新型形态记忆合金颈椎夹钩治疗寰枢椎不稳的基础与临床研究

论文摘要

目的（1）测试自行设计的寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩固定的生物力学稳定性，并与德国蛇牌SSE挂钩的生物力学稳定性进行对比；（2）测试自行设计的寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩固定的材料疲劳特性，并与德国蛇牌SSE挂钩的材料疲劳特性进行对比；（3）参照其它颈椎的三维重建方法，重建环枢椎复合体的三维图像，因为三维显示是可视化的核心，只有三维显示才使可视化成为真正意义上的可视；（4）利用环枢椎复合体结构的三维模型进行有限元运算，以研究外力作用时环枢椎复合体的内部应力变化以及新型形态记忆合金颈椎夹钩内部应力变化；（5）从临床实践方面分析寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩的治疗效果。从而使基于计算机虚拟技术的力学结果与临床应用相互应证，为寰枢椎不稳的合理治疗提供一种新的有效方法和手段。方法（1）试验分成6组：正常状态组、寰枢椎不稳组、寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩固定组、寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩固定疲劳组、德国蛇牌SSE挂钩固定组、德国蛇牌SSE挂钩疲劳组。所有8例标本均参加该6组试验，采用重复测量的方法，依次进行正常对照组试验、寰枢椎不稳无固定对照组试验、寰枢椎不稳德国蛇牌SSE挂钩固定组试验、寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩组试验，最后进行疲劳试验。利用SPSS10.0软件包（第一军医大学统计教研室）对测量的结果进行重复测量的方差分析，组间两两比较采用LSD法，差异统计性标准置于0.05。（2）建立上颈椎计算机三维仿真模型：取一成年男性尸体颈椎（C0-C3）标本，事先通过CT扫描排除标本存在颈椎疾患解剖异常，剔除肌肉等软组织，保留各节段颈椎韧带及关节囊。然后包埋固定标本，在标本上安置寰枢椎新型形态记忆合金颈椎夹钩，然后标本在64排螺旋CT工作平台扫描，层距1mm。图像通过螺旋CT工作站预处理，以消除金属内固定伪影。扫描结果保存为BMP灰度图。利用64排螺旋CT工作平台PHILIPS计算机系统体素重建法重建上颈椎有效计算机三维仿真模型，并模拟寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩在上颈椎计算机三维仿真模型上的安置。（3）根据文献，对材料属性以及单元类型、实常数赋值。模型包含皮质骨、松质骨、终板、椎间盘、小关节、韧带等。划分网格后分别对寰枢椎不稳上颈椎有限元模型和加载寰枢椎新型形态记忆合金颈椎夹钩后的上颈椎有限元模型进行X轴（冠状轴）、Y轴（矢状轴）加载负荷200N，对比寰枢椎不稳上颈椎有限元模型和加载寰枢椎新型形态记忆合金颈椎夹钩后的上颈椎有限元模型在相同载荷下位移和应力分布的变化。（4）临床部分：寰枢椎不稳患者8例，其中男7例，女1例；年龄33～59岁，平均年龄48岁。8例患者中先天性寰枢椎脱位3例，外伤性骨折脱位5例；外伤患者中，2例为齿状突Ⅱ型骨折伴寰椎后脱位，3例为寰椎横韧带断裂伴寰椎前脱位。所有患者术前均做MRI及X线检查，包括正侧位片及开口位片。术前采用颅骨牵引使脱位的寰枢椎复位。术后拆除骨牵引，颈围固定3个月。随访观察并纪录患者术后症状缓解情况。结果（1）在前屈／后伸状态下，寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩固定组与德国蛇牌SSE挂钩固定组差异无统计性意义（P=0.595），寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩固定疲劳组与德国蛇牌SSE挂钩疲劳组差异无统计性意义（P=0.239），其余各组之间差异有统计性意义（P＜0.05）。（2）在侧弯状态下，正常状态组与寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩固定组差异无统计性意义（P=0.053），寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩固定疲劳组与德国蛇牌SSE挂钩疲劳组差异无统计性意义（P=0.575），其余各组之间差异有统计性意义（P＜0.05）。（3）在旋转状态下，正常状态组、寰枢椎不稳组、寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩固定组、寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩固定疲劳组、德国蛇牌SSE挂钩固定组、德国蛇牌SSE挂钩疲劳组6个组之间，各组之间差异有统计性意义（P＜0.05）。（4）利用64排螺旋CT工作平台执行体素重建法重建上颈椎有效计算机三维仿真模型；执行分割和边缘处理运算可计算出寰枢椎三维仿真模型和上颈椎椎体三维仿真模型；执行组件操作功能模块可模拟寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩在上颈椎计算机三维仿真模型上的安置。执行模型旋转、移动操作可显示观察椎管内三维仿真效果。执行计算机和软件自动分割与手动分割相结合，并利用系统自带配准模型库，可重建显示十字韧带、翼状韧带，前纵韧带和椎间盘等结构。（5）Y轴（矢状轴）加载负荷200N后运算出寰枢椎不稳加载寰枢椎新型形态记忆合金颈椎夹钩后在屈曲条件下的应力分布，以应力等值线图表示。寰枢椎不稳在屈曲条件下的最大应力为38.75MPa，高应力区出现在前柱结构。