁种节段间内固定术式的叁维稳定性比较，为节段间内固定方法的选择提供生物力学依据。 4、对各种术式的固定螺钉进行拔出力相关研究，进一步评价各种术式的固定强度和固定可行性。 材料和方法 1、8具新鲜冷冻C_0～C_4颈椎标本，按照Levine-Edwards骨折分型病理标准制备成各型骨折模型，在模型上分别施以四种内固定术式，并依次在脊柱叁维运动试验机上进行生物力学测试。实验分10组：①对照组(完整标本)；②Ⅰ型骨折组：③Ⅰ型骨折C_2椎弓根螺钉固定组；④ⅡA型骨折组；⑤ⅡA型骨折C_2椎弓根螺钉固定组；⑥Ⅱ型骨折组；⑦Ⅱ型骨折C_2椎弓根螺钉组(由于Ⅱ型骨折模型的测试节段上下端仅为双侧前后纵韧带之间部分纤维环及寰枢间后纵韧带连接，稳定性已非常差，在此基础上破坏后柱结构制备的Ⅲ骨折模型极其不稳定，达不到测试要求，且由于后方结构的破坏肯定不适合单椎弓根钉固定，故在骨折模型和单节段固定的叁维实验中没有测试111型骨折);⑧m型骨折CZ一3椎弓根侧块钢板内固定组;⑨111型骨折CZ一3前路AO锁定钢板内固定组;⑩m型骨折前路椎体钉内固定组。安放取图标志后将标本固定于脊柱叁维运动试验机上，施加2.ON.m的纯力偶矩，由激光扫描仪(第一军医大学全军生物力学实验室，测试精度0.1%)摄取测试节段在零载荷和最大载荷时的脊柱运动图像，并用相应软件系统进行图像分析，计算出标本的叁维运动范围(RoM)，所得数据采用SPSSn.0软件进行统计学分析，用完全随机设计资料的方差分析(。匕c一way ANoVA)和两两比较的LSD检验法进行统计学比较，统计学检验的显着性标准a二0.05。 2、8具新鲜颈椎标本，截取CZ及C3颈椎，在生物力学实验机上通过传感器测定各固定螺钉拔出力并进行比较;并取叁维运动范围测试中Hang叮an骨折模型中C:颈椎测试骨折状态椎弓根螺钉的拔出力。实验分8组:①C:椎体螺钉组;②c:单皮质椎弓根螺钉组;③C:双皮质椎弓根螺钉组;④Hangman骨折模型单皮质椎弓根螺钉组;⑤Hangman骨折模型双皮质椎弓根螺钉组;⑥C3椎体螺钉组;⑦C3单皮质侧块螺钉组;⑧c3双皮质侧块螺钉组。设置试验机速度lm翻政nin，最大拉力3000N，最大位移10nun，使用专门的夹具夹住螺钉头部，加载后螺钉大部分拔出即中止测试，通过软件可得出最大拔出力。用电子游标卡尺(精度0.Ollnr。)狈组量钉道长度，然后对最大拔出力和钉道长度进行分析。 3、叁维运动范围测试各种术式的固定则严格采用配套螺钉及工具操作:C:椎弓根螺钉长度18一25~，直径3.slnnl;进针点在枢椎椎板上缘下3~与椎管内壁外3~交点处，进针角度为内斜30“、上倾200。C3侧块螺钉进针点为尹氏点即侧块中点内下2~3~，进针方向与关节面平行，上斜40。~50。，外斜25。~32“。拔出力实验螺钉均采用AO提供的直径3.5~皮质骨螺钉，椎体螺钉进针点在椎体前面中央;所有椎弓根螺钉和侧块螺钉均按照一侧单皮质另一侧双皮质螺钉进行实验，按随机化结果确定;螺钉的长度均先目测，拔出后用游标卡尺测量。结果 1、叁维运动范围测试结果如下: (1) Hang叮an骨折自I型一n型RoM值逐渐增大，稳定性逐渐下降。I型骨折组与对照组相比除旋转有显着性差异外，余均无显着性差异，而llA型骨折组及n型骨折组与对照组相比均有显着性差异。nA型骨折组与I型骨折组相比除后伸无显着性差异外，余均有显着性差异，而n型骨折组与I型骨折组相比均有显着性差异。与nA型骨折组相比，n型骨折组均有显着性差异。 (2)I型~n型骨折椎弓根钉固定前后均有显着性差异，均有即时稳定作用。I型骨折固定后椎弓根螺钉固定后ROM值与对照组均无显着性差异，且相对稳定性在屈曲、后伸、侧弯及旋转达到了对照组的100.62%、96.91%、99.19%、97.12%。IIA型骨折e:椎弓根螺钉固定后除旋转外与对照组均无显着性差异;旋转稳定性也达到了对照组的61.86%。而n型骨折C:椎弓根螺钉固定后与对照组比均有显着性差异，相对稳定性在屈曲、后伸、侧弯及旋转只有对照组的47.84%、21.29%、65.98%、41.69%。叁种骨折椎弓根钉固定后相比11型骨折固定组与I型、nA型骨折固定组均有显着性差异，稳定性最差;I型、nA型骨折固定组之间除旋转外均无显着性差异，nA型骨折固定组旋转稳定性稍差。 (3)前路钢板组除在侧弯与对照组无显着
