腰椎皮质骨钉道螺钉在腰椎真性滑脱手术中的三维有限元应用

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 腰椎皮质骨钉道螺钉在腰椎真性滑 脱手术中的三维有限元应用 摘要目的：应用三维有限元分 析模拟并比较传统钉道（traditional trajectory，TT）与皮质骨钉道 （cotticalbone trajectory，CBT）的固定 强度。方法：用 TT 和 CBT 两种方式分 别对四组椎体进行模拟置钉，对轴向抗 拔出力，屈曲、伸展、弯曲、旋转等应 力进行测试，对比固定强度。结果：在 抗拔出力比较中，0V-NV 组的 CBT 螺 钉相比 TT 螺钉具有更强，差异有统计 学意义（t=2.10，P 中国论文网 /6/view- 12967970.htm 关键词 腰椎皮质骨钉道螺钉； 骨质疏松；腰椎真性滑脱手术；三维有 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 限元 1 一般资料 病例纳入标准：成年人，腰 5 椎 体真性滑脱，I-II 滑脱。排除标准：伴 有其他腰椎疾病，既往有腰椎手术病史 或继发性骨质疏松。 选取骨量正常的腰 5 椎体真性滑 脱患者 20 例（男性 7 例，女性 13 例） ， 原发性骨质疏松合并腰 5 椎体真性滑脱 患者 20 例（男性 8 例，女性 12 例）共 40 例患者，选取峡部裂椎体（L5 椎体） 为实验组，峡部正常椎体（L4 椎体） 作为对照组。 2 分组及模型建立 本实验共分为 8 组，首先根据患 者有无骨质疏松分为骨量正常组及骨质 疏松组，再根据椎体峡部裂将每一组分 为峡部裂及正常椎体 2 个亚组，在每个 亚组中分别模拟传统轨迹及皮质骨钉道 2 种置钉方式 对本实验所用椎弓根螺钉测量后， 应用 Solidworks CAD 软件绘制。 CT 资 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 料由承德医学院附属医院 CT 科提供， 运用 Mimcs 软件读取扫描好的腰椎节段 的 CT 数据。通过 Cancelud 3D 操作， 形成峡部正常与峡部裂椎体的三维模型， 导入 Geomagic 软件，形成三维实体， 并在 Geomagic 中生产每个椎体的松质 骨及皮质骨部分，再导入到 Ansys Workbench 14.0 中，通过布尔运算得到 中空的皮质骨及松质骨两部分，建立平 面、切割、布尔运算等操作生成后部结 构。建立有限元分析实验所需的椎体实 体模型，再通过 Solidworks 软件生成 SLDPRT 文件并保存。 3 模拟置钉及试验方法 置钉方案 TT：入钉点为人字脊 顶点，沿椎弓根解剖轴进钉；CBT：上 关节突关节中垂线与同侧横突下 1 mm 水平线交点，进钉方向为左侧 11 点方 向置钉，右侧 1 点方向置钉，外偏角度 为 10，头倾角 25。根据骨密度与弹性 模量的经验公式进行赋值，而钛合金螺 钉的弹性模量查相关文献而获得。在钉 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 尾施加一个拔出力，逐渐递增载荷，每 次增加 20N，增加至螺钉位移移动 1mm，并记录此时对应载荷即最大抗拔 出力。在钉尾按上、下、左、右 4 个方 向加载 300N 载荷，记录钉头位移，记 录螺钉位移移动 1mm 时所对应载荷， 从而评估螺钉一骨接触面的固定强度， 即螺钉稳定性。在椎体上表面均匀施加 300N 载荷，使其做前屈、后伸、旋转 及侧屈运动，记录钉头位移，记录螺钉 位移移动 1mm 时所对应载荷，用以椎 体在该方向的稳定性。 4 统计学方法 所有数据以均数标准差（xs） 表示，所有统计数据都在 Graphpad Prism 6 上完成，组间比较采用单因素 方差分析，Tukey test 用于两两比较， 其检验水准均为 a=0.05。 5 结果 椎弓根螺钉的抗拔出力实验结果 显示，在 OV-NV 分组中，CBT 螺钉的 平均抗拔出力比 TT 螺钉的平均抗拔出 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 力强，差异有统计学意义（P=0.042） 。 在 NBM-NV 组中，CBT 螺钉的抗拔出 力大于 TT 螺钉，差异有统计学意义 （P0.05） 。其余各组比较中，差异无 统计学意义 上方向与下方向应力试验的载荷 位移对比较各组 TT 螺钉与 CBT 螺钉在 上方向的载荷位移比值，在 NBM-NV 及 NBM-SV 两个组中，TT 螺钉在上方 向的载荷位移均大于 CBT 螺钉，差异 有统计学意义（P0.05） 。在 OV-NV 组 中，结果则相反。 左侧应力试验的载荷位移比较在 NBM-NV 及 NBM-SV 分组中，TT 螺钉 在左方向的载荷位移均明显大于 CBT 螺钉，差异有明显统计学意义 （P0.01） 。而 OV-NV 组中，CBT 螺钉 组的载荷位移大于 TT 螺钉，差异有明 显统计学意义（P0.05） 。屈曲应力与 伸展应力试验的载荷位移对比较各组 TT 螺钉与 CBT 螺钉在屈曲应力下的载 荷位移比值，在 NBM-NV 及 NBM-SV -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 分组中，TT 螺钉在载荷位移比较中均 明显大于 CBT 螺钉，差异有明显统计 学意义（P0.05） 。而在骨质疏松的两 个分组中互相之间的差异则无统计学意 义（P0.05） 。 6 讨论 椎弓根螺钉系统是目前最常用的 脊柱内固定方式。本研究将研究对象分 成多个组，比较两种螺钉在各分组中的 固定强度。大量生物力学研究己经证实 了椎弓根螺钉在椎体固定能力上的重要 性。Himno 等的试验显示 60%-80%的固 定强度是由椎弓根螺钉的钉道提供。本 研究皮质骨钉道螺钉固定强度在骨量正 常组中，峡部裂与峡部完整椎体相比， 抗拔出力降低了约 21.4%，在各运动方 向的固定强度也有相应减少。很多学者 的研究显示双皮质钉道螺钉的各方面固 定强度要强于传统钉道螺钉，而此研究 结果显示骨量正常的峡部裂椎体在双皮 质钉道螺钉的内固定强度表现低于传统 钉道螺钉。这可能是由于皮质骨钉道螺 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 钉比较短小，而峡部裂椎体结构上的不 完整性，螺钉的末端没能够最大限度的 接近椎体的上终板。 此研究的局限性，首先是我们的 研究样本量相对较少，CT 平扫用