仿生人工腰椎及椎间盘复合体的设计及活动度分析

目的设计一种既能重建腰椎椎体高度又能保留相应椎间隙运动功能的可动腰椎假体用于治疗腰椎肿瘤、结核、骨折等疾病。方法提取我国60名健康成年男性的腰椎CT数据进行三维重建解剖参数采集,并对解剖数据进行统计学分析,根据统计结果设计仿生人工腰椎及椎间盘复合体,利用3D打印技术制作假体光敏树脂模型并进行活动度评价。结果椎体前后高度比中间大,上下终板的正中矢状径与冠状径均大于中间水平面,上下终板与侧面呈70余度夹角,同一椎体上下终板凹陷深度存在显著差异(0.05)。椎间盘厚度均呈前高中高后高的规律,前后高度之间具有显著差异(0.05)。仿生人工腰椎及椎间盘复合体由椎体部件、椎间盘部件及自攻锁钉螺钉三部分组成。椎体部件侧面设有植骨槽与羟基磷灰石涂层,其可动装置为防脱球窝关节,关节面进行高度抛光处理。假体的构成材料为在临床上被广泛应用的具有良好组织相容性的医用钛合金与高分子复合材料。结论 CT三维重建可以较准确的获得腰椎的解剖参数,理论上仿生人工腰椎及椎间盘复合体可在一定程度上满足腰椎的生理功能,并能通过调整椎间盘部件的大小来改变运动范围,但是该假体的屈服轻度、耐磨、耐腐蚀等性能尚需要体外力学测试及动物体内实验的进一步研究。     

L5新型自稳定人工椎体生物力学性能的有限元分析

目的:采用有限元分析评估L5椎体次全切术后置入新型自稳定人工椎体的力学性能以及对周围组织的影响,为腰骶段脊柱结核等疾病的治疗提供新的选择。方法:提取1名健康志愿者腰骶段CT薄层扫描数据进行三维重建,构建腰骶段(L3-S1)脊柱生理组有限元模型并进行有效性验证。将L5椎体及邻近椎间盘切除后,分别置入新型自稳定人工椎体和钛笼联合侧前方钉棒固定,构建新型假体组和钛笼组有限元模型。对所有模型的S1椎体下表面进行全部自由度约束,在L3椎体上表面给予400N的轴向载荷模拟生理压缩,然后再在L3椎体上表面施加8Nm的弯矩载荷,模拟腰椎前屈、背伸、左右侧弯及左右扭转六种运动,统计分析在不同运动方向上三组模型L4～S1的活动度及L4下终板和S1上终板的最大Von mise应力。结果:新型假体组和钛笼组L4～S1在前屈、背伸、侧弯、扭转方向上的活动度分别为0.38°～0.56°与0.53°～1.41°,较生理组(4.48°～10.12°)同部位活动动度明显减小。新型假体组和钛笼组L4下终板与S1上终板在前屈、背伸、左右侧弯、左右扭转方向上的最大Von Mises应力较生理组均明显增大,新型假体组在上述方向上终板的最大Von Mises应力较钛笼组明显减小。结论:自稳定人工椎体可以较好地重建手术部位的即刻稳定性,有效降低手术部位邻近终板的局部应力,理论上可以降低术后假体的下沉率,但其长期稳定性、抗疲劳性等力学性能尚需进一步研究。     

