腰椎弓峡部裂经椎弓根钉棒固定体外生物力学、有限元分析及临床应用研究

论文摘要

目的评价单椎节经椎弓根钉棒固定治疗腰椎弓峡部裂的生物力学特点,临床应用并随访观察手术疗效。方法体外生物力学实验采用在人体下腰椎标本关节突贴微小应变片,施加常规加载观察下腰椎关节突在正常、峡部裂、内固定状态下应变值的变化。选择1例青少年峡部裂病例,利用CT扫描图像,建立腰椎弓峡部裂三维有限元模型,并验证其有效性。植入内固定后比较单椎节和单节段经椎弓根内固定的邻近椎节终板应力分布规律。临床根据相关适应证选取适当病例实施单椎节手术,术后观察功能恢复及峡部融合情况。结果体外力学测试结果显示单椎节系统能稳定峡部裂腰椎。有限元模型经过有效性验证后,显示前屈、后伸、侧屈时单椎节固定终板应力均值与无内固定时相仿,而单节段固定方式在L4下终板应力均值显著增高,旋转时单椎节固定方式在S1上终板应力值显著下降。本组采用单椎节手术治疗临床患者16例,随访15例,平均随访时间22.4个月,手术后患者功能明显改善,所有患者随访均达到峡部骨愈合。结论单椎节经椎弓根钉棒固定治疗腰椎弓峡部裂不仅能提供良好的固定,而且最大程度的保留了上下椎间盘的活动,值得临床进一步应用研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 中文摘要
• 第一部分 腰椎弓峡部裂单椎节经椎弓根钉棒固定体外生物力学实验
• 前言
• 材料与方法
• 1 实验标本
• 2 生物力学夹具制作
• 2.1 标本接触模块设计功能
• 2.2 腰椎加载模块设计功能
• 3 电阻应变片、力学试验机以及测试仪
• 3.1 电阻应变片
• 3.2 实验选用美国MTS 809拉扭复合试验机系统
• 3.3 应变片测量仪
• 4 实验步骤
• 4.1 实验标本力学测试前准备
• 4.2 正常状态的力学测试
• 4.3 腰椎双侧椎弓峡部裂状态时的力学测试
• 4.4 腰椎弓峡部裂单椎节经椎弓根钉棒固定状态时的力学测试
• 结果
• 1 实验标本测试情况
• 2 腰椎实验关节突生物力学测试结果
• 2.1 L4下关节突在不同工况下的应变值
• 2.2 L5上关节突在不同工况下的应变值
• 2.3 L5下关节突在不同工况下的应变值
• 2.4 S1上关节突在不同工况下的应变值
• 3 相同工况下各关节突应变值变化
• 3.1 轴向加压工况下各关节突应变值变化
• 3.2 前屈工况下各关节突应变值变化
• 3.3 后伸工况下各关节突应变值变化
• 3.4 左侧屈工况下各关节突应变值变化
• 3.5 左旋工况下各关节突应变值变化
• 4 各关节突在不同力学状态下应变值变化趋势
• 4.1 正常力学状态下各关节突应变值变化趋势
• 4.2 峡部裂状态下各关节突应变值变化趋势
• 4.3 内固定状态下各关节突应变值变化趋势
• 讨论
• 1 腰椎生物力学实验采用应变片法的机制及相关问题
• 1.1 腰椎体外生物力学实验现状
• 1.2 应变片方法的机制
• 1.3 本实验采用应变片法的体会
• 2 单椎节经椎弓根钉棒系统关节突应变测量生物力学实验意义
• 2.1 腰椎弓峡部裂生物力学模型建立与分析
• 2.2 关节突应变测量显示的三种不同力学状态下腰椎的稳定情况
• 3 本实验不足
• 小结
• 参考文献
• 第二部分 腰椎弓峡部裂（L4～S1）有限元模型建立及其有效性验证
• 前言
• 材料与方法
• 1 模型建立的资料准备
• 1.1 影像学资料获得
• 1.2 腰椎弓峡部裂有限元模型建立所用设备及软件
• 2 实验步骤
• 2.1 腰椎骨性结构模型的建立
• 2.2 腰椎间盘组织模型的建立
• 2.3 ScanFE网格划分
• 2.4 添加相关韧带以及材料赋值
• 2.5 有限元计算求解
• 结果
• 1 腰椎弓峡部裂有限元模型建立结果
• 1.1 Simpleware软件包以及Ansys有限元软件重建腰椎峡部裂模型结果
• 1.2 施加载荷条件下应力云图