唐晓明[2]2017年在《四种寰枢椎内固定技术治疗寰枢椎复合骨折的叁维有限元分析和临床评》文中进行了进一步梳理研究目的:1、建立并验证正常全颈椎(C0-T1)叁维有限元模型;在正常全颈椎叁维有限元模型基础上建立四种不同类型的寰枢椎复合骨折的叁维有限元模型。2、模拟高空坠落,头部以不同姿态着地,分析寰枢椎复合骨折的机制。3、在Jefferson骨折+Ⅱ型齿状突骨折有限元模型上,加载四种不同内固定方式并进行有限元分析,为临床应用提供支持。4、通过对临床病例的随访分析,验证不同内固定方式的有效性。研究方法:1、叁维有限元分析:对健康成年男性志愿者进行CT扫描,获得枕骨底(C0)到T1的CT数据,以国际标准Dicom格式存贮数据,将数据导入有限元建模软件,建立全颈椎有限元几何模型并验证其有效性;建立四种不同类型的寰枢椎复合骨折(C1骨折+Ⅱ型齿状突骨折、C1骨折+稳定性枢椎骨折、C1骨折+Ⅲ型齿状突骨折、C1骨折+Hangman骨折)的叁维有限元模型。在Jefferson骨折+II型齿状突骨折叁维有限元模型上,加载四种不同的内固定方式:枕颈融合固定技术、Margel螺钉固定技术、单纯椎弓根螺钉固定技术、椎弓根螺钉+齿状突螺钉固定技术,测量前屈、后伸、侧屈、旋转等工况下的活动度(ROM),并进行应力分析,评价其生物力学稳定性及不同部位、不同工况的受力特点。模拟高空坠落,头部以不同姿态着地,初始速度14m/s,重力加速度9800m/S2,并添加头部自身体重4kg冲击对于C1与C2的应力分布,根据应力云图判断骨折发生部位及形态。2、临床随访分析:对采用4种不同内固定方式治疗Jefferson骨折+II型齿状突骨折的17例患者进行随访,术后平均随访时间为13个月。通过术后影像学分析(包括颈椎正侧位+过伸过屈位X线片和颈椎CT平扫+叁维重建)评价寰枢关节的稳定性及融合情况。采用JOA评分标准评价患者术后神经功能改善情况。研究结果:1、本实验建立的全颈椎叁维有限元模型外观逼真,几何相似性好。模型各椎节的活动度与Panjabi发表的体外实验分析结果及文献基本吻合。可进一步用来行寰枢椎复合骨折的有限元分析。2、建立四种不同类型的寰枢椎复合骨折的有限元模型外观逼真,几何相似性好,各个工况下的活动度均较正常上颈椎模型明显增加。C1骨折+Ⅱ型齿状突骨折其C0-C1、C1-C2相对于正常模型前屈、后伸、侧屈、旋转活动度明显增加,分别增加57.45%、29.34%、48.09%及95.49%、88.52%、36.71%,其他节段活动度无明显变化。C1骨折+Ⅲ型齿状突骨折其C0-C1、C1-C2节段相对于正常模型前屈、后伸、侧屈、旋转活动度明显增大,分别增加47.01%、27.3%、45.31%,及90.38%、27.3%、30.02%,其他节段活动度无明显变化。C1骨折+Hangman骨折其C0-C1及C1-C2节段前屈+后伸活动、侧屈、旋转度较正常模型分别增加32.68%、79.34%、77.62%及60.53%、81.2%、21.48%。C1骨折+稳定性枢椎骨折其C0-C1相对于正常模型前屈+后伸、旋转活动度增大,分别增加15%、29.3%大,侧屈减少8.47%。C1-C2相对于正常模型前屈+后伸、侧屈、旋转活动度增加分别为37.87%、75.57%、8.3%。四种寰枢椎复合骨折以C1骨折+Ⅱ型齿状突骨折活动度增加最多。