人工椎体的发展与应用

人工椎体在治疗脊柱肿瘤、结核、骨折等疾病方面取得了较好的效果。目前人工椎体种类繁多、各有利弊,总体分为融合型与可动型2类,融合型根据高度能否调节及自稳性强弱分为支撑固定型、可调固定型、自固定型3三类,自固定型又因轴套螺纹旋转结构有高度能否调节之分;可动型因球窝关节或镂空结构等可动装置的存在代替了椎间盘的功能,一定程度上保留了脊柱的活动度。人工椎体的制作材料目前包括金属、陶瓷、生物材料及高分子复合材料等多种材料,金属以钛合金为主导,至今已发展至第3代,但仍存在表面生物活性不佳等缺陷;陶瓷以羟基磷灰石复合材料、磁性生物陶瓷、多晶氧化铝陶瓷等为代表,但是存在着加工复杂、力学性能参差不齐等缺陷;生物材料主要以异种骨为主,其结构与性能与人体骨最为接近,但是存在韧性低、制作复杂等缺陷;高分子复合材料因生物学特性总体分为生物降解型与非降解型,分别以聚乙交酯与聚乙烯为代表,各有利弊。假体的设计及制作材料虽取得了较大进步,但尚难以完全满足脊柱内置物的苛刻要求,有待进一步优化。3D打印技术使假体复杂结构的加工以及个体化定制成为可能,具有广阔的发展前景,但制作周期长、成本高等缺陷有待克服。虽然人工椎体在治疗脊柱疾病方面疗效显著,但不乏假体松动、移位的报道,加之评价标准不统一,随访时间短,其确切疗效有待进一步观察。     

高频重复经颅磁刺激治疗不完全性脊髓损伤后运动障碍疗效的Meta分析

目的:系统评价高频重复经颅磁刺激(HF r TMS)治疗不完全性脊髓损伤患者运动障碍的临床疗效。方法:计算机检索2016年10月前Pub Med、Google scholar、Cochrane library、Clinical trial、Medline、Web of science、中国知网(CNKI)、维普(VIP)和万方数据库(Wanfang database),查找有关经颅磁刺激治疗脊髓损伤患者运动障碍的随机对照试验(RCT),由2位评价员依据纳入与排除标准分别进行文献筛选、数据提取和评价纳入研究的方法学质量后,通过Cochrane协作网Rev Man 5.2软件对治疗后的ASIA运动总评分、ASIA下肢运动评分(LEMS)、改良Ashworsh量表(MAS)、10 m步行速度(10MWT)和脊髓损伤步行指数Ⅱ(WISCIⅡ)进行Meta分析。结果 :最终共纳入5个RCT研究,103例不完全性脊髓损伤患者,61例接受HF r TMS治疗和常规物理康复治疗(试验组),51例接受常规物理康复治疗(对照组)。Meta分析结果显示:经HF r TMS治疗后,两组患者ASIA运动总评分、LEMS以及10MWT的评分差异具有统计学意义(检验结果分别为Z=2.96,P=0.003;Z=3.04,P=0.002;Z=2.16,P=0.03);当刺激下肢运动皮质区时,两组患者的MAS评分差异有统计学意义(Z=2.79,P=0.005);而当刺激头顶正中位置时,两组患者的MAS评分差异无统计学意义(Z=0.09,P=0.93);两组患者的WISCIⅡ评分差异无统计学意义(Z=0.90,P=0.37)。结论:HF r TMS能够提高不完全性脊髓损伤患者的运动评分,改善患者下肢的痉挛状态,提高患者的运动能力。     

CT辅助山羊腰椎解剖测量及与人体腰椎的对比研究

目的:通过对山羊腰椎的解剖测量以及与人体腰椎的对比研究,为腰椎假体的动物模型建立奠定基础。方法:通过计算机辅助软件Mimics 16.0对波尔山羊新鲜腰椎标本及健康成人腰椎的椎体、椎弓根、椎间盘等部位的解剖参数进行采集,最终运用统计学软件对两者腰椎解剖特点进行对比研究。结果:山羊椎体前高中高后高,最大值分别为(38.7±2.9)、(40.1±2.6)、(40.7±2.7)mm。其终板宽度大于其深度,整体呈心形或肾形外观。山羊上终板向外凸出,下终板凹陷较小,最大值为(1.6±0.6)mm。山羊椎弓根高自L1至L6不断增大,最大值为(30.5±1.9)mm;其椎弓根宽与夹角随着椎体序列的增加先减小后增大,最小值分别为(6.7±0.4)mm与(45.9±2.6)°。山羊椎间盘前高中高后高,三者随着椎间隙的变化数值波动较小;其椎间孔高与宽亦变化较小,分别在(12.9±0.3)~(14.3±1.0)mm与(5.7±1.0)~(6.7±0.9)mm波动。对比结果显示山羊腰椎椎体高、椎弓根高及夹角明显大于人类(P0.05),而其终板宽与深、椎间盘高等明显小于人类(P0.05)。此外,两者某些结构如椎弓根高、椎间盘高等随着椎体序数的增加亦呈现出不同变化规律。结论:山羊腰椎虽然在某些方面如终板及椎间孔形态等与人体存在相似性,但是在诸多方面仍存在较大差异。掌握山羊腰椎的解剖特点及与人体之间的差异对于腰椎假体及相关技术的山羊动物研究具有重要的指导意义。     

