齒輪撐開式脊柱復(fù)位固定板裝置的研制及生物力學(xué)評價

1、齒輪撐開式脊柱復(fù)位結(jié)實板裝置的研制及生物力學(xué)評價崔學(xué)文賈連順袁文田紀(jì)偉李家順【摘要】目的研制一種新型的齒輪撐開式脊柱復(fù)位結(jié)實板裝置GDP，舉行生物力學(xué)測試并評價其生物力學(xué)性能。要領(lǐng)接納醫(yī)用鈦合金制成GDP植入物，用不銹鋼制成專用東西。18具奇怪小牛腰椎標(biāo)本隨機分為3組，對GDP組內(nèi)結(jié)實舉行載荷應(yīng)變、載荷位移、強度、剛度、改變強度及極限承載本領(lǐng)測試，并與比擬組D、Steffee比擬闡發(fā)。結(jié)果齒輪撐開式脊柱復(fù)位結(jié)實板GDP組在載荷應(yīng)變、載荷位移、強度、剛度、改變強度及極限承載本領(lǐng)方面均優(yōu)于比擬組，統(tǒng)計學(xué)闡發(fā)有明顯性差異P0.05。結(jié)論GDP具有精良的生物力學(xué)不變性，對促進骨折愈合、防范后突畸形復(fù)發(fā)

2、和椎體高度喪失具有緊張意義。【關(guān)鍵詞】齒輪撐開式；脊柱復(fù)位結(jié)實板GDP；內(nèi)結(jié)實；生物力學(xué)Keyrds：geardistratinplate(GDP);fixatinplate;internalfixatin;biehanis如今用來治療脊柱骨折的后路內(nèi)結(jié)實東西重要以釘棒體系為主，板式布局由于撐開作用差，復(fù)位骨折椎體的結(jié)果欠佳，因此臨床應(yīng)用者愈來愈少，漸漸處于被鐫汰的田地。為落服板式布局不克不及撐開的困難，作者在復(fù)習(xí)文獻的底子上方案出一種新型的可撐開的脊柱后路復(fù)位結(jié)實板裝置即齒輪撐開式脊柱復(fù)位結(jié)實板GDP裝置，并通過離體生物力學(xué)比擬研究相識GDP的生物力學(xué)特性，為臨床應(yīng)用提供根據(jù)。1東西布局GD

3、P由帶齒條的結(jié)實板帶有弧度、齒狀撐開螺帽、椎弓根釘、橫向毗連桿構(gòu)成圖1。1結(jié)實板：為順應(yīng)脊柱差異節(jié)段結(jié)實的必要，按照影像學(xué)丈量結(jié)實板的方案長度為5585，弧度為6.520，按照差異椎體的高度及臨床壓縮的程度，齒條的方案長度為1030，結(jié)實板厚5，寬14，結(jié)實板上有毗連橫向毗連桿的滑動槽;2齒狀撐開螺帽：為撐開椎體的關(guān)鍵部件，其齒輪與結(jié)實板的齒條符合，中空內(nèi)徑為6，壁厚1，齒高、寬各1;3椎弓根螺釘：為錐形，基底部與六角錐面的螺母鑄為一體，外徑3570,長度2055;4橫向毗連桿為板式，寬4，厚2，長度2545，內(nèi)有槽形孔，可以便利與結(jié)實板毗連。2質(zhì)料與要領(lǐng)2.1實行質(zhì)料接納奇怪小牛脊柱T12S

4、1)標(biāo)本共18具，均勻年事2.8個月23個月，雄性13具，雌性5具，均屬隨機取樣，并剔除病理標(biāo)本，X線片表現(xiàn)為正常標(biāo)本。圖1齒輪撐開式脊柱復(fù)位結(jié)實板裝置布局圖2.2標(biāo)本制備截取標(biāo)本后細(xì)致剔除局部附著肌肉，保存韌帶及樞紐突，然后密封保存在20的冰柜中，測試前漸漸解凍，實行標(biāo)本上下兩頭灌溉骨水泥平臺，以便于準(zhǔn)確加載，兩平臺之間平行度1圖2。同時在脊柱L3火線A測試點和后側(cè)椎弓處B測試點，按實行力學(xué)要求別離粘貼應(yīng)變式傳感器，應(yīng)變要求預(yù)調(diào)范疇到達(dá)2500u2%,敏捷度2u，位移丈量接納KG101光柵數(shù)顯高精度丈量儀，精度到達(dá)0.01%，并附以千分表監(jiān)測。圖2脊柱內(nèi)結(jié)實生物力學(xué)測試表示圖2.3標(biāo)天職組將

