PEEK棒椎弓根螺钉内固定系统对椎间盘内压力影响的生物力学研究和三维有限元分析

发布时间：2020-08-21 08:17

【摘要】：目的通过体外生物力学实验及三维有限元建模分析PEEK棒椎弓根螺钉内固定系统对相邻节段椎间盘内压力(Intradiscal pressure,IDP)的影响。方法取10具适当长度新鲜的羊脊柱标本(L3-L6),将脊柱标本截取合适长短,剔除标本周围附着的肌肉、脂肪等组织,保留完整的关节囊、韧带、椎间盘及骨性结构。然后采用模具浇注牙托粉包埋标本两端,并将标本编号。对每具标本依次行不同方式内固定处理,依据处理方式分为以下5个实验组:未处理组(Intact组)、钛棒单节段融合组(TS组)、PEEK棒单节段融合组(PS组)、PEEK棒双节段杂交组(PD组)和钛棒双节段融合组(TD组)。每个标本通过MTS多自由度脊柱运动模拟测试系统完成前屈、后伸、左/右侧弯、左/右扭转6个方向的完整动作。脊柱三维运动试验机对脊柱标本的加载顺序是测量后伸、前屈、后伸、前屈、后伸、前屈,然后测量右侧弯、左侧弯、右侧弯、左侧弯、右侧弯、左侧弯,最后进行三次左右旋转。MTS系统设定轴向压力为50N,扭矩大小为:3N.m。同时由针头式压力传感器记录脊柱标本在三维活动时所测椎间盘内的压力值。建立L1-S正常腰椎模型。根据图纸在Pro/E Wildfire 1.0(PTC,the United States)软件中建立内固定系统模型,在L1椎体上给予350N及40N.m模拟活动,测试L2至L5节段在各个方向上的椎间盘内压力。结果TS组及PS组的上位邻近节段IDP高于Intact组(P=0.00);PS组上位相邻节段椎间盘压力值明显低于TS组(P=0.00);PD组过渡阶段椎间盘压力值明显低于TS组上位相邻节段椎间盘压力值(P=0.00);PD组上位相邻节段椎间盘压力值明显低于TD组(P=0.00)。在给定的负荷及力矩下,行L4/5钛棒固定,屈伸、侧屈及轴向旋转活动时,L3/4椎间应力较正常状态下增加;而应用PEEK棒杂交手术后,L3/4椎间应力在各个方向运动中均较正常状态下减小。结论与坚强固定相比,应用PEEK棒椎弓根螺钉内固定系统可显著降低相邻节段椎间盘内压力,为进一步研究临床治疗中降低相邻节段退变的发生奠定理论基础。
【学位授予单位】：锦州医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R687.3
【图文】：

实验组,外观,标本,棘上韧带

图 1. 五个实验组外观照: A. Intact 组 B. TS 组 C. PS 组 D. PD 组 E.TD 组图 2. 五个实验组标本的 X 线片: A. Intact 组 B.TS 组 C. PS 组 D. PD 组 E.TD组2、标本的制备（以 PEEK 棒双节段杂交组为例）（1）获取完整的羊脊柱标本，剔除标本外围肌肉，保证棘间韧带、棘上韧带、

标本,X线片,实验组,骨水泥

图 2. 五个实验组标本的 X 线片: A. Intact 组 B.TS 组 C. PS 组 D. PD 组 E.TD组2、标本的制备（以 PEEK 棒双节段杂交组为例）（1）获取完整的羊脊柱标本，剔除标本外围肌肉，保证棘间韧带、棘上韧带、椎间盘及椎体的完整性[2]（2）在 L4、L5、L6 两侧植入椎弓根螺钉，安放合适长度 PEEK 棒(3)于前路切开 L5/6 椎间盘纤维环，刮除椎间盘组织，处理上下软骨终板，用两枚克氏针交叉固定 L6 及 L5 椎体(4)调和骨水泥至糊状，将骨水泥灌入 L5/6 椎间隙内，待骨水泥凝固后，完成模型建立。（图 3）

流程图,标本制备,流程图,克氏针

图 3. 标本制备流程图注: 椎间盘克氏针3. 骨水泥3、实验步骤(1)首先测试未处理组羊脊柱标本 L4/5 间隙在前屈、后伸、右侧弯、左侧弯、右扭转、左扭转六个方向上的椎间盘内压力。(2)于标本 L5、L6 椎体双侧选择合适进针点，打入 4 枚椎弓根螺钉（6.5m×45mm），双侧安放两根钛棒（6.0mm×60mm），予以螺帽固定。(3)于前路切开 L5/6 椎间隙的纤维环，将椎间盘组织取出，刮除上下软骨终板。(4)于 L6 椎体下缘分别用工业电钻打入两根克氏针（2mm），以肉眼见克氏针

【参考文献】