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《第二军医大学》 2008年
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退变性腰椎滑脱镍钛合金非融合固定的生物力学研究

刘洋  
【摘要】: 目的退变性腰椎滑脱(Degenerative Lumbar Spondylolisthesis,DLS)是常见的脊柱疾患,由于解剖结构的变化,生物力学改变复杂,DLSI临床上棘手的问题。目前对于DLS的手术治疗方式主要为减压、复位内固定融合,然而无论具体术式如何,远期效果难以满意。传统腰椎融合手术在解决问题的同时亦带来了诸如邻近节段退变、矢状面失衡等问题,非融合技术提供了新的理念与选择。本课题旨在利用计算生物力学与实验生物力学的方法,对镍钛形状记忆合金用于DLS后路非融合固定进行初步研究,以期寻找DLS手术治疗的理想方案。方法基于三维CT薄层扫描,通过simpleware与Ansys软件,建立DLS有限元模型,计算模拟真实条件下腰椎在发生退行性滑脱后关键椎体的力学特性;根据人体腰椎矢状面曲度的临床测量制作符合实验规格的镍钛合金固定棒,通过有限元方法模拟其应力-应变曲线,与钛合金棒进行对照,同时在DLS数字模型基础上,模拟钛合金与形状记忆合金两组不同固定方式的力学变化。通过人体腰椎标本的力学实验,验证有限元模型。通过电阻应变实测法测试腰椎标本本身及镍钛合金固定后在不同工况下的关节突受力状况。结果数字模型有限元分析结果显示,腰椎轴向负载情况下,L4-5椎间盘应力大于L5-S1,L4-5关节突关节受力小于L5-S1。L4-5节段椎间盘压缩应力的集中分布在前部纤维环。图形输出结果显示L5椎弓根峡部应力集中最为显著。无论是前屈位还是后伸位,峡部的应力均明显增大,而前屈位时增大更为显著。有限元模拟镍钛合金固定棒的应力-应变曲线结果发现,随加载力增大,材料形变呈线性增加,而Ni-Ti合金的形变量较Ti大,屈服应力以下,两者形变量并无衰减。镍钛合金与钛合金固定融合的有限元分析发现:在轴压、屈伸、侧屈工况下,Ni-Ti组与对照组(融合组)相比,L5-S1椎间盘受力无明显差异(P>0.05),而L5下关节突及S1上关节突受力明显减小(P<0.05)。顺时针旋转时与对照组相比,Ni-Ti合金组在L5-S1椎间盘、关节突关节所受应力均明显减小;力学实验表明,镍钛合金内固定后,在轴压与后伸加载条件下,L5-S1应变相比未固定腰椎而言,应变值减小最大,而在剩余固定节段应变分布较为平均。当前屈状态下,L4-5应变值相比未固定腰椎减小最大。平均刚度的计算与文献报道及本课题有限元计算相比,无统计学差异,证明了有限元模拟的有效性。结论本实验的研究结果显示,当L4-5椎体发生退变性滑脱后该节段椎间盘压缩应力的集中分布在前部纤维环,而远端L5-S1关节突关节则承受了较多的轴向载荷,这种应力承载重心的转移可以解释腰椎滑脱后邻近节段后柱加速退变所导致的腰痛;各种加载条件下,L5椎弓根峡部应力集中最为显著,是一个局部的高应力集中区域,使退变性腰椎滑脱有转变为峡部裂性腰椎滑脱的趋势,腰椎滑移程度加大;与腰椎融合相比,镍钛合金非融合固定能显著减小固定节段远端关节突应力承载,使腰椎应力负载在固定节段平均分布。
【学位授予单位】:第二军医大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:R687.3;R318.01

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