枕颈融合角度与节段对下颈椎曲度变化影响的三维有限元分析

发布时间：2019-12-02 05:56

【摘要】：背景枕颈融合内固定技术是治疗颅颈交界区不稳和畸形的一种经典手术方式,已广泛用于治疗退变、创伤、先天性发育畸形及各种炎症等导致的枕颈部不稳,在恢复及重建枕颈部的稳定性、提高植骨融合率、维持复位等方面均取得了令人满意的效果,但部分枕颈融合术后的患者出现继发性的下颈椎曲度异常,甚至出现后凸畸形或半脱位,以及邻近节段加速退变等并发症,究其成因可能是由于枕颈融合角度超出正常生理范围和/或长节段固定融合引起下颈椎生物应力分布异常及紊乱所致,下颈椎继发性的曲度异常与退变可导致患者颈部疼痛、神经功能恶化,对患者造成极其严重的损害,影响临床疗效,严重者甚至需要再次行手术治疗。因此,研究枕颈融合内固定术后下颈椎曲度异常及退变加速的病理生理机制,对于选择最佳的枕颈融合角度与节段从而避免下颈椎不良并发症以及确保术后远期的疗效均有着极其重要的意义,并已成为目前临床医生所关注的焦点。目的通过建立不同的枕颈融合角度及不同融合节段的含颅底的全颈椎三维有限元模型,通过对下颈椎各节段活动度及应力的测定,同时进行数据对比分析,从而探索理想的枕颈融合内固定角度与节段。方法1、应用健康青年志愿者的颈椎CT薄层扫描所获得的影像学数据资料,构建从含枕外隆突的颅底至第1胸椎的全颈椎三维有限元模型(C0-T1),并将该模型在六种不同工况(前屈后伸、左右侧屈、左右旋转)下各节段的活动度与参考文献的实验数据进行比较,从而验证模型的有效性。2、在建立完成含颅底(包括枕外隆突部)的全颈椎三维有限元模型(C0-T1)的基础上,根据临床手术操作方法分别加载枕骨板、两侧枢椎椎弓根螺钉内固定系统(融合至C2)及增加两侧颈3侧块螺钉内固定系统(融合至C3),同时切除部分C1后弓及附着的相应韧带结构,并通过改变后路枕颈角(POCA),构建不同的枕颈融合角度的全颈椎三维有限元模型(枕颈角度过屈10°、正常的枕颈角度、枕颈角度过伸10°),对3种枕颈融合角度及2种枕颈融合节段模型进行下颈椎各节段代偿活动度及应力的分析比较。结果1、本实验所建立的含颅底(包括枕外隆突部)的全颈椎三维有限元模型(C0-T1)共有660876单元,208631节点,外形逼真,与文献数据进行对比验证,证明本实验所用的含颅底的全颈椎三维有限元模型(C0-T1)可用来进行颈椎生物力学方面的研究。2、在相同的枕颈融合固定节段下,枕颈融合固定角度为过屈10°或过伸10°时,在施加相同扭矩后,虽然其本身并不影响未融合的下颈椎应有的活动度,但为了纠正及代偿因融合固定角度超出正常生理范围的影响,下颈椎需要增加其相应的活动度以维持颈椎整体的矢状序列平衡,致使下颈椎承受过度的应力负荷,将引起下颈椎退变加速及曲度异常。3、在相同的枕颈融合固定角度下,融合固定节段越长,施加相同扭矩后,未融合部分的下颈椎整体活动度也将越小,下颈椎需要承受更大的扭矩驱动以弥补及代偿原有的全颈椎生理活动度。因此,融合固定节段的增加可引起下颈椎各结构代偿活动度需要的增加,继而承受更多的应力负荷,从而导致下颈椎结构的退变加速。结论超出正常生理范围的枕颈融合角度以及过多的枕颈融合固定节段,都将引起下颈椎退变的加速以及继发的曲度异常。因此,在保证内固定可维持脊柱充分的稳定性前提下,尽可能选择短节段的枕颈融合内固定(融合至C2)。对于枕颈融合角度而言,应当在同时能够满足减压效果以及兼具维持平视能力的基础上,选择尽可能接近正常中立位时的角度,即后路枕颈角(POCA)在110°左右。
【图文】：

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大学硕士学位论文隆突部的颅底直至第 2 胸椎（T2），，使用 64 排螺旋 CT 以每层厚为 CT 影像数据。包含枕外隆突的颅底至第一胸椎（T1）的数据，以 Dicom 格式储HP Z800 高级计算机工作站，使用有限元 Mimics17 建模软件，将含有的骨性结构进行三维几何重建（STL 格式）。将 Mimics17 重建的Geomagic2012 软件中进行曲面重建，对图像进行修整、去噪、铺面RB 曲面模型，以构建实体，获得三维有限元含颅底的全颈椎（C0-实验三维有限元研究分析主要流程：如下图 1-1 所示。

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枕颈融合角度与节段对下颈椎曲度变化影响的三（C0）活动时，力与力矩的传导在本模型中靠此情况，将枕颈部（C0-C1）的接触属性设置为离和压强值，保证模型在运行计算时能够平稳接，从而提高收敛的性能。C2-C7 的小关节以及相节，齿状突与横韧带的接触均设置为默认硬接
【学位授予单位】：第二军医大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：R687.3

【参考文献】