5、標(biāo)天職為實行組GDP及比擬組D、Steffee，每組各6具，三組東西皆為同一廠家雷同質(zhì)料制造，長度雷同。損傷腰椎標(biāo)本的制作，參照Panjabi1要領(lǐng)在標(biāo)本上造成屈曲型壓縮骨折模子，拍攝X線片表現(xiàn)脊柱不穩(wěn)，然后安裝齒輪撐開式脊柱復(fù)位內(nèi)結(jié)實板裝置加以結(jié)實。比擬組別離用D及Steffee鋼板結(jié)實。2.4生物力學(xué)測試2.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計處置懲罰脊柱生物力學(xué)試驗中的應(yīng)變、位移、應(yīng)力、扭矩、扭角等力學(xué)量先舉行數(shù)據(jù)處置懲罰，從而得到一個滿足的預(yù)計值和置位區(qū)間。然后以線形回歸、方差闡發(fā)，經(jīng)最小二乘法處置懲罰。按數(shù)理統(tǒng)計加以查驗，盤算其相干參數(shù)、t查驗、精度闡發(fā)。盤算統(tǒng)計闡發(fā)接納尺度的SPSS10.0軟件在盤算機上舉

6、行，設(shè)定明顯性程度為P0.05。3結(jié)果3.1脊柱載荷應(yīng)變變革腰椎上A、B測試點在差異載荷下載荷應(yīng)變曲線呈線性變革，應(yīng)變隨載荷的增長而增大，卸載后根本恢回復(fù)狀。腰椎A(chǔ)、B測試點上GDP內(nèi)結(jié)實椎體應(yīng)變最小，而相應(yīng)比擬組D、Steffee的應(yīng)變較大，在脊柱差異的生理工況下垂直壓縮、前屈、后伸、側(cè)屈，實行組內(nèi)結(jié)實的均勻應(yīng)變比D組小13，比Steffee組小22。因此GDP東西結(jié)實顯著占據(jù)上風(fēng)，結(jié)實結(jié)果最好，并靠近于脊柱正常程度，在雷同的應(yīng)變程度下，GDP東西所蒙受的載荷比其他范例結(jié)實要高的多，結(jié)果統(tǒng)計具有明顯意義P0.05。3.2脊柱載荷位移變革脊柱在差異內(nèi)結(jié)實東西結(jié)實下負(fù)荷后，脊柱會產(chǎn)生壓縮性位移和

7、程度位移。本實行18具標(biāo)本在差異生理工況下載荷位移變革結(jié)果創(chuàng)造隨著生理載荷的增長，脊柱縱向位移和程度位移呈線性變革增長，卸載后恢回復(fù)狀。3種差異東西的內(nèi)結(jié)實都能到達(dá)安穩(wěn)結(jié)實，引起的位移比力小，GDP組的均勻壓縮位移比D組小12，比Steffee鋼板結(jié)實組小23，兩兩比擬有明顯性差異P0.05。同樣在雷同的載荷下，程度位移的變革紀(jì)律與壓縮性位移雷同，它比D組及Steffee鋼板組的位移均勻小的多，由于椎弓根結(jié)實，中心椎體程度位移很小，約占縱向壓縮位移4.2%，很小可忽略不計。這一結(jié)果證實，GDP東西結(jié)實后脊柱上引起的壓縮性位移和程度位移均比力小，承載本領(lǐng)比力強。3.3椎體的強度變革椎體的強度反響

8、在椎體上的應(yīng)力變革，按照胡克定律：椎體上的應(yīng)力與應(yīng)釀成正比，而應(yīng)變值由應(yīng)變實行而得，假設(shè)東西結(jié)實好，應(yīng)力會合小，應(yīng)力傳導(dǎo)通暢，假設(shè)結(jié)實欠好，在椎體上引起的應(yīng)力會合征象顯著且應(yīng)力很大。本實行中GDP東西組的應(yīng)力最小，均勻7.19Pa，結(jié)實結(jié)果最好，最安穩(wěn)；而D組8.22pa，Steffee鋼板組9.25Pa，比D組均勻應(yīng)力小13，比Steffee鋼板組的均勻應(yīng)力小22，兩兩比擬統(tǒng)計表現(xiàn)具有明顯性差異P0.05。3.4脊柱的軸向剛度和程度剛度這里所謂脊柱的軸向剛度是指脊柱在載荷作用下，脊柱對抗軸向變形本領(lǐng)的巨細(xì)；同樣脊柱的程度剛度是指對抗程度剪切變形本領(lǐng)的大校接納GDP東西結(jié)實組的軸向剛度最高，而

