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文档简介
脊柱解刨学生物力学特性脊柱侧凸第一页,共四十三页,编辑于2023年,星期一
一、脊柱的解刨学结构第二页,共四十三页,编辑于2023年,星期一1、概述脊柱是由椎骨组成的节段性的中轴骨架,是身体的支柱,不仅负荷重力、缓冲振荡,而且参与组成胸、腹、盆壁,保护脊髓及脊神经根。脊柱由脊柱骨及椎间盘组成,前者占脊柱全长的3/4,后者占1/4。脊柱周围有坚强的韧带相连,维持高度稳定,还有很多肌肉附着,形成相当柔软灵活的结构。第三页,共四十三页,编辑于2023年,星期一2、脊柱的
组成
成人的脊柱由26块脊柱骨及其连接组成。第四页,共四十三页,编辑于2023年,星期一分类:
颈椎(C)7块
胸椎(T)12块
腰椎(L)5块
骶骨1块
尾骨1块第五页,共四十三页,编辑于2023年,星期一
椎骨的一般形态:椎体椎弓棘突横突关节突椎弓根椎弓板第六页,共四十三页,编辑于2023年,星期一2、脊柱的连接椎体的连结椎弓的连结椎间盘(纤维环
髓核)前纵韧带后纵韧带黄韧带棘间韧带棘上韧带第七页,共四十三页,编辑于2023年,星期一椎间盘第八页,共四十三页,编辑于2023年,星期一髓核纤维环第九页,共四十三页,编辑于2023年,星期一前纵韧带后纵韧带棘间韧带棘上韧带第十页,共四十三页,编辑于2023年,星期一黄韧带第十一页,共四十三页,编辑于2023年,星期一二、脊柱的生物力学特性第十二页,共四十三页,编辑于2023年,星期一1、概述
脊柱的生物力学涉及范围非常广泛,脊柱结构、运动、损伤、固定等方面的生物力学研究有助于解释脊柱相关的生理、病理以及对临床治疗方法、临床器械的设计研究与发展有着重要的指导意义。第十三页,共四十三页,编辑于2023年,星期一脊柱的功能单位脊柱的功能单位也称功能单元,即一个运动节段,包括两个椎体及两椎体之间的软组织。第十四页,共四十三页,编辑于2023年,星期一2、椎骨的生物力学
最早关于人类椎骨(椎体、椎弓、关节突)生物力学的研究是Messerer对椎体强度的测量。第十五页,共四十三页,编辑于2023年,星期一(一)椎体的生物力学
早期的生物力学研究是对椎体抗压强度的测试。当时喷气机飞行员弹射如何选择合适的加速度才不造成脊柱损伤,促进了生物力学的深入研究。研究表明,椎体的强度随着年龄的增长而降低,特别是在40岁以后会明显降低。第十六页,共四十三页,编辑于2023年,星期一抗压强度第十七页,共四十三页,编辑于2023年,星期一(一)椎体的生物力学我们将椎体细分为皮质骨壳、松质骨核及终板来分析椎体各部分的生物力学特性。1、皮质骨壳
椎体的主要负载部位是皮质骨壳还是松质骨核?第十八页,共四十三页,编辑于2023年,星期一皮质骨壳Rockff等的实验表明,完整椎体的强度随着年龄的增加而减低。从20-40岁,椎体强度的降低明显,40岁以后强度改变不大。
<40Y>40Y第十九页,共四十三页,编辑于2023年,星期一松质骨核
在对椎体松质骨强度测试中,载荷-形变曲线显示椎体的松质骨核可以承受很大的压缩载荷,断裂前其形变率高达9.5%,而相应的皮质骨的形变率还不足2%;说明椎体损伤首先发生皮质骨断裂,而不是松质骨的显微骨折。第二十页,共四十三页,编辑于2023年,星期一终板
终板在脊柱的正常生理活动中承受着很大的压力。终析的断裂有三种形式:中心型,周围型,全板断裂型。
A.中心型在没有蜕变的椎间盘中最多见。
B.周围型多见于有蜕变的椎间盘。
C.全板断裂多发生于高载荷时。第二十一页,共四十三页,编辑于2023年,星期一无蜕变的椎间盘受压,在髓核内产生压力,终板的中心部位受压蜕变的椎间盘由纤维环传递压力,终板边缘承受载荷第二十二页,共四十三页,编辑于2023年,星期一(二)椎弓Rolander(1966),Weiss(1975),Lamy(1975)进行的三种椎弓载荷方式表明,大部分断裂发生在椎弓根。椎弓根的强度与性别及椎间盘的蜕变与否关系不大,但会随着年龄的增长而减退。第二十三页,共四十三页,编辑于2023年,星期一
