下頸椎相鄰2-3節(jié)段前路減壓不同手術方式的生物力學性能比較研究.pdf

1、頸椎病最常見的并發(fā)癥也是爭論的焦點是因融合手術引起脊柱的生物力學改變而導致鄰近節(jié)段椎間盤的活動度(range of motion，ROM)代償性增加，退變加速而導致二次手術。為了防止鄰近節(jié)段退變發(fā)生，近年來，外科手術治療的理念逐漸轉移到非融合技術上，由之前的堅強的融合固定到盡量保留運動活動度、由剛性固定到彈性固定發(fā)展，應用人工頸椎間盤替代退變的椎間盤以求恢復椎間盤的解剖和功能，即頸椎人工椎間盤置換術(cervical disc repl

2、acement，CDR)應運而生。
　　與頸椎融合術相比，人工頸椎間盤置換術不但可以保留手術節(jié)段的活動度，并且同時提供頸椎所需的穩(wěn)定性，這樣便使得相鄰節(jié)段的承載力和運動學趨于正?；?，理論上可降低相鄰節(jié)段退變的發(fā)生率。目前，單節(jié)段頸人工椎間盤置換術用于頸椎間盤突出癥的治療已經獲得美國FDA的批準。
　　常見的術式有:頸前路椎體次全切除融合術(anterior cervical corpectomy andfusion，ACCF

3、)，頸前路椎間盤切除減壓融合術(anterior cervical discectomy andfusion，ACDF)，頸前路混合減壓融合術(anterior cervical hybriddecompression and fusion，ACHDF)以及人工頸椎間盤置換術(cervical discreplacement，CDR)等。隨著對頸椎生物力學研究的深入以及對人工頸椎間盤廣泛研究和運用，多節(jié)段人工頸椎間盤置換治療多節(jié)段頸椎間

4、盤突出癥也取得了較好的早期臨床效果，但仍需長期隨訪與觀察。
　　綜上背景介紹，本課題擬對非限制型假體Mobi-C用于雙節(jié)段頸椎退行性疾病變手術時，置換和/或融合組合采用不同手術方式后對鄰近節(jié)段ROM及手術節(jié)段后方小關節(jié)行系統(tǒng)的體外生物力學分析。進一步通過有限元方法評價2節(jié)段Mobi-C聯(lián)合1節(jié)段ACDF不同組合方式用于治療連續(xù)3節(jié)段頸椎退行性病變的生物力學性能。
　　本課題擬從以下幾個方面進行研究:(1)測量比較新鮮尸體標本

5、C4/5、 C5/6雙節(jié)段Mobi-C置換，雜交手術(C4/5Mobi-C聯(lián)合C5/6ACDF以及C4/5ACDF聯(lián)合C5/6Mobi-C)及雙節(jié)段融合(2-ACDF)在位移控制加載條件下對處理節(jié)段及鄰近節(jié)段ROM的影響;(2)測量比較新鮮尸體標本C4/5Mobi-C置換、C4/5融合、C4～C6Mobi-C置換、C4～C6融合以及雜交手術（C4/5Mobi-C聯(lián)合C5/6ACDF以及C4/5ACDF聯(lián)合C5/6Mobi-C）不同手術狀

6、況下，采用力矩加載條件下對關節(jié)突關節(jié)的生物力學影響;(3)通過建立正常頸椎(C2～C7)的三維有限元模型，進一步分析雙節(jié)段Mobi-C人工頸椎間盤置換聯(lián)合單節(jié)段ACDF方式治療連續(xù)3段頸椎病時，采用不同的“雜交”術式組合對C3/4、 C4/5、C5/63節(jié)段行“雜交”術式的模擬，對不同重建術后的模型施加相同載荷及扭矩，比較各種工況下下頸椎的整體ROM，各椎間ROM，關節(jié)突關節(jié)應力變化、應力傳遞模式及假體應力分布特點。以期望為臨床不同術式