3、模拟头部以中立位坠落时应力云图提示应力集中在寰椎前后弓和C2峡部可造成Jefferson骨折和Hangman骨折;后伸位坠落时应力云图提示应力集中在寰椎后弓和C2峡部可造成C1后弓骨折和Hangman骨折;前屈位坠落时应力云图提示侧块与后弓、前弓的连接处和C2的上关节前、外侧,椎体处,侧块与椎体连接处及齿状突根部可造成C1侧块与前后弓的连接处骨折和III型齿状突或稳定型骨折;扭转位坠落时应力云图提示应力集中在C1侧块、前弓、后弓处和C2大部分上关节、椎体、齿状突底部,可造成C1侧块、前弓、后弓处骨折和Hangman或III型齿状突骨折。侧屈位坠落时应力云图提示应力集中在C1侧块与后弓的连接处和及齿状突底部,可造成C1侧块与后弓的连接处骨折和Hangman骨折或II型齿状突骨折。4、枕颈融合组C0-C3节段ROM与FEM/intact相比均降低,其中C0-C1节段屈伸、侧屈、旋转工况下分别降低93.3%、40.7%、、97%;C1-C2节段分别降低86.5%、72.4%、97.5%;C2-C3节段分别降低94.7%、94.2%、95.2%。Margel组C0-C3节段ROM与FEM/intact相比在C0-C1节段均升高,屈伸、侧屈、旋转工况下分别升高43.5%、71.1%、34.5%;C1-C2节段分别降低95.7%、93.3%、99.1%;C2-C3节段分别降低2.7%、2.9%、44.2%。椎弓根螺钉组ROM与FEM/intact相比在C0-C1节段屈伸、侧屈、旋转工况下分别升高65.6%、66.4%、48.5%;C1-C2节段分别降低91.2%、83.7%、98.3%;C2-C3节段分别降低6.5%、3.6%、43.8%。椎弓根螺钉+齿状突螺钉组ROM与FEM/intact相比在C0-C1节段屈伸、侧屈、旋转工况下分别升高30.5%、67.9%、48.4%;C1-C2节段分别降低91.6%、83.7%、98.3%。C2-C3节段分别降低3.2%、3.6%、43.7%。5、临床病例分析:所有患者平均随访时间为13个月,临床症状有不同程度的改善。术前JOA评分平均6.5分,术后3个月评分14.9分,平均改善率81.7%。术后3个月影像学检查未发现断钉、内固定滑脱等并发症,无寰枢椎不稳,且达到完全融合。结论:1、本实验建立的全颈椎叁维有限元模型真实有效,在经过验证全颈椎有限元模型基础上结合临床建立四种不同类型的寰枢椎复合骨折的有限元模型能很好模拟临床实际情况,可对寰枢椎复合骨折的患者进行生物力学分析。2、中立位坠落时可造成Jefferson骨折和Hangman骨折;后伸位坠落时C1后弓骨折和Hangman骨折;前屈位坠落时C1骨折或III型齿状突或稳定型骨折;扭转位坠落时可造成C1侧块、前弓、后弓骨折或Hangman或III型齿状突骨折;侧屈位坠落时造成C1骨折或Hangman骨折或II型齿状突骨折。3、颈枕融合固定技术、Margel螺钉固定技术、单纯椎弓根螺钉固定技术、椎弓根螺钉+齿状突螺钉固定技术四种内固定技术都可以起到稳定颈椎的作用,显着降低手术节段的活动度,其中以枕颈融合稳定性更好。除枕颈融合外其他叁种内固定方式会增大C0-C1节段的活动度。4、各种内固定技术有着不同的特点,要根据患者情况有选择的进行寰枢椎固定,针对不同病例进行个性化手术方案。
翟磊[3]2017年在《基于解剖学下颈椎侧块固定的有限元分析及临床研究》文中研究指明目的:分别按照尸体实体测量、叁维测量和CT自带软件测量的叁种测量方法对颈椎相关参数进行测量,评估叁种测量方法差异性。利用CT测量模块对不同颈椎节段和不同性别间解剖学参数进行比较,构建下颈椎相关的解剖学数据库。利用有限元方法分析不同的下颈椎侧块钉棒内固定方式的生物力学稳定性差异,探讨不同手术入路对下颈椎损伤临床治疗效果的影响。方法:(1)取5具福尔马林浸泡的下颈椎(包含C3~C7)解剖标本,利用高分辨率叁维CT将标本进行扫描,扫描层厚0.625mm,文件以DICOM格式保存于移动存储设备中备用。继之使用手术器械依次剥离标本的肌肉和软组织。分别按照尸体实体测量、叁维测量和CT自带软件测量的叁种测量方法对下颈椎相关参数进行测量,评估叁种测量方法有效性。