个体化定制多孔钛椎间融合器的可行性研究

发布时间：2020-04-29 02:38

【摘要】：目的:脊柱微创手术快速发展对椎间融合器外形尺寸提出更高的要求,医用钛合金已经广泛应用,增材制造技术取得重大进展。本课题的目的是1、测量腰椎退行性疾病相关解剖参数,评估需手术患者进行个体化定制腰椎间融合器的必要性。2、利用增材制造技术制备多孔钛合金椎间融合器。3、多孔钛合金椎间融合器的力学实验,探讨其可行性。方法:1、收集我科行椎间融合术的腰椎退行性疾病患者术前腰椎ct图像资料,共60例。利用surgimap软件测量退变腰椎相关解剖参数,分析退变腰椎解剖特征。2、选取合适的钛合金原材料,构建多孔单元结构,设计腰椎间融合器三维模型,利用EBM技术制造椎间融合器。3、通过与PEEK材料椎间融合器对比,测试EBM技术制备的多孔钛合金椎间融合器的力学性能。结果:1、L1-S1椎间隙中部高度均较同节段椎间隙前缘和后缘高度大,具有统计学意义。腰椎前后缘、中部椎间隙高度及腰椎后缘椎体高度均未表现显著递增趋势。男性L2、L3椎体后缘高度为33.89±2.08mm、33.51±2.15mm,分别高于女性的33.37±1.48mm、33.01±2.35mm,有明显统计学差异。腰椎间隙高度并未表现出从头到尾递增趋势,腰椎间隙高度普遍位于8-12mm。男性椎体各层面横径、矢状径均大于女性,有显著的统计学差异。L1-S1各椎体的矢状面径均小于横断面径,差别具有统计学意义。L1-L5的横断面径渐增大,S1略有减小。L5椎体矢状面径最大。L1上缘层面至S1上缘层面每个椎体上下缘横径均大于椎体中部横径,椎体上缘横径自L1到L5依次递增,椎体下缘横径自L1到L4依次递增而L5减小。椎体上缘、下缘及中部矢状径自L1到L5依次递增。2、选定45-105umTi-6Al-4V ELI粉末,融合器外型上采用双凸曲面立方体设计,长度为22-26mm,宽度为9-11mm,高8-12mm,孔隙率为63.6%,单元尺寸620um。3、多孔钛合金cage组平均屈服载荷为15.8±0.8kN、平均压缩刚度为 9.01±0.37 kN/mm 均大于 PEEK 组 13.04±0.41kN、8.49±0.11 kN/mm,差异有统计学意义。多孔钛合金组的平均压缩弹性模量1.41±0.07GPa与对照组3.52±0.13GPa有差异,差异有统计学意义。结论:1、腰椎退行性疾病患者存在腰椎解剖参数变异,尤其是椎间隙高度变化较大。批量化生产椎间融合器并不能完全满足临床需求,有必要进行个体化定制椎间融合器。2、EBM技术成功制备有规则多孔的钛合金椎间融合器,孔隙率为63.6%,单元尺寸620um。通过EBM技术可对金属结构参数进行调整改进优化,改变孔隙率、连通性以及孔洞直径大小等,最终有效控制支架的强度以及弹性模量,获取目标多孔钛合金椎间融合器。3、多孔钛合金椎间融合器屈服负荷,压缩刚度均优于PEEK材料,平均压缩弹性模量1.41±0.007GPa介于皮质骨和松质骨之间,有利于骨融合。
【图文】：

横断面图,椎体,软件测量,后缘

逦解放军医学院硕士学位论文三、测量数据逡逑搜集６０位腰椎退行性患者术前腰椎ＣＴ平扫＋三维重建图片资料，应用ｓｕｒｇｉ软件测量相关参数，所用ｓｕｒｇｉｍａｐ软件版本为２．２．９．９．６。逡逑１、矢状面上：分别测量Ｌ１上缘－Ｓ１上缘范围内腰椎间隙前缘、后缘、中部和后缘椎体高度。腰椎间隙中部高度即为腰椎间隙穹顶处高度。逡逑２、横断面上：把Ｌ１上缘－Ｓ１上缘范围内腰椎ＣＴ横断面图像分为四层，即上缘、椎体下缘、椎体中部和椎间隙层面，分别测量数据。横断面矢状径即椎体皮质外缘之间的距离或椎间隙前后缘之间距离。椎体横径即每层横断面选择椎体间隙两侧最向外突出两点之间直线距离。测量数据使用平均数±标准差表示，单ｖ逦■Ｉ

后缘,趋势

图１．３邋Ｌｌ－Ｓｌ后缘无论是椎体高度还是椎间隙高度均未表现显著的从头到尾递增趋逡逑势，，椎间隙后缘高度普遍低于１０＿
【学位授予单位】：中国人民解放军医学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R687.3

【参考文献】