副肾动脉的解剖学特征及其对肾移植的价值

副肾动脉是肾供血动脉中发生率最高的解剖变异,既可以一侧肾单独出现,也可以同时存在于两侧肾,但其在起源、支数、形态、发生率等方面有着一定的差异。了解副肾动脉的解剖学结构特征对于临床上治疗副肾动脉相关疾病有重要的意义,尤其为肾移植术及其他普通泌尿外科手术提供了重要借鉴。国内外的诸多研究多集中在副肾动脉的病例报道、解剖形态、人群分布、临床意义等方面,本文通过综述国内外关于副肾动脉的解剖学特征、人群分布特点及其对肾移植的指导价值,旨在梳理相关内容以指导临床实践。     

颈椎前路微型记忆加压合金板的体外生物力学研究

目的:采用体外生物力学研究方法评估颈椎前路椎间盘切除融合内固定手术的微型记忆加压合金板(GYZ记忆合金板)置入后的即刻稳定性。方法:6具新鲜颈椎尸体标本,男性,年龄55.2±7.1岁,身高175.4±3.8cm,体重72.3±6.0kg。通过薄层CT及骨密度检查,排除畸形、骨折、骨质疏松等疾病。所有标本剔除脊柱周围血管、肌肉等软组织,保留韧带、关节囊后,先后制作为生理组、损伤组、新型合金板组、传统钛板组4组:生理组为空白对照组;损伤组标本仅将C3/4椎间盘破坏;新型合金板组将C3/4椎间盘切除后置入椎间融合器,前路辅助GYZ记忆合金板融合固定;传统钛板组前路辅助传统钛板固定。每组标本均在前屈、背伸、左右侧弯、左右扭转方向上给予1.5N·m的载荷。记录第3次试验的结果并对四组标本C3/4椎间隙在前屈、背伸、左右侧弯及左右扭转方向上的活动度进行对比分析。结果:术后影像学检查显示置入物位置良好。生理组C3/4在前屈、背伸、左侧弯、右侧弯、左旋转、右旋转方向上的活动度分别为4.8°±0.5°、2.5°±0.1°、2.4°±0.3°、2.6°±0.3°、2.0°±0.2°与3.9°±0.1°;损伤组分别为6.0°±0.7°、3.4°±0.3°、3.4°±0.5°、3.8°±0.6°、2.4°±0.9°与5.7°±1.3°,较生理组明显增大(P<0.05)。新型合金板组C3/4椎间隙在上述六个方向上的活动度分别为0.6°±0.1°、0.4°±0.1°、0.5°±0.1°、0.7°±0.1°、0.6°±0.1°及1.0°±0.1°,传统钛板组分别为0.6°±0.1°、0.5°±0.1°、0.5°±0.1°、0.7°±0.1°、0.5°±0.1°与1.0°±0.1°,两组在各方向上的活动度无明显差异(P>0.05)。结论:微型记忆合金板可以获得与传统钛板相似的固定强度和重建手术部位的即刻稳定性。     