并用CT自带软件测量重点对不同下颈椎节段和不同性别间解剖学参数进行比较。(2)建立下颈椎有限元模型,在生理载荷下各颈椎节段(C3-4、C4-5、C5-6、C6-7)的前后屈伸角度、左右偏转角度和轴向旋转角度。并将之与传统经典文献结构进行对比,以验证模型有效性。评估Magerl、Roy-Camille、Anderson和Ann四种侧块固定方法下骨骼-内固定复合体在各运动状态下(包括颈部前屈、后伸、左侧偏头、右侧偏头、左侧轴向旋转、右侧轴向旋转)的应力云图、最大米塞斯应力以及平均米塞斯应力。(3)回顾性分析2013年1月至2015年12月间于我院诊断为外伤性下颈椎损伤且行收治入院行手术治疗的患者,对资料进行进一步审查,挑选检查资料和随访工作完整的患者共41例纳入研究范围。评估叁种手术入路(A组行前路手术,B组行后路手术,C组行前后联合手术)的手术时间、术中失血量、植骨融合时间、术前和术后Cobb角改善情况,JOA评分等,分析不同手术入路的临床疗效。结果:(1)本研究共纳入5具福尔马林浸泡的下颈椎(包含C3~C7)解剖标本,共25个椎体标本。利用实物测量、叁维测量和CT自带测量模块测量的叁种方法进行标记。结果显示两种测量方法两两比较,组间比较差异无明显统计学意义(P>0.05)。说明CT测量模块在临床应用的可行性。利用该方法测量颈椎的椎弓根相关测量指标显示,如椎弓根内侧高度、椎弓根外侧高度、椎弓根内径和椎弓根外径在C7往往为最大值,其最小值多出现于C3和C4。颈椎椎板相关解剖指标方面,椎板内缘高度、椎板外缘高度、椎板外径和椎板内径的最大值往往在C7,其最小值多出现于C5。(2)有效性方面主要通过生理作用下颈椎活动度进行验证,本研究中屈伸方向、左右偏头方向、轴向旋转方向活动度和其各自平均活动度均与经典文献基本一致,可以保证模型有效性。对下颈椎模型进行加载内固定,依次为Magerl、Roy-Camille、Anderson和Ann四种侧块钉棒固定方式,同时对下颈椎的屈伸、左右偏转和轴向左右转头进行有限元分析。结果显示,各个动作下四种下颈椎模型均未出现明显的应力集中现象,但是四种侧块钉棒系统均显示出明显的应力集中现象,其中应力由低到高依次为Magerl、Roy-Camille、Anderson和Ann,连杆较螺钉的应力集中现象更为明显。(3)叁组患者术前的Cobb角和D值组间比较无明显统计学差异。经过不同的手术方式,叁组患者在进行不同手术入路后Cobb和D值得到明显改善。叁组手术入路治疗下颈椎骨折时,在手术时间和术中出血量方面,叁组间两两比较具有统计学意义。但叁组患者JOA、ASIA值和并发症情况组间比较无明显统计学差异。结论:(1)CT自带软件测量仍为临床上可靠、易行的方法。国人下颈椎可完全容纳3.5mm直径椎弓根螺钉。由于性别、节段的不同,椎板及椎弓根解剖特点有较大差异,强调个性化置钉。设计基于国人性别差异的内固定器械迫在眉睫。(2)本研究所建立有限元模型真实有效,可推广于其他颈椎生物力学分析;四种侧块钉棒内固定中Magerl和Roy-Camille固定模式在整体稳定性上具有优势;Magerl固定在抗偏转、抗旋转和抗拔出力方面具有明显优势,在下颈椎固定手术中Magerl安全性高、力学性能好,值得临床广泛推广。(3)各种手术入路均能够满足下颈椎损伤患者的基本需要,保证脊柱-内固定复合体的稳定性、生物力学性能合理性;叁种手术入路对功能恢复无明显差异;但前路手术在手术时间和术中出血量方面较后路Magerl固定和前后联合入路具有较为明显的优势,建议手术医师根据实际情况进行手术治疗。
参考文献：
[1]. Hangman骨折四种内固定方法的生物力学实验研究[D]. 李凭跃. 第一军医大学. 2004
[2]. 四种寰枢椎内固定技术治疗寰枢椎复合骨折的叁维有限元分析和临床评[D]. 唐晓明. 南京医科大学. 2017
[3]. 基于解剖学下颈椎侧块固定的有限元分析及临床研究[D]. 翟磊. 天津医科大学. 2017