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《第一军医大学》 2001年
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脊柱三维运动分析及手术可视化系统的研制

黄文华  
【摘要】: 目的:本课题研究达到以下几个目的:(1)采用计算机视觉原 理,在Windows下进行软件编程,完成脊柱三维运动分析系统SPINE2000 的研制。(2)结合临床的需要从生物力学角度进行脊柱固定器械手术 的稳定性效果的评定。(3)结合临床应用解剖学及生物力学理论进行 并完成了以下测试和研究:PMMA强化骨质疏松椎弓根螺钉对脊柱稳定性 的影响。(4)为脊柱椎弓根器械可视化手术系统的研制提供研究基 础,完成脊柱椎弓根器械手术可视化系统的初步研究。方法:(1)利 用加拿大Matrox公司产Meteor图象采集板一套,高性能计算机一台,北 京大恒公司分频器一套,台湾敏通公司产高敏感度近红外摄像头三台, 红外滤光片三套,红外发光管三套。采用立体视觉原理和计算机图像处 理技术,利用Visual C6.0语言编制脊柱运动分析程序。(2)将取自健 康青年男性尸体的12例新鲜腰椎标本随机分为A、B两组,在脊柱三维运 动试验机上测量两组各6例正常颈椎在8.0Nm载荷下L2~L5节段的运动范 围(ROM);然后在L2~L5节段将两组颈椎制作成腰椎椎三柱不稳模型, A组以GSS椎弓根螺钉固定,B组以SOCON椎弓根螺钉固定,分别测量 椎弓根螺钉固定节段腰椎的ROM。比较正常与固定椎间的ROM以及两种不 同椎弓根螺钉固定腰椎间的ROM。(3)6具新鲜老年女性骨质疏松脊柱 标本(T_(10)~L_5);制备L_1椎体节段不稳定性损伤模型后椎弓根螺钉系统固 定,进行三维稳定性测试,并在MTS 858试验机上进行屈/伸疲劳试 验。比较完整标本(a)、损伤模型未强化疲劳前(b)、未强化疲劳后 (c)、强化后疲劳前(d)和强化后疲劳后(e)5种状态下脊柱的三维 稳定性变化。(4)利用脊柱CT图片进行三维重建。结果:(1)实现 了数据的快速采集及图象的精确处理,运动测试空间范围精度最大误差 0.8mm,建立了较为完善的脊柱运动测试平台。(2)GSS和SOCON椎 弓根螺钉均能显著降低腰椎各方向上的ROM(P<0.05),提高其稳定程 度,尤其在前屈、后伸方向最大,前屈时GSS可降低62.8%,SOCON螺钉 可降低63.9%,后伸时则分别降低54.9%和51.0%。A、B两组中不同螺 钉固定腰椎ROM在6个方向上无明显差异(P>0.05),说明两种螺钉的稳 定作用相似。()脊柱三维运动试验中,在b、d、e三种状态下,6个 运动方向脊柱的稳定性差异不明显(ho.05),但均强于a、c状态 (HO.of)。未强化组经疲劳后大多数螺钉松动,脊柱疲劳刚度明显下 降;而强化egtT组疲劳后未见螺钉松动,脊柱的疲劳刚度和运动范围变。 化亦明显小于未强化组,差异具有显著性(KO.000)。(4)初步重建 了脊柱的三维图象模型。结论:()研制成功的脊柱三维运动分析系 统SPffeE2000可应用于脊柱及其他人体关节的三维运动分析,并精确评 价脊柱三维运动。(2)GSS有较好的生物力学稳定作用,能有效提高 损伤腰椎各方向上,尤其是前屈和后伸方向上的稳定程度。(3)PMMA 强化骨质疏松椎弓根螺钉脊柱内固定能明显增强脊柱的稳定性和抗疲劳 能力。门)医学断层图象的三维重构及有关研究为脊柱椎弓根器械固 定手术可视化研究的展开提供了理论基础。
【学位授予单位】:第一军医大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:R318.6

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【引证文献】
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