寰枢椎不稳加载寰枢椎新型形态记忆合金颈椎夹钩后在屈曲条件下的的最大应力为24.49MPa，前柱结构应力降低，在后柱枢椎棘突固定处以及寰枢椎新型形态记忆合金颈椎夹钩接触处出现应力升高，记忆合金传递应力效果较好，显示记忆合金内部应力分布均匀：X轴（冠状轴）加载负荷200N，运算出寰枢椎不稳在侧弯条件下应力分布，以应力等值线图表示；运算出寰枢椎不稳加载寰枢椎新型形态记忆合金颈椎夹钩后在侧弯条件下的应力分布，以应力等值线图表示。加载记忆合金前最大应力为45.81MPa，加载记忆合金后最大应力为27.46MPa。寰枢椎不稳在加载记忆合金前出现前柱高应力区，在加载记忆合金后范围缩小，枢椎与第三颈椎接触处仍有小范围对抗性高应力区（右侧）。后视图显示枢椎棘突在加载记忆合金后抵抗侧弯拉伸应力区域偏向左侧，拉伸应力沿记忆合金内固定传导。（6）8例患者有7例获随访，随访时间6～18个月，平均11.8个月。2例四肢无力、走路不稳及双上肢麻木患者术后完全缓解，1例双上肢无力、麻木患者术后完全缓解，3例外伤性截瘫患者症状明显改善，可自行大小便，1例颈部症状消失。疗效评定采用NASCIS评分标准，7例患者中，疗效为优的患者4例，3例疗效为良。结论（1）寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩组具有良好的术后即时稳定性。其中寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩固定组与德国蛇牌SSE挂钩固定组屈伸稳定性相当，差异无统计性意义（P=0.595）；侧弯和旋转稳定性差异有统计性意义（P＜0.05），寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩侧弯稳定性（1.45±0.25）不及德国蛇牌SSE挂钩（0.79±0.15），寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩旋转稳定性（5.08±0.68）优于德国蛇牌SSE挂钩（8.01±1.21）。（2）寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩具有与德国蛇牌SSE挂钩大体相当的抗疲劳性能，其中屈伸状态下寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩固定疲劳组与德国蛇牌SSE挂钩疲劳组差异无显著性意义（P=0.239）；侧弯状态下寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩固定疲劳组与德国蛇牌SSE挂钩疲劳组差异无显著性意义（P=0.575）；旋转状态下寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩固定疲劳组与德国蛇牌SSE挂钩疲劳组差异有统计意义（P＜0.05），寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩疲劳后旋转稳定性（11.34±0.97）优于德国蛇牌SSE挂钩疲劳后的旋转稳定性（16.20±1.00）。（3）寰枢椎不稳在屈曲条件下的最大应力为38.75MPa，高应力区出现在前柱结构。寰枢椎不稳加载寰枢椎新型形态记忆合金颈椎夹钩后在屈曲条件下的的最大应力为24.49MPa，前柱结构应力降低，显示在加载枢椎新型形态记忆合金颈椎夹钩后对抗Y轴（矢状轴）不稳的效应。在后柱枢椎棘突固定处以及寰枢椎新型形态记忆合金颈椎夹钩接触处出现应力升高，记忆合金传递应力效果较好，显示记忆合金本身具有较好的材料力学特点。寰枢椎不稳在侧弯条件下加载记忆合金前最大应力为45.81MPa，加载记忆合金后最大应力为27.46MPa。显示在加载枢椎新型形态记忆合金颈椎夹钩后对抗X轴（冠状轴）不稳的效应。对比寰枢椎不稳上颈椎有限元模型和加载寰枢椎新型形态记忆合金颈椎夹钩后的上颈椎有限元模型在侧弯载荷下应力分布的变化，可揭示寰枢椎不稳在加载记忆合金后稳定性增加，应力峰值降低，应力分布趋于均匀。（4）本组8例患者中先天性寰枢椎脱位3例，外伤性骨折脱位5例，均采用自行研制的记忆合金颈椎后路颈椎夹钩固定，7例随访患者中，疗效为优4例，良3例；术后4-8个月后7例植骨均融合；随访中未发现并发症的发生。记忆合金颈椎后路颈椎夹钩价格低廉，无须特殊工具，固定手术操作简单易行，易于普及。但仍然存在对抗侧弯强度不够的缺点，在以后的研究中有待改进。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第—章 旋寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩的生物力学和计算机仿真研究
• 1 材料和方法
• 1.1 材料
• 1.2 方法
• 2 结果
• 3 讨论
• 3.1 镍钛合金临床应用的优点
• 3.2 寰枢椎不稳的内固定治疗现状
• 3.3 寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩的生物力学评价
• 3.4 上颈椎加载新型形态记忆合金颈椎夹钩后的整体三维计算机仿真模型的建立和应用
• 4 参考文献
• 5 附图
• 第二章 寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩的有限元和临床研究
• 1 材料和方法
• 2 结果
• 3 讨论
• 3.1 寰枢椎不稳的病因
• 3.2 寰枢椎新型形态记忆合金颈椎夹钩治疗寰枢椎不稳的临床评价
• 3.3 寰枢椎新型形态记忆合金颈椎夹钩的材料力学评价
• 3.4 新型形态记忆合金颈椎夹钩对寰枢椎应力影响的有限元研究
• 4 参考文献
• 5 附图
• 综述
• 攻读博士学位期间成果
• 致谢
• 研究生毕业论文统计学审稿证明