9、D結(jié)實組相對較差，兩者相差15；與Steffee結(jié)實組兩者相差23，兩兩比力，統(tǒng)計表現(xiàn)兩者均顯明顯性差異P0.05。充實表現(xiàn)了GDP內(nèi)結(jié)實東西在對抗脊柱軸向變形本領(lǐng)是比力高的。同樣GDP東西結(jié)實組的程度剛度也最高，它與軸向剛度變革的紀(jì)律性相似。3.5脊柱的改變力學(xué)性能改變力學(xué)性能是指脊柱改變強度巨細(xì)及改變角巨細(xì)，它是權(quán)衡脊柱改變力學(xué)特性優(yōu)劣的兩個力學(xué)變量。差異內(nèi)結(jié)實東西對抗改變的強度和剛度各不雷同，一樣平常來說，比力好的內(nèi)結(jié)實東西可以或許具有相稱高的改變強度和剛度，對抗扭矩本領(lǐng)很強。結(jié)果表白，GDP東西內(nèi)結(jié)實在等量扭矩作用下，扭角最小，結(jié)實后不輕易引起腰椎的扭變化形，它比D組的扭角變形小10，

10、比Steffee鋼板組的扭角變形小17，說明GDP東西占據(jù)較高的上風(fēng)，抗變形本領(lǐng)強，抗改變性能好，統(tǒng)計闡發(fā)表現(xiàn)具有明顯性差異P0.05。同樣在等量扭角變形下，看它們對抗扭矩本領(lǐng)巨細(xì)，GDP東西內(nèi)結(jié)實最大能到達(dá)3.06N的改變強度，而D組能到達(dá)2.66N，兩者相差13，而此時Steffee鋼板組的扭矩僅為2.23N,與前者相差27，表現(xiàn)后兩者抗改變強度較差，統(tǒng)計闡發(fā)表現(xiàn)具有明顯性差異P0.05。3.6腰椎的極限力學(xué)性能按照試驗可以看到在很大載荷下20003000N，椎體不竭壓縮變形，椎間盤不竭膨出變形，椎體中部向內(nèi)凹陷，體液不竭排泄，在本來骨折處再裂開，產(chǎn)生再骨折，而內(nèi)結(jié)實東西釘桿角顯著變小，東

11、西開始變形，螺釘轉(zhuǎn)動產(chǎn)生攣曲變形。而比擬組東西松動顯著，有的乃至滑動，椎體不竭骨折而粉碎。結(jié)果表現(xiàn)：GDP東西內(nèi)固按時極限載荷最高為3750N，其次是D組東西的極限載荷為3050N，Steffee東西為2250N，三者比擬互相相差19和40，統(tǒng)計表現(xiàn)具有明顯性差異P0.05。這就表白接納GDP東西結(jié)實比D和Steffee東西結(jié)實的承載本領(lǐng)大，強度高，不變性好。假設(shè)人體體重為65kg，接納GDP結(jié)實可到達(dá)5.9B,而D、Steffee結(jié)實只有4.79B。這一結(jié)果表白了這種內(nèi)結(jié)實東西的良好性，而且當(dāng)脊柱產(chǎn)生骨折粉碎時，其GDP東西變形很小，并未出現(xiàn)粉碎征象，而D棒和Steffee鋼板表現(xiàn)了彎折,椎

12、弓根釘松動。4討論4.1GDP裝置的特點1辦理了板式布局撐開困難的缺點，結(jié)實板內(nèi)孔側(cè)壁上有齒條，齒狀撐開螺帽在齒條上轉(zhuǎn)動，螺帽的中孔包容椎弓根釘?shù)奈膊?，發(fā)動椎弓根釘向一側(cè)挪動，如許就實現(xiàn)了板式布局的撐開作用。齒條的長度為撐開間距，按照丈量椎體及椎間隙的高度，我們方案齒條的長度為3，包管有充足的撐開間距，如容許充實規(guī)復(fù)壓縮椎體的高度；2結(jié)實板自己帶有弧度，按照差異脊柱節(jié)段，結(jié)實板的弧度方案為5、0、5、10、15、20等多種弧度，使椎弓根釘與結(jié)實板之間形成差異的角度即“釘板角，它對前柱和中柱的縱向撐開復(fù)位具有緊張的作用。齒狀布局及釘板角的方案不但補充了以往釘板布局的椎弓根結(jié)實器缺乏縱向撐開力的不

