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ROI-C融合器内固定治疗Hangman骨折有限元分析与临床医学应用

  • 发布日期:2018-06-29
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本文是一篇硕士医学论文,医学专业硕士是为培养医学职业高层次专门人才而设立的专业硕士学位,一般要求学员具有一定得职业背景和一定年限的工作经历(工作经历年限要求多为5年)。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇硕士医学论文,供大家参考。
 
引 言
 
Hangman骨折又名创伤性枢椎滑脱(traumatic spondylolisthesis of the axis, TSA)是指枢椎上下关节突之间峡部在暴力作用下发生的骨折,常伴椎间盘损伤和C2椎体相对C3椎体移位,继而出现枢椎椎体不稳或脱位,严重的枢椎不稳可导致上颈髓受压出现神经症状,甚至死亡[1]。最早由Haughton于1866年在一名绞刑犯身上发现并描述了这种损伤,因为枢椎上下关节突在横断位处于不同平面,下关节面位于上关节面后下侧方,小关节的约束使这部分成为一个力学杠杆,小关节突前部成为杠杆的支撑点,枢椎峡部(关节突间部)恰好处于关节突(支点)前部,成为整个杠杆受力最大的部分,因此是枢椎的应力集中处,在极度过伸或压中暴力时极易断裂,Hangman骨折往往出现在车祸和高空坠落等突发性事件中。据统计,Hangman骨折约占颈椎骨折的4%~7%,枢椎骨折的23%~27%[1]。近年来,因交通事故、高处坠落等高能量损伤所致的Hangman骨折病例呈逐年增多趋势,因此,对于Hangman骨折的治疗越来越受到临床医生及学者的重视。
Hangman骨折治疗的主要目的是恢复伤椎的稳定性及正常的生理序列,以促进骨折愈合。由于Hangman骨折处为松质骨,骨折端血运丰富,因此部分Hangman骨折患者早期行Halo-Vest及颈围固定等保守治疗也可取得较高愈合率[2-4];但约60%的不稳定Hangman骨折保守治疗后晚期会出现枕颈部疼痛、假关节形成及迟发性颈椎畸形等[5]。目前对于不稳定的Ⅱ、Ⅱa及Ⅲ型Hangman骨折,手术治疗已成为首选[6-8]。手术方式主要有前、后两种手术入路。前路常用的两种入路包括上颈椎前侧咽后入路和下颈椎右侧入路。下颈椎前右侧入路也称Smith-Robinson入路[9],该入路切口位于下颌骨和甲状软骨之间,在颈动脉鞘内侧切开气管前筋膜,将胸锁乳突肌、颈动脉鞘牵向外侧,将带状肌、甲状软骨和甲状腺牵向内侧,沿正中线纵向切开颈长肌、颈前筋膜,能清楚显示C2与C3椎体,置入C2、C3椎体钉,此入路能够避免咽后入路需切除下颌下腺,可能会出现唾液腺瘘或面神经损伤等并发症,目前多采用此入路[3]。采用Smith-Robinson入路行C2/3间盘切除、Cage置入、钛板内固定是目前常用术式。对于伴有椎间盘损伤、椎间盘突出压迫脊髓的不稳定Hangman骨折患者,前路手术能够提供更直接的减压和固定[10,11],而且对患者颈椎活动度影响更小[12]。目前大多数学者[10, 11, 13]认为,颈前路内固定治疗Hangman骨折手术创伤小,操作相对方便,固定确切,对颈椎活动度影响小,是相对安全可靠的方法。但因枢椎位置高,常因下颌骨及颌下腺的组织阻挡显露困难,导致前路手术钢板安置困难、螺钉置入椎体位置及方向失当,影响内固定的效果。而且术中或术后易引起一些并发症,如术中过度牵拉损伤喉上神经,螺钉位置不良导致内固定失败,位于咽后壁的钢板因钢板切迹较大造成术后咽部不适等。因此,发明或发现一种低切迹、易于安置的内固定装置应用于颈前路治疗Hangman骨折具有重要的临床意义。前路减压桥形椎间锁定融合器(ROI-C融合器,简称ROI-C)是法国LDR公司发明的一种新型的自锁式、零切迹、自稳型的颈椎前路融合器。该融合器采用整合的、自导向、自锁定的椎间桥形固定嵌片设计,稳定性好且不突出于椎体前缘,减少了对食管及咽部刺激。目前已广泛用于治疗下颈椎疾患[14]。
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第一部分 上颈椎有限元模型的建立与验证
 