• 2 模型有效性验证
• 2.1 有限元模型关节突应力读取
• 2.2 不同工况下L4下关节突、L5上、下关节突、S1上关节突有效性验证
• 2.3 关节突关节应力或应变趋势验证
• 讨论
• 1 下腰椎有限元模型的特点和应用研究
• 1.1 下腰椎有限元建模的特点
• 1.2 下腰椎有限元模型的生物力学应用研究
• 2 腰椎弓峡部裂有限元模型的特点和意义
• 3 实验模型的有效性验证
• 3.1 有限元模型验证的必要性
• 3.2 本实验的验证方法
• 小结
• 参考文献
• 第三部分 腰椎弓峡部裂单椎节和单节段经椎弓根固定系统的有限元分析
• 前言
• 材料与方法
• 1 实验所用设备及材料
• 1.1 腰椎弓峡部裂有限元模型临床资料
• 1.2 有限元模型建立及分析所用设备软件
• 1.3 内固定材料
• 2 实验步骤
• 2.1 逆向工程椎弓根螺钉及连接棒数字化三维重构
• 2.2 腰椎弓峡部裂内固定模型建立
• 2.3 有限元模型网格划分以及材料赋值
• 2.4 有限元计算求解
• 结果
• 1 单椎节经椎弓根固定有限元建模结果
• 1.1 Simpleware软件包以及Ansys有限元软件重建腰椎峡部裂模型结果
• 1.2 施加载荷下应力分布图
• 2 单节段经椎弓根固定有限元建模结果
• 2.1 Simpleware软件包以及Ansys有限元软件重建腰椎峡部裂模型结果
• 2.2 施加载荷下应力分布图
• 3 峡部裂状态、单椎节、单节段固定终板应力值比较
• 3.1 终板应力值读取方法
• 3.2 L4下终板在不同力学状态、不同工况下应力分布情况
• 3.3 S1上终板在不同力学状态、不同工况下应力分布情况
• 3.4 终板应力雷达分布图
• 讨论
• 1 单椎节固定与单节段固定治疗腰椎峡部裂的临床问题
• 2 在不同工况下的终板应力值测量意义
• 2.1 轴向加压工况终板应力值分布特点及意义
• 2.2 前屈工况终板应力值分布特点及意义
• 2.3 后伸工况终板应力值分布特点及意义
• 2.4 侧屈工况终板应力值分布特点及意义
• 2.5 旋转工况终板应力值分布特点及意义
• 小结
• 参考文献
• 第四部分 单椎节经椎弓根钉棒固定峡部植骨术治疗腰椎椎弓峡部裂临床研究
• 前言
• 材料与方法
• 1 临床资料
• 1.1 一般资料
• 1.2 影像学检查
• 1.3 手术经过
• 1.4 术后诊疗护理
• 2 腰椎弓峡部裂手术前后效果评价
• 2.1 手术后功能变化随访表
• 2.2 腰椎弓峡部裂手术后功能评分法
• 2.3 滑脱分级
• 结果
• 1 手术后及临床随访情况
• 1.1 术后一般情况
• 1.2 随访情况
• 2 手术后功能变化情况、骨愈合时间以及和滑脱程度关系统计分析
• 2.1 手术前后24分法功能变化情况
• 2.2 峡部骨愈合时间
• 2.3 峡部裂椎体滑脱程度与手术前后功能评分关系
• 2.4 峡部裂椎体滑脱程度与峡部骨愈合时间关系
• 2.5 手术前后功能评分改善与峡部骨愈合时间关系
• 讨论
• 1 腰椎弓峡部裂与腰痛的关系
• 2 腰椎弓峡部裂的治疗选择
• 2.1 腰椎弓峡部裂的分类
• 2.2 非手术治疗的选择与时间
• 2.3 单椎节椎弓根钉棒系统治疗腰椎峡部裂的手术适应证
• 3 峡部修复及单椎节椎弓根钉棒固定治疗腰椎峡部裂的方法学
• 3.1 峡部修复治疗常见的手术方式
• 3.2 单椎节椎弓根钉棒系统固定的方法学
• 4 单椎节椎弓根钉棒系统治疗腰椎峡部裂疗效相关因素
• 4.1 围手术期处理问题
• 4.2 手术后功能改善与腰椎椎体滑脱的关系
• 4.3 手术后功能改善与峡部骨性愈合的关系
• 小结
• 参考文献
• 典型病例影像学介绍
• 全文总结
• 综述1 腰椎弓峡部裂自然史现状
• 参考文献
• 综述2 有限元分析在腰椎弓峡部裂应用进展
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 查新