临床医学论文-脊柱椎管损伤模型建立的试验研究.doc

1、 临床医学论文-脊柱及椎管损伤模型建立的实验研究作者:谢恩、罗卓荆、张鹏飞、张子如【摘要】目的建立准确模拟椎体骨折的实验模型，通过实验比较椎管损伤的不同变化及特点，为临床手术提供科学依据。 方法利用冲击试验机对人体脊柱标本进行测量，测量并分析不同冲击力下椎管直径的实验参数。 结果轻度脊柱骨折后，冲击力的增加与椎管内骨的断裂应变之间存在交互作用(R2=0.85，P 结论逐步递增法是一种可靠的脊柱创伤重建方法。 【关键词】骨折；椎管；脊椎；生物力学；目的构建一个准确模拟垂直结构的实验模型，并比较椎管通过情况。试验后观察创伤的变化及其不同特点，从而为临床手术提供科学依据。方法以人体脊柱标本为研究对象

2、，测量不同冲击力下椎管直径的测试参数，并进行分析。结果撞击后脊柱骨折的最小增量与脊柱骨折应变之间存在交互作用(R2=0.85，P 欧美发病率更高，达到50%60%3 脊柱负荷试验是测量脊柱生物力学的重要方法，实验生物力学研究的设计和临床椎管内骨折的相关研究是热点之一4-6 通过建立椎管破裂模型，采用增量创伤法，从特定高度开始标准负重，通过侧位X线片准确监测结果。实验方法简单可靠。 材料与方法1一般资料本组收集新鲜尸体脊柱标本8具，男5具，女3具。年龄2174岁 去除椎体周围软组织，保持韧带和关节囊完整，用双层塑料袋密封，保存于-40低温冰箱中，实验前24小时室温解冻。 所有样本都没有损坏或变形

3、。 对每个脊柱标本进行x线检查，确保在相应的年龄没有损伤和正常的生理退化。 肌肉被小心翼翼地切除，韧带和椎间盘正常。 实验前，脊柱标本用圆柱形钥匙嵌入S3上半部和L3下半部，L1脊柱保持水平。 此外，为了保护脊柱，S4和L2的椎骨被环氧树脂紧紧包裹(图1) 2仪器MTS-858双轴液压生物材料试验机(Xi交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室提供)；移动式x光机(意大利，型号:BASIC 4003) 3测试方法将标本放入冲击测试仪中进行测试，冲击方向来自脊柱中线正上方。 椎管周围嵌有两排直径为2.0mm的小钢珠，一排嵌在后纵韧带内，另一排嵌在黄韧带平面内(图2)。通过两排小钢珠之间的距离来测

4、量椎管的直径，并在每次实验中进行测量和记录。 将单排小钢珠相互靠近放置，这样可以在不影响测量结果的情况下确定椎管的形状。 从L1L2椎间盘置入小钢珠，用X线片测量创伤后脊柱标本的变化，标准负荷逐渐增加，测量并记录椎间管直径的变化。 应变(L)是实验后减去椎管的原始直径，再除以原始直径的结果。 数学表达式:L%=(Ln-L0)L0Ln和L0分别代表原始椎管直径和实验椎管直径(图2) 测试过程中，适当喷洒生理盐水，防止标本干燥。 每次加载试验后，卸载试件一定时间，预加载并调整，然后进行下一次加载试验。 逐步增量法初始冲击力设定为28.5N，每次增加17.2N。每次实验后，拍摄x光片，并由计算机进行

5、计算(图3) 如果结果不符合设计要求，重复17.2N的增量，直到等于或大于实验设计要求。 力学记录结果和观察内容:冲击速度(m/s)、冲击力(n)、脊柱损伤和变形、各临界点的测试参数(表1) 表1各组不同负荷运动状态下脊柱负荷-应变比的变化(单位，%)4统计分析本实验数据采用线性回归(最小二乘法)、方差分析和T检验进行处理，分析由统计软件SPSS 10.0完成，设置P 仪器由计算机控制，具有以下特点(图2):以5.24m/s的速度下降，重量可调，仪器后面有挡杆，防止脊椎标本受损；计算机控制的电磁分离装置 结果1本实验的椎管骨折阈值为28.5149.2N(平均88.85N，SD)，初始椎管骨折直