椎弓不同加载方式的断裂载荷第二十四页,共四十三页,编辑于2023年,星期一(三)椎间盘椎间盘为一密闭性弹性垫,由相邻椎体上下面的软骨板,纤维环和髓核组成。纤维环的纤维走行方向与椎体平面呈30度角。椎间盘在椎体间起缓冲垫的作用,能吸收、缓冲载荷,并使载荷均匀分布。第二十五页,共四十三页,编辑于2023年,星期一椎间盘的生物力学特性1、受压的特性在脊柱的运动节段压缩试验中,首先发生破坏的是椎体而不是椎间盘。这说明,临床上的椎间盘脱出不只是由于受压,更主要的原因是椎间盘内应力分布不均匀。第二十六页,共四十三页,编辑于2023年,星期一椎间盘的生物力学特性2、受拉的特性在不同方向的载荷作用下,椎间盘都受张应力作用。第二十七页,共四十三页,编辑于2023年,星期一椎间盘的生物力学特性
对椎间盘的强度测试表明,椎体前后部位的椎间盘强度比两侧的高。中间的髓核强度最低。椎间盘的纤维环在不同的方向上也表现出不同的强度,沿纤维走行方向的强度是水平方向强度的3倍。这一点对于分析脊柱损伤的机制,确定合理的治疗方法是很有意义的。第二十八页,共四十三页,编辑于2023年,星期一椎间盘的生物力学特性3、受弯的特性弯曲和扭转暴力是椎间盘受损伤的主要原因。通过造影证实,在脊术的屈伸活动中,髓核并不改变其形状及位置。第二十九页,共四十三页,编辑于2023年,星期一椎间盘的生物力学特性4、受扭的特性在脊柱运动节段轴向受扭转的实验中发现,扭矩和转角变形之间的关系曲线呈“S”形。其中3°-12°的扭转部分,扭矩与转角之间存在线性关系。第三十页,共四十三页,编辑于2023年,星期一椎间盘的生物力学特性5、受剪的特性椎间盘的水平剪切强度大约为260N每平方毫米。纤维环的破裂我由于弯曲、扭转和拉伸的综合作用造成的。单纯的剪切暴力很少造成纤维环破裂。第三十一页,共四十三页,编辑于2023年,星期一椎间盘的生物力学特性6、松弛和蠕变椎间盘在受载荷时有松弛和蠕变现象。蠕变的特点与椎间盘的蜕变程度有关,没有蜕变的椎间盘蠕变很慢,经过相当长的时间也能达到最大变形。蜕变的椎间盘则相反。这表明蜕变的椎间盘吸收冲击的能力减退,也不能将冲击均匀地分布到终板。第三十二页,共四十三页,编辑于2023年,星期一椎间盘的生物力学特性
无蜕变的椎间盘(0度)需要相对长的时间性而达到较小变形第三十三页,共四十三页,编辑于2023年,星期一椎间盘的生物力学特性7、滞后椎间盘和脊椎属粘弹性体,有滞后性能。此结构在循环加载和卸载时伴有能量损失。滞后与施加的载荷、年龄及椎间盘所处位置有关。第三十四页,共四十三页,编辑于2023年,星期一椎间盘的生物力学特性滞后载荷越大,滞后越大;随着年龄的增大其逐渐减小。同一椎间盘在第二次加载后的滞后比第一次加载时下降,这表明反复冲击载荷对椎间盘有损害。第三十五页,共四十三页,编辑于2023年,星期一椎间盘的生物力学特性8、疲劳的耐受活体椎间盘的疲劳耐受能力尚不清楚。离体脊柱运动节段疲劳试验(施加一个很小的轴向持续载荷,向前反复屈曲5度,屈曲200次时椎间盘出现破坏迹象,屈曲1000次时完全破坏)。个人认为,加载负荷开始椎间盘纤维就有微细结构的改变。第三十六页,共四十三页,编辑于2023年,星期一椎间盘的生物力学特性9、椎间盘内压无论离体还是在体的椎间盘内压测试都是很困难的。Nachemson等首先利用髓核的液态性做为载荷的传导体,用一个脊柱运动节段来做离体测试,发现髓核内压与轴向加载有直接关系。第三十七页,共四十三页,编辑于2023年,星期一椎间盘的生物力学特性Nachemson’sTest示意图第三十八页,共四十三页,编辑于2023年,星期一椎间盘的生物力学特性10、自动封闭现象由于椎间盘缺乏直接的血液供应,损伤后通过一种特殊的方式—“自动封闭”来修复。第三十九页,共四十三页,编辑于2023年,星期一椎间盘的生物力学特性
单纯纤维环损伤的标本第一次加载的载荷-变形曲线与完整者不同,但加载2-3次后,其曲线接近正常。第四十页,共四十三页,编辑于2023年,星期一(四)脊柱韧带的生物力学特性
脊柱韧带有固定相邻椎体,保证脊柱生理运动,保护脊髓等功能。前纵韧带、后纵韧带和黄韧带等都具有相同的生物力学特点,它们的载荷-变形曲线均为非线性,随着载荷的增加而斜率改变。韧带的力学强度随着年龄的增加而降低,同时吸收能量的能力也下
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