13、敷，而且改變了以往釘板布局結(jié)實器椎弓根釘程度承載為仰角承載，剖析了椎弓根釘頭端的壓縮負(fù)荷，這對鐫汰術(shù)后彎釘、斷釘有緊張意義2。GDP利用鋼板的弧度與脊柱骨折后凸畸形之間的凸面失偶征象，通過椎弓根釘?shù)姆礌孔饔茫瑢怪a(chǎn)生一個過伸折頂復(fù)位圖3；加上齒狀撐開螺帽的縱向撐開復(fù)位作用，兩種復(fù)協(xié)力的團結(jié)，使GDP將傳統(tǒng)的椎弓根結(jié)實器以縱向撐開復(fù)位為主改變?yōu)檎垌攺?fù)位和縱向撐開復(fù)位的團結(jié)復(fù)位。這種復(fù)位機制的改變不但實現(xiàn)了均稱的三柱前凸?fàn)块_復(fù)位，而且同時低落了在復(fù)位歷程中椎弓根釘?shù)膲嚎s負(fù)荷，鐫汰了術(shù)中復(fù)位引起的彎釘與釘?shù)钠v。術(shù)后GDP對結(jié)實地區(qū)的椎體仍產(chǎn)生一個連續(xù)向前的推力，增長后伸力矩來對抗外傷后脊柱后凸所

14、致的前屈力矩，這對防范后凸畸形復(fù)發(fā)，維持腰椎生理前凸均有緊張意義。GDP在骨折椎體的折頂復(fù)位著力點并不是在椎板而是在椎弓根。椎弓根是椎體最結(jié)實的部位，堪稱為“力核支柱，一樣平常不易產(chǎn)生骨折，是蒙受折頂復(fù)位的可靠基矗因此對歸并椎板骨折或?qū)嵭凶蛋鍦p壓后并不影響GDP的利用。4.2GDP生物力學(xué)特點1GDP自己帶有油滑的弧度，使應(yīng)力傳導(dǎo)勻稱；結(jié)實板與螺釘之間接納嵌入式毗連，毗連安穩(wěn)且切跡低，使結(jié)實板緊貼脊柱后柱，有利于力的傳導(dǎo)；實行證實在雷同載荷下其載荷應(yīng)變，載荷位移均較比擬組小，而其軸向剛度與程度剛度高于比擬組，統(tǒng)計闡發(fā)表現(xiàn)均有明顯性差異P0.05；如許的布局使結(jié)實段脊柱在生理負(fù)荷下不易產(chǎn)生變形，

15、有利于植骨交融及維持椎體的高度，同時不會導(dǎo)致應(yīng)力會合，不易產(chǎn)生結(jié)實板、螺釘斷裂征象。2GDP為板式布局，與椎弓根釘?shù)呐B為嵌入式，從理論上講如許的布局有較強的抗改變性能，而實行證實其抗改變性能優(yōu)于比擬組，統(tǒng)計闡發(fā)表現(xiàn)有明顯差異P0.05。3GDP選用醫(yī)用鈦合金Ti6AL4V為質(zhì)料，鈦合金外貌的Ti2氧化膜使他們的生物相容性更良好，而且不干預(yù)干與T、RI影像裝備及耐腐化性，在抗壓應(yīng)力、抗剪切力和抗疲憊性方面與不銹鋼質(zhì)料比擬均大幅度進步，增長了內(nèi)結(jié)實東西的抗改變、抗疲憊特性及利用壽命；柔韌性與不銹鋼質(zhì)料比擬更靠近骨構(gòu)造。4該體系由4枚椎弓根釘、2塊結(jié)實板、一個橫連桿，齒狀撐開螺帽及鎖定螺帽構(gòu)成，結(jié)

16、實板帶有必然的弧度，其弧度與脊柱的弧度相匹配，手術(shù)時利用結(jié)實板的弧度規(guī)復(fù)脊柱的前柱，然后撐開規(guī)復(fù)椎體及椎間隙的高度。由于結(jié)實板的弧度與脊柱的弧度匹配，結(jié)實后結(jié)實板牢牢的貼在脊柱的后部布局上，如許的結(jié)實強度大，不變性好，同時規(guī)復(fù)了脊柱的正常生理弧度，有利于骨折愈合及維持身材的平衡。椎弓根釘接納外錐形，如許的椎弓根釘是一種比力成熟的產(chǎn)物，它有較強的抗拔著力。本生物力學(xué)實行沒有涉及肌肉構(gòu)造的生物力學(xué)作用和活體構(gòu)造的和諧作用3，而肌肉體系對內(nèi)結(jié)實東西載荷影響很大4，因此要準(zhǔn)確模擬內(nèi)結(jié)實東西在生理狀態(tài)下的力學(xué)環(huán)境還存在著很大挑釁。本內(nèi)結(jié)實板體系和如今臨床上應(yīng)用的釘棒體系復(fù)位原理不盡雷同，它不必要折彎和轉(zhuǎn)棒，屬于短節(jié)段結(jié)實東西，結(jié)實節(jié)段少，保存了脊柱大部門成效運動?！緟⒖嘉墨I】1Pajabi，hiteAA.linialbiehanialfthespine.4th.Philaephia:lippintJB,1990,191.2henS,henJ,hengK,etal.Failureanalysisfb