6、径也有变化(4.5%47.1%，平均23.1N，SD 11.7%)。未发现椎管直径变化与冲击力之间的相关性(R2=0.27)(图4) 根据对观察数据的分析，在第一次椎管骨折后，冲击力的增加与椎管应变的增加之间存在高度相关性(R2=0.85，P 脊柱生物力学实验的主要目的是研究脊柱骨折的力学因素，从而开展相应的临床研究7 建立脊柱骨折模型一直是研究的热点和难点。目前使用的基本测量方法是高处坠落法。 这种方法有很多缺点，因为标本密度、脊柱周围肌肉和韧带的差异等原因8，所以很难控制骨折程度。 本实验在探索脊柱骨折规律的研究中，设计了一种新的、有效的、准确的脊柱骨折模型。该设计方法具有自主知识产权，可

7、广泛应用于医疗领域。 在研究脊柱骨折的过程中，发现可以获得精确测量脊柱骨折阈值的方法，解决了揭示脊柱骨折细微变化的超高分辨率方法。 目前，国外大多数学者都采用了类似的方法来研究脊柱骨折7 本实验采用对照试验的外力，逐渐增加冲击力，严密观察椎管，直至发生骨折。 本实验发现，人体脊柱标本初始椎管破裂骨折的平均冲击力为88N，这也代表了椎管骨折的阈值。 同时发现一组人体椎体标本不仅能模拟接近损伤阈值的原始脊柱骨折，还能不同程度地模拟脊柱骨折的发展变化。 初始椎管骨折的冲击力为28.5149.2N，初始椎管骨折后，增量冲击力与椎管变形的相关性非常显著。 在这个实验中，可以在人体脊柱标本上模拟不同程度的

8、椎管骨折。 逐步增量法通过跟踪椎管初始骨折和各种椎管骨折，可以准确模拟这一规律。 虽然人体脊柱存在很大的可变性，但根据一定的设计要求，可以模拟椎管骨折的损伤程度。 认为脊柱骨折后，韧带轴向复位可以使与韧带相连的骨块重新排列，恢复伤椎的形状，但复位后椎体变化像“蛋壳”，很小。 但在这个实验中，用小钢珠模拟椎管直径，用X射线分析实现微小的精确检测，可以避免微小的变化被检测出来。 本实验中，偏心加载力线在躯干的重力线上，用小钢珠模拟椎管直径，以达到理想的效果。 另外，本实验中施加于脊柱的载荷是模拟人直立行走时腰椎载荷峰值变化(10 16 N)的增量值，符合临床实际情况。 本实验通过测量椎管间的应变来

9、反映椎管的损伤程度，并着重研究了外力与椎管间应变的关系。通过比较各种运动参数，初步得出结论:微小脊柱骨折后增加的冲击力与椎管内骨折的应变之间存在交互作用。这项技术使得建立更精确的脊椎骨折模型成为可能。 虽然本实验采用的爆裂性骨折模型制作方法可以广泛应用于生物力学实验，也考虑了神经肌肉和其他稳定结构对脊柱的稳定作用，但体外实验只能评价机体不同阶段的局部状态，仍不能评价整体的远期效果。 因此，本研究存在一定的局限性，需要进一步的临床和生物力学观察和研究。 1Jackson AB，Dijkers M，DeVivo MJ，等.新创伤性脊髓损伤的人口统计学特征:30年的变化和稳定性J.Arch Phys

10、 Med Rehab，2004，85(11):1740-1748。2覃安志，C巷，Randal P，等. Oxland平移限制对胸椎动态椎管闭合的影响:一项体外实验研究J.生物技术杂志，2008，41(1):171-179。3梅尔顿LJ 3号，卡尔梅斯DF。椎体骨折的流行病学:椎体强化的意义J。美国放射学会，2006，13(5):538-545。4Baroud G，Bohner M .椎体成形术的生物力学影响J.骨关节脊柱，2006，73(2):144-150。5奇哈特策，罗斯瑟，怀恩厘米。经皮椎体成形术后转移性脊柱稳定性的生物力学评估:骨水泥分布模式和体积的影响J.生物技术杂志，2005，38(8):1582-1590。6LaPlaca MC，Simon CM，Prado GR，等.中枢神经系统损伤生物力学与实验模型J.大脑研究进展，2007，161(1):13-26。7杨树文，王立华.两种前路钢板系统稳定性的生物力学比较J.临床生物学，2003，18(6):S59-66。8易卜拉欣娜，哈桑A，李M，等.腰椎的功能解剖学J.疼痛医学研讨会，2004，2(3):131-137。