上颈椎,通常是指围绕枕骨大孔的枕骨、寰椎(第 1 颈椎)、枢椎(第 2 颈椎)及其周围韧带等组织共同构成的一解剖功能复合体,亦称枕寰枢复合体。这些骨、韧带结构包绕了延髓、延颈髓交界区以及上颈髓。构成这一复合体的骨性结构异常常会引起神经、血管损害以及脑脊液动力学改变[29]。枕颈部活动范围大,颈椎 60%的旋转运动和 40%的屈伸运动集中在此[36],许多因素都可能导致枕颈部结构稳定功能异常,在脊柱外科领域,枕颈外科越来越受到临床外科医生的重视[37]。生物力学因素在上颈椎疾患的发病机制中具有十分重要的意义。因此,上颈椎生物力学的研究已成为研究热点。有限元方法作为一种新的生物力学研究方法,可在持续性研究中重复及改变任何定量与质量变化,同时可提供局部以及内部的机制反应[38]。有限元分析可定量表达颈椎前屈、后伸、侧弯和旋转等方向负载运动 ,成为颈椎运动学及各种内固定装置生物力学研究的理想工具[39-42]。自颈椎生物力学研究应用有限元模模型以来,极大地弥补了上颈椎研究尸体标本的不足,完成了许多传统生物力学无法完成的研究。有限元模型的基础是节点和网络单元,六面体单元较之四面体单元具有更高的力学传导性和计算精度[43]。目前国内外学者已开始基于螺旋 CT 影像资料来建立上颈椎的三维有限元模型。本研究的主要目的是根据CT扫描图片重建用于生物力学分析的上颈椎三维有限元模型,并根据临床病例中的实际情况对Hangman骨折进行模型重建,然后利用所建模型对正常上颈椎和Hangman骨折行内固定术前及术后进行加载验证,分析各模型活动度(ROM)及内固定器械应力分布情况。希望该研究能进一步分析Hangman骨折的生物力学特点、得出一定的生物力学结论,并给临床上治疗Hangman骨折提供一定的力学指导作用,以及为研发治疗Hangman骨折相关解剖型融合器内固定物提供一定的理论借鉴。本章将介绍基于螺旋CT影像资料的人体上颈椎三维有限元模型的建立,主要包括CT图像的处理,上颈椎的三维数字化重建,网格的划分与优化,以及有限元模型的有效性验证。
 
1 材料与方法
选择一名 32 岁健康体检青年男性志愿者,身高 176 cm,体重 68kg,无颅底及颈椎畸形,既往无颈椎病、无颈椎创伤及手术史,获伦理委员会批准后,签署学情同意书,拍摄上颈椎正侧位,双斜位,动力位 X 线片排除颈椎畸形、骨折、骨质破坏及不稳等情况,采用美国通用公司的 GE Lightspeed 64 排螺旋 CT(由济宁医学院附属医院影像中心提供)对其从颅底部到 C3 椎体节段进行薄层扫描,扫描条件为:120KV,125mA,层厚 0.625mm,层距 0mm,无间隔,共 105 张。将 CT 数据以国际标准 DICOM 格式刻录光盘保存,以便导入计算机进行处理。Dell 工作站配备为:Windows 10 操作系统,CPU 为 Inter(R)Xeon(R)E5-1607v2 3.00GHz,内 16GB,硬盘 2TB。应用软件为:Mimics 16.0 软件(Materialise, Inc.比利时),Geomagic Studio2014 软件(Geomagic, Inc. 美国),Pro/ENGINEER Wildfire5.0(简称 Pro/E5.0,PTC 公司,美国),Hypermesh 13.0(Altair, Inc. 美国),MSC.Patran2012(MSC.Software,Inc.美国)。
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第三部分 前路ROI-C融合器内固定治疗Hangman骨折的临床应用.....40
1 临床资料与方法............40
2 处理..........42
3 结果..........43
4 讨论..........45
5 本章小结.............47
6 典型病例.............47
 
第三部分 前路ROI-C融合器内固定治疗Hangman骨折的临床应用
 
Hangman 骨折是累及枢椎椎弓根、峡部、关节突的骨折,在临床上比较罕见,约占颈椎骨折的 4%~7%[52]。随着社会经济发展及车辆的增多,Hangman 骨折的发生率呈逐年上升的趋势。Levine 和 Edwards[17]将其分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅱa 及Ⅲ型。Hangman骨折 Levine-Edwards 分型中Ⅱ型及Ⅱa 型为较常见类型,这两种类型骨折合并后纵韧带和C2/3 椎间盘损伤,自行修复较差,属于不稳定骨折,往往需要手术治疗[78,79]。前路C2/3 椎间盘切除、椎间植骨内固定术是目前治疗 Hangman 骨折的常用术式[45,79]。该术式重建并固定颈椎前中柱,可以获得上颈椎的即刻稳定,且在恢复颈椎的生理曲度及解剖结构上具有明显优势。但因枢椎位置高,受下颌骨阻挡显露困难,尤其肥胖或短颈患者,前路手术常引起螺钉固定位置及方向失当,影响内固定的效果[79]。而且术中或术后易引起一些并发症,如术中过度牵拉损伤喉上神经,螺钉位置不良导致内固定失败,位于咽后壁的钢板可造成术后咽部不适等[79]。为避免上述手术方式的缺陷。
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总结
 
(1)利用 64 排高精度 CT 影像建立了具有较高几何逼真度的上颈椎有限元模型,分析了其在正常生理载荷下不同加载状态下的活动度及应力传递和分布情况,有助于临床更详细的了解上颈椎生理活动机制。
(2)在正常上颈椎有限元模型的基础上建立了 Hangman 骨折的失稳模型和前路 Plate+Cage、ROI-C 融合器两种内固定模型,分析了颈椎在各种生理载荷下,应力传递过程对失稳模型及内固定模型应力分布的影响,评价了两种内固定的优劣,为临床治疗 Hangman 提供新的术式选择。
(3)通过 17 例 ROI-C 椎间融合器治疗Ⅱ型及Ⅱa 型 Hangman 骨折患者的临床应用及短期随访,结合有限元分析实验,验证了 ROI-C 融合器在治疗 Hangman 骨折的临床可行性,并有助于推动外科治疗 Hangman 骨折的发展。
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