齿轮撑开式脊柱复位固定板装置的研制及生物力学评价

1、齿轮撑开式脊柱复位固定板装置的研制及生物力学评价         10-05-05 10:25:00     编辑：studa20             作者：崔学文 贾连顺 袁文 田纪伟 李家顺【摘要】  目的研制一种新型的齿轮撑开式脊柱复位固定板装置（GDP），进行生物力学测试并评价其生物力学性能。方法采用医用钛合金制成GDP植入物，用不锈钢

2、制成专用工具。18具新鲜小牛腰椎标本随机分为3组，对GDP组内固定进行载荷应变、载荷位移、强度、刚度、扭转强度及极限承载能力测试，并与对照组（CD、Steffee）对比分析。结果齿轮撑开式脊柱复位固定板（GDP）组在载荷应变、载荷位移、强度、刚度、扭转强度及极限承载能力方面均优于对照组，统计学分析有显著性差异（P<0.05）。结论GDP具有良好的生物力学稳定性，对促进骨折愈合、防止后突畸形复发和椎体高度丢失具有重要意义。 【关键词】  齿轮撑开式； 脊柱复位固定板（GDP）； 内固定； 生物力学    Abstract：ObjectiveA new

3、 device of geardistraction plate (GDP) for spine reduction and fixation was designed and its biomechanical characteristics was evaluated.MethodThe GDP implants were made of titanium alloy (TC4,Ti6AL4V) and the instruments were made of stainless steel after design.Eighteen fresh calf lumbar specimens

4、 were randomly divided into three groups, the GDP group had a biomechanical test contrast to control group(CD, Steffee) in loadresponsive change, loaddisplacement, strength, stiffness, torsion intensity and ultimate strength.ResultResults It is better than control group in loadresponsive change, loa

5、ddisplacement, strength, stiffness, torsion intensity and ultimate strength, there was a significant difference between them (P<0.05).ConclusionIt is significant to promote the vertebrae fracture union and also prevent kyphosis relapses and vertebral height loses because the GDP has nicer biomech

6、anical stability.    Key words：gear distraction plate (GDP);  fixation plate;  internal fixation;  biomechanics     目前用来治疗脊柱骨折的后路内固定器械主要以钉棒系统为主，板式结构由于撑开作用差，复位骨折椎体的效果欠佳，因此临床应用者愈来愈少，逐渐处于被淘汰的境地。为克服板式结构不能撑开的难题，作者在复习文献的基础上设计出一种新型的可撑开的脊柱后路复位固定板装置即齿轮撑开式脊柱复位

7、固定板（GDP）装置，并通过离体生物力学对比研究了解GDP的生物力学特性，为临床应用提供依据。    1  器械结构    GDP由带齿条的固定板（带有弧度）、齿状撑开螺帽、椎弓根钉、横向连接杆组成（图1）。（1）固定板：为适应脊柱不同节段固定的需要，根据影像学测量固定板的设计长度为5585 mm，弧度为6.5°20°，根据不同椎体的高度及临床压缩的程度，齿条的设计长度为1030 mm，固定板厚5 mm，宽14 mm，固定板上有连接横向连接杆的滑动槽;（2）齿状撑开螺帽：为撑开椎体的关键部件，其齿轮与固定

8、板的齿条吻合，中空内径为6 mm，壁厚1 mm，齿高、宽各1 mm;（3）椎弓根螺钉：为锥形，基底部与六角锥面的螺母铸为一体，外径3570 mm,长度2055mm;（4）横向连接杆为板式，宽4 mm，厚2 mm，长度2545 mm，内有槽形孔，可以方便与固定板连接。    2  材料与方法    2.1  实验材料     采用新鲜小牛脊柱（T12S1)标本共18具，平均年龄2.8个月（23个月），雄性13具，雌性5具，均属随机取样，并剔除病理标本，X线片显示为正常标本。&#

9、160;   图1  齿轮撑开式脊柱复位固定板装置结构图    2.2  标本制备     截取标本后仔细剔除局部附着肌肉，保留韧带及关节突，然后密封保存在20的冰柜中，测试前逐步解冻，实验标本上下两端浇灌骨水泥平台，以便于精确加载，两平台之间平行度1°（图2）。同时在脊柱L3前方（A测试点）和后侧椎弓处（B测试点），按实验力学要求分别粘贴应变式传感器，应变要求预调范围达到2 500 u±2%,灵敏度2 u，位移测量采用KG101光栅数显高精度测量仪，精度达到0.0

10、1%，并附以千分表监测。    图2  脊柱内固定生物力学测试示意图    2.3  标本分组    将标本分为实验组（GDP）及对照组（CD、Steffee），每组各6具，（三组器械皆为同一厂家相同材料制造，长度相同）。损伤腰椎标本的制作，参照Panjabi1方法在标本上造成屈曲型压缩骨折模型，拍摄X线片显示脊柱不稳，然后安装齿轮撑开式脊柱复位内固定板装置加以固定。对照组分别用CD及Steffee钢板固定。    2.4 生物力学测试 

11、0;  标本测试按轴向压缩、前屈、后伸和侧屈4种不同生理工况建立实验力学模型。 腰椎载荷采用分级加载，由0500 N加生理载荷，以100 N为分级载荷。加载速度应控制在1.4 mm/min的速率，加载重心在腰椎的力学对称轴上。脊柱的垂直及水平位移用KG101高精度数显光栅位移传感器测量，应变由YJ14数字应变仪采集。实验前加预载，以消除脊柱松弛，蠕变等时间效应影响，然后正式测试，30 s内采集一次数据，重复多次以提高精度，试验过程中标本用生理盐水保持湿润新鲜状态。    2.5  数据统计处理    脊柱生物力学试

12、验中的应变、位移、应力、扭矩、扭角等力学量先进行数据处理，从而得到一个满意的估计值和置位区间。然后以线形回归、方差分析，经最小二乘法处理。按数理统计加以检验，计算其相关参数、t检验、精度分析。计算统计分析采用标准的SPSS 10.0软件在计算机上进行，设定显著性水平为P<0.05。    3  结  果    3.1  脊柱载荷应变变化     腰椎上A、B测试点在不同载荷下载荷应变曲线呈线性变化，应变随载荷的增加而增大，卸载后基本恢复原状。腰椎A、B测试点上

13、GDP内固定椎体应变最小，而相应对照组（CD、Steffee）的应变较大，在脊柱不同的生理工况下（垂直压缩、前屈、后伸、侧屈），实验组内固定的平均应变比CD组小13，比Steffee组小22。因此GDP器械固定明显占有优势，固定效果最好，并接近于脊柱正常水平，在相同的应变水平下，GDP器械所承受的载荷比其他类型固定要高的多，结果统计具有显著意义（P<0.05）。    3.2  脊柱载荷位移变化    脊柱在不同内固定器械固定下负荷后，脊柱会发生压缩性位移和水平位移。本实验18具标本在不同生理工况下载荷位移变化结果发现随着生理载荷的增加，脊柱纵向位移和水平位移呈线性变化增加，卸载后恢复原状。3种不同器械的内固定都能达到牢