腰椎双节段不同固定方式稳定性的生物力学研究

摘要:

目的 对比腰椎双节段不同固定方式的力学稳定性。

方法 取6 具正常成人甲醛固定腰椎标本(腰2-骶1),递进式采用不同固定方式

行腰3/4 腰4/5 固定,分为5 组:正常标本组(A 组)、单侧椎板关节突螺钉固定联

合椎间融合器植入组(B 组)、单侧椎弓根螺钉固定联合椎间融合器植入组(C

组)、单侧椎弓根螺钉并对侧椎板关节突螺钉固定联合椎间融合器植入组(D 组)

和双侧椎弓根螺钉固定联合椎间融合器植入组(E 组)。加载下分别测量、计算

并对比各组的各向活动度、稳定指数、轴向位移和轴向刚度。

结果 相对正常标本组,四种固定方式均减少了固定节段L3/4 和L4/5各向活动度,

提高了脊柱的稳定性和刚度,但不同的固定方式间,其各向活动度和轴向位移的

减少、稳定指数的提高和轴向刚度的增加不同,其中,B 组与C 组、D 组与E 组

之间差异无统计学意义,而D 组与B 组、D 组与C 组、E 组与B 组、E 组与C 组

间差异有统计学意义。

结论 腰椎双节段固定方式中,单侧椎板关节突螺钉固定联合椎间融合器植入提

高了固定节段的稳定性、增加了载荷能力,但强度较弱,单侧椎弓根螺钉并对侧

椎板关节突螺钉固定联合椎间融合器植入方式具有良好的即刻稳定性,其稳定性

优于单侧椎板关节突螺钉固定联合椎间融合器植入方式和单侧椎弓根螺钉固定

联合椎间融合器植入方式,而与双侧椎弓根螺钉固定联合椎间融合器植入的稳定

性相当,因此,对于腰椎的双节段固定融合,单侧椎板关节突螺钉固定联合椎间

融合器植入在生物力学上是可行的,但应严格把握手术适应症,而单侧椎弓根螺

钉并对侧椎板关节突螺钉固定联合椎间融合器植骨可能是更好的选择。

目前,对于腰椎的双节段固定融合,采用双侧椎弓根螺钉固定并椎间融合器

植骨是其主要的方法[1、2]。而近年来,陆续出现采用单侧椎板关节突螺钉固定[3-5],

或单侧椎弓根螺钉固定[6-8],或单侧椎弓根螺钉联合对侧椎板关节突螺钉固定[9-11]

并椎间融合器植骨治疗下腰椎单节段病变的成功报道,上述三种固定方法是否适

用于腰椎双节段的固定融合,它们的生物力学稳定性如何?与双侧椎弓根螺钉固

定相比有何差异?为了给临床应用提供理论依据,我们对以上四种固定方法进行

了生物力学测试和比较,结果报告如下。

1 材料与方法

1.1 实验标本的制备

采用由浙江大学医学院解剖教研室提供的6 具甲醛固定腰椎标本,男4 具,

女2 具;年龄42~60 岁,平均53.2 岁,无脊柱疾病史并经X 线检查排除脊柱骨

病、骨折、炎症、畸形和肿瘤。实验前,将标本上肌肉组织小心剔除,完整保留

关节囊、韧带和骨性组织。制作成腰椎功能标本(腰2-骶1),上下有完整的椎体、

椎间盘、韧带,并用模具浇灌甲基丙烯甲酯(PMMA)包埋。所有腰椎标本在尸体

解剖后即进行实验标本的制备,以维持新鲜状态,然后进行解剖学各项参数的检

测,并递次采用不同的固定方法进行腰3/4腰4/5双节段固定并腰3/4腰4/5椎间融合

器植入(分别斜向植入单枚融合器),模仿扩大椎板间隙入路行髓核摘除、椎间

融合器植入。椎弓根螺钉由山东威高医疗器械公司生产的钛合金系统,椎间融合

器由美国Stryker 医疗器械公司生产的O.I.C Peek 材料,椎板关节突螺钉由上海

浦卫医疗器械公司生产的钛合金空心螺钉。分为5 组:A 组、正常标本组;B 组、

单侧椎板关节突螺钉固定联合椎间融合器植入组;C 组、单侧椎弓根螺钉固定联

合椎间融合器植入组;D 组,单侧椎弓根螺钉并对侧椎板关节突螺钉固定联合椎

间融合器植入组;E 组、双侧椎弓根螺钉固定联合椎间融合器植入组。

1.2 实验力学模型的建立与测试

每组实验模型在结构模拟、载荷、力学性质、固定及手术方式上均保持一致,

以提高检测精度并具有可比性。采用上海科技大学自行研制的智能三维运动分析

系统,将标本安装在XYZ 三正交坐标系原点上,6 个电阻式位移传感器传送的位

移分量通过智能应变仪采集,并由接口IBP PC/XT 主机存贮与处理。应用脊柱三

维运动载荷仪加载盘施加纯力偶(0~5N.M),使标本产生前屈(Flex)、后伸(Ext)、

左右侧屈(LB/LB)和左右旋转(LR/RR)6 个方向的生理运动。每次测量加载、

卸载3 次,间隔时间30s,以减少脊柱粘弹性影响。标本用浸渍的生理盐水布包

裹以防脱水变性,试验精度一般要求控制在8%之间[12]。每一标本的每一种试验

状态按6 种加载工况顺序测试,测量记录腰椎不同固定状态下每个固定节段三维

运动范围(range of motion,ROM)、轴向位移值和刚度值,每次测量均重复三

次,测试值取其平均值。

1.3 数据处理

通过原始数据计算出各组状态下脊柱三维运动方向的运动范围(ROM)、脊柱

稳定性指数(SPI)、轴向位移和刚度值,以客观评判固定节段的稳定性。多组数

据之间比较采用完全随机设计资料的单向方差分析(One-way ANONA),当F 值有意义时,采用两两比较的LSD 检验法进行统计学比较。

2 结果

2.1 腰椎双节段固定三维运动范围(ROM)

根据脊柱三维运动载荷仪的测量,5 个组在载荷5N.M 时两个节段(腰3/4腰

4/5)各自运动状态ROM 值见表1 和表2。运动范围越小,说明固定节段越稳定。

表1 腰 3/4节段三维运动状态 ROM值(n=6,°,x s

Tab.1 Three-dimensional range of motion at L3/4(n=6,°,Mean±SD)

 

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    2013/10/24 21:31:17     访问数:1171
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