单节段ACDF的椎间高度矫正程度对邻近节段间盘生物力学影响的研究

发布时间：2017-08-24 04:14

  本文关键词：单节段ACDF的椎间高度矫正程度对邻近节段间盘生物力学影响的研究

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【摘要】：目的借助有效的颈椎有限元模型,运用有限元方法研究单节段颈椎前路减压融合(ACDF)术中,责任椎间高度矫正的程度差异对相邻节段椎间盘生物力学的影响。为ACDF责任椎间高度矫正提供静态生物力学参考。材料与方法采用正常成人颈椎CT图像建立C3-C7有限元模型。参照标准化实验生物力学模型(C3-C7)所测得的标准差范围,验证本实验建立的正常成人颈椎有限元模型有效性。在此基础上,分别矫正C4,5;C5,6椎间高度(Ⅰ型:-2mm、Ⅱ型:0mm、Ⅲ型:1mm、Ⅳ型:2mm),建立矫正融合后的C3-C7有限元模型。并以45N垂直载荷分别代入上述各组矫正融合后的有限元模型,共8组为实验组,同时作用于正常成人颈椎有限元模型,1组为对照组。计算分析各组下列指标:1)相邻节段椎间盘位移(X轴方向、Y轴方向、Z轴方向);2)相邻节段纤维环水平、轴向应力及分布;3)相邻节段髓核内压;4)融合椎体的非融合侧终板应力。比较术后有限元模型与正常有限元模型之间上述生物力学参数的差异。结果建立了正常成年人颈椎C3-C7节段有限元模型并通过验证。颈椎有限元模型与实验模型符合程度达90%以上。改变椎间高度,建立了多种颈椎椎体融合有限元模型。各模型在45N垂直加载作用下,测得:1)椎间盘轴向位移的峰值出现在椎间盘前正中部的节点上;椎间盘膨出位的移峰值出现在椎间盘后外侧部的节点上,Ⅰ型最为突出较正常存在统计学差异(Ⅰ型轴向位移及向外膨出位移较正常型增大);2)正常型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型纤维环轴向应力峰值位于纤维环前正中部,Ⅰ型纤维环轴向应力峰值位于后外侧外层纤维环,Ⅰ型最为明显且与正常存在统计学差异(Ⅰ型轴向压缩应力较正常型增大)3)Ⅰ型模型上、下两相邻节段模型髓核内压较正常明显增大,Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型与正常无明显差异4)随着椎间高度增加,颈椎曲度逐渐增加,Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型上下终板应力逐渐出现后移趋势(Ⅰ型与正常型相比终板中心应力分布不均并减小,周围应力分布增大)。上位邻近节段各项参数中,Ⅰ型与其他各型均存在统计学差异。下位相邻节段仅Ⅰ型部分参数与其他模型存在统计学差异。结论建立了可靠的正常成人C3-C7颈椎有限元模型,建立了多种C3-C7颈椎前路减压融合模型,经有限元模拟可得:在ACDF术后,Ⅳ型、Ⅲ型、Ⅱ型模型相邻节段椎间盘受力分布依次更接近正常生理情况,而Ⅰ型模型相邻节段椎间盘、终板受力分布与正常差异较大。术中恢复椎间高度不仅改善了颈椎曲度,还可使相邻节段受力更符合正常颈椎生物力学特点,可减缓由术后相邻节段异常受力导致的病理变化。本研究可为探讨ACDF术后责任椎间高度矫正程度对相邻节段间盘生物力学环境的影响、颈椎间盘退变的生物力学机制,为颈椎病的预防、手术治疗、术后康复等提供生物力学参考。
【关键词】：颈椎 ACDF 退变 生物力学
【学位授予单位】：天津医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R681.5
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 缩略语/符号说明10-11
• 前言11-13
• 1 材料与设备13-14
• 2 模拟方法14-19
• 2.1 建立并验证正常成人颈椎（C3-C7）有限元模型14-17
• 2.1.1 原始数据采集14
• 2.1.2 建立正常成人颈椎三维有限元模型（C3-C7）14-17
• 2.1.3 约束边界及加载设置条件17
• 2.1.4 模型的验证17
• 2.2 ACDF术后颈椎有限元模型的建立及生物力学分析17-19
• 2.2.1 不同椎间高度融合的有限元模型的建立17
• 2.2.2 约束条件及加载设置条件17
• 2.2.3 模型计算和数据提取17-18
• 2.2.4 统计分析18-19
• 3 结果19-36
• 3.1 正常人体颈椎C3-C7有限元模型的建立和验证19-26
• 3.2 ACDF术后有限元模型的建立及生物力学分析26-36
• 3.2.1 建立不同椎间高度融合的有限元模型26-27
• 3.2.2 椎间盘水平及轴向位移27-31
• 3.2.3 椎间盘应力31-33
• 3.2.4 髓核内压33-35
• 3.2.5 终板应力35-36
• 4 讨论36-41
• 5 结论41-42
• 参考文献42-45
• 发表论文和参加科研情况说明45-46
• 综述 单节段颈椎前路减压融合术后相邻节段退变影响研究和临床观察46-63
• 综述参考文献56-63
• 致谢63-64
• 个人简历64

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本文编号：729131