7、的開展提供可能的生物力學證據。
　　第一章 經前路手術治療連續(xù)雙節(jié)段頸椎間盤退行性疾病不同手術方式的生物力學比較研究
　　目的：比較C4～C6雙節(jié)段人工頸椎間盤置換、前路椎間融合內固定以及雜交手術不同手術方式后對手術節(jié)段及鄰近節(jié)段活動度的影響，為臨床手術選擇提供生物力學依據。
　　方法：取7具新鮮完整的成人頸椎標本(C1～T2)，包埋處理后對其C2～TI所有椎間隙進行力學評價。完整組（Ⅱ組）測試后，分別對C4～C6節(jié)段

8、采取以下重建處理:(1)雙節(jié)段人工頸椎間盤Mobi-C置換（MM組）;(2) C4/5Mobi-C置換聯(lián)合C5/6ACDF（MF組）;(3) C4/5ACDF聯(lián)合C5/6Mobi-C(FM組);(4)C4～C6ACDF(FF組)。
　　結果：1、MM組與Ⅱ組比較，除外軸向旋轉C4/5ROM顯著性增大外，其它運動情況下各節(jié)段ROM均無顯著性差異;2、MF組與Ⅱ組比較，手術節(jié)段:三種運動情況下C5/6ROM均顯著性降低(P＜0.05)

9、，而C4/5ROM在屈伸及軸向旋轉運動時有顯著性增加(P＜0.05)。鄰近節(jié)段:除外C3/4ROM在旋轉運動時減小，其他鄰近節(jié)段ROM在三種運動情況下均代償性增加，但差異無統(tǒng)計學差異。
　　結論：2節(jié)段Mobi-C組各節(jié)段基本保留了與正常組相似的活動度;對于“雜交”手術組，導致了假體的運動過大，并且假體與融合節(jié)段位置的不同并未對鄰近節(jié)段ROM產生具有顯著性差異的影響?？紤]術后對鄰近節(jié)段活動度的影響，2-Mobi-C組及雜交手術組比

10、雙節(jié)段融合組有更好的生物力學優(yōu)勢。這些生物力學發(fā)現(xiàn)支持雙節(jié)段Mobi-C人工頸椎間盤置換及“雜交”手術在治療連續(xù)雙節(jié)段頸椎病中的應用，但是仍需要多中心、大樣本的長期隨訪資料以證明其遠期療效。
　　第二章 比較研究單、雙節(jié)段Mobi-C人工頸椎間盤置換與融合術對手術節(jié)段關節(jié)突關節(jié)的影響
　　目的：探討單、雙節(jié)段融合，單、雙節(jié)段置換以及“雜交”手術后，對手術節(jié)段關節(jié)突關節(jié)內壓力的影響，為臨床應用選擇不同手術方式提供生物力學參考。

11、
　　方法：取6具新鮮完整的成人頸段標本，按實驗先后分別制成C4/5置換、C4/5融合、C4～C6置換、C4/5置換聯(lián)合C5/6融合、C4/5融合聯(lián)合C5/6置換及C4～C6融合6個模型組。
　　結果：單節(jié)段處理組:頸椎前路融合內固定組在前屈、后伸、左側屈、左旋轉和右旋轉時關節(jié)突關節(jié)內壓力明顯減小，與完整組和置換組相比差異有顯著性意義(P＜0.05)。頸椎人工椎間盤置換后關節(jié)突關節(jié)內壓力與正常頸椎相比在各個工況運動下均增大，

12、但僅在屈伸、同側彎方向上差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)，在左右旋轉工況情況下可有效維持關節(jié)突間正常生理壓力。與正常組相比較，融合組鄰近節(jié)段C5/6后方小關節(jié)壓力均有不同程度增加，但僅在后伸、右旋、同側彎運動時差異有顯著性意義(P＜0.05);而置換組鄰近節(jié)段C5/6關節(jié)突關節(jié)壓力均有不同程度減小，但差異均無統(tǒng)計學意義。
　　結論：1、頸椎單節(jié)段ACDF術后，與完整標本比較，手術節(jié)段后方關節(jié)突關節(jié)內壓力減小明顯，但鄰近下位節(jié)段關節(jié)