CT辅助腰椎终板形态学研究

目的：通过计算机断层扫描技术对健康成人腰椎终板结构进行解剖测量与研究,为腰椎假体的优化设计与临床应用提供有益指导。方法：有偿征集60名健康成人（男女均等）,签署知情同意书后于西安交通大学第二附属医院影像科行全腰段CT扫描。将扫描数据导入计算机辅助软件Mimics 16.0进行三维重建及测量。采集指标包括正中矢状径、最大冠状径,凹陷深度、正中矢状面凹陷角,冠状面凹陷角等共9项,最后利用统计学软件对采集数据进行统计学分析。结果：上下终板的正中矢状径与最大冠状径不但具有性别差异（P<0.05）,而且随着腰椎序列的增加呈增大趋势。上下终板凹陷深度无性别差异（P>0.05）,自L₁至L₅变化较小,分别在1.5~2.0 mm与2.2~3.9 mm波动;同一序列男性下终板凹陷深度大于上终板且差异有统计学意义（P<0.05）,而女性上下终板凹陷深度比较差异无统计学意义（P>0.05）。上下终板矢状面凹陷角与冠状面凹陷角随着椎体序数的增加整体变化较小而且绝大部分椎体序列上矢状面与冠状面凹陷角均无性别差异（P>0.05）。统计学显示靠近尾侧腰椎终板最大凹陷处位于终板平面偏背侧。结论：人体腰椎终板解剖结构比较复杂,熟悉掌握终板解剖参数以及术前充分利用CT辅助测量对于腰椎假体的研制及临床应用具有重要意义。     

3D打印技术建立山羊腰椎融合模型及实验围手术期管理

目的:探讨个体化3D打印技术建立山羊腰椎融合模型的可行性及围手术期管理的注意事项。方法 :根据10只雄性1~2岁、体重35~45 kg波尔山羊腰椎术前X线片及CT三维重建数据,术前确定理论撑开高度,再根据理论进钉点确定钢板长度、弧度、放置位置及上下位螺钉长度等参考值,设计并进行3D打印腰椎侧前路接骨板。全麻下切除山羊腰椎椎体及相邻椎间盘,将植骨后的钛笼植入山羊体内,使用3D打印侧路接骨板进行固定。术后进行饲养、补液、抗感染及术后并发症处理、呼吸消化围手术期管理等。结果:成功建模,10只山羊术后X线片及CT三维重建显示钛笼及接骨板位置较好,固定可靠。术后3个月山羊行腰椎CT三维重建及显微CT,观察脊柱融合情况。影像学检查显示,侧路接骨板固定钛笼植骨融合均在钛笼两端与椎体间形成致密的骨小梁。结论:该3D打印技术建立山羊腰椎融合模型,是一种有效,成功率高,融合可靠稳定的方法,围手术期管理其方法科学、实用,且更加人性化,对确保腰椎侧前方钉板内固定系统成功置入,并降低手术并发症的发生具有较强的指导意义。     

快速成型导航模板辅助颈椎螺钉置入的研究进展

颈椎螺钉内固定技术凭借其高融合率、手术节段即刻固定及良好的矫形能力在临床上得到广泛应用。但由于解剖结构变异、椎弓根较细等原因,采用传统方法置钉难度较大,螺钉穿孔率较高,可引起神经血管损伤等严重并发症。近年来快速成型导航模板被报道应用于辅助颈椎螺钉置入,以提高螺钉置入的准确性。本文通过回顾及总结近20年来已发表关于导航模板辅助颈椎螺钉置入相关文献,系统介绍了导航模板的制作与使用方法、设计理念发展历程以及在颈椎手术中的应用现状。目前相关临床及尸体研究证实在颈椎手术中,使用快速成型导航模板辅助颈椎螺钉置入可降低螺钉穿孔率、术中电离辐射伤害及手术时间,值得在临床工作中推广应用。但是不同设计类型的导航模板的具体临床疗效没有很高的总结。因此,更多比较不同设计类型导航模板准确性与安全性的尸体及临床试验急需进行,以帮助临床医生选择合适的导航模板进行手术。