13、突關節(jié)壓力顯著增加，可能是ACDF術后引起鄰近節(jié)段發(fā)生退變或退變加速的原因之一;而單節(jié)段Mobi-C置換后，引起了置換節(jié)段后方關節(jié)突關節(jié)在前屈、后伸、同側彎時壓力增大，而對其鄰近下位節(jié)段C5/6小關節(jié)壓力未產生明顯影響，這可能是頸椎間盤置換延緩鄰近節(jié)段退變發(fā)生的一個因素;同時也是置換后，可能導致手術節(jié)段小關節(jié)壓力退變的一個重要原因;2、頸椎雙節(jié)段Mobi-C人工頸椎間盤置換后手術節(jié)段關節(jié)突關節(jié)內壓力與完整標本無顯著性差異，但卻有增大趨勢

14、。提示頸椎雙節(jié)段Mobi-C人工椎間盤置換能夠重建頸椎后方關節(jié)突生物力學性能，但其遠期效果尚有待臨床進一步觀察;3、頸椎雙節(jié)段雜交手術導致置換節(jié)段小關節(jié)壓力與完整組比較，顯著性增大，可能加速置換節(jié)段小關節(jié)退變。
　　第三章 正常頸椎C2～C7三維有限元模型的建立
　　目的：建立正常的C2～C7頸椎三維有限元模型，并驗證其有效性。
　　方法：對一名健康成年男性志愿者進行頸椎的CT掃描，獲取斷層圖片以DICOM格式儲存。應

15、用Mimics10.01軟件進行模型的三維重建，GeomagicStudio12對模型進行優(yōu)化處理，以及應用HaperMesh10.0及ANSYS14.5軟件進行有限元模型的建立。
　　結果：本研究所建立的C2～C7頸椎有限元模型共有887245個單元和1340596個節(jié)點，包括C2～C7頸椎椎體皮質骨和松質骨、頸椎間盤中的纖維環(huán)和髓核、上下終板、雙側關節(jié)突關節(jié)、推弓根、椎板、橫突、棘突、前縱韌帶、后縱韌帶、黃韌帶、棘韌帶和關節(jié)囊

16、韌帶等三維結構。在各工況的力矩加載模擬下，各節(jié)段的活動度與既往研究結果吻合。
　　結論：本研究所建立的C2～C7頸椎三維有限元模型精確有效，可以用于下一步的術后模型的生物力學研究。
　　第四章 “雜交”術式治療多節(jié)段頸椎病的三維有限元分析
　　目的：利用三維有限元評價四種不同手術方式的頸椎生物力學特性，為臨床手術方式的選擇提供生物力學依據。
　　方法：分別建立四種不同手術方式的術后有限元模型:①于第三部分所建C2

17、～C7頸椎有限元模型C3～C6節(jié)段行3節(jié)段頸椎前路減壓融合內固定術(FFF模型);②于C3/4節(jié)段行頸椎前路減壓融合內固定術，C4-C6雙節(jié)段行人工椎間盤Mobi-C置換術（FMM模型）。
　　結果：在各工況條件下，與正常組比較，行ACDF融合的節(jié)段的椎間活動度有明顯的大幅度減少，而人工椎間盤Mobi-C節(jié)段的活動度則有所增加;與正常組比較，“雜交”手術組相鄰節(jié)段C2/3、C6/7的活動度基本保持不變，而FFF組相鄰節(jié)段增加較為明

18、顯。與正常組比較，雜交手術組基本保留了全頸椎的活動度，然而FFF組各工況下頸椎C2～C7ROM明顯降低;
　　結論：通過研究三種“雜交”術式與正常以及全融合的有限元模型的比較，我們認為:兩節(jié)段人工椎間盤置換聯(lián)合應用單節(jié)段融合的術式有利于頸椎活動度的保留，較多節(jié)段融合術式能更好的維持鄰段節(jié)段的活動度及關節(jié)突關節(jié)應力。但是，同時也存在著置換節(jié)段活動度增大、關節(jié)突關節(jié)應力增高的可能，有加速置換節(jié)段出現(xiàn)新的退行性變的風險。此“雜交”術式的