论文部分内容阅读
第一部分 健康成人腰椎间盘有限元模型和老年腰椎间盘退变有限元模型的建立及验证分析目的 探索建立健康成人腰椎间盘有限元模型和老年腰椎间盘退变有限元模型的新型方法,并对其进行验证和对比分析。方法 选取某健康成年男性志愿者1名,采用螺旋CT对L1椎体至股骨中段进行薄层扫描,分别采用医学影像控制和分析软件MIMICS 13.0进行基于断层扫描影像的脊柱骨性结构逆向重建、逆向工程软件Geomagic 9.0进行STL模型的几何清理和脊柱三维模型重建、有限元前处理软件Hypermesh 13.0和有限元分析软件Abaqus 6.13-4进行网格化处理和仿真分析求解后处理,来构建健康成人腰椎间盘有限元模型。同时,利用Hypermesh强大的网格拓扑变形(morphing)功能对健康腰椎网格模型进行修改,将健康成人腰椎间盘模型的椎间盘高度降低至50%、将椎间盘材料属性改变为退变本构属性来建立老年L4-5腰椎间盘退变模型。在有限元模型L3椎体上表面施加400N均匀分布的垂直向下力来模拟人体直立时的载荷和8N·m的扭矩载荷,分别模拟人体前屈、后伸、侧弯和轴向扭转时的负载,记录、验证并比较健康模型和老年L4-5退变模型在各个载荷下的变形程度和应力分布。结果 建立了健康成人腰椎间盘有限元模型和老年L4-5腰椎间盘退变有限元模型,经验证,二者可靠有效,可用于后续有限元分析研究;当L4-5节段椎间盘发生退变时,腰椎整体刚度增加,L4-5活动度降低;同时椎间盘内应力增加,邻近节段后方结构应力增加,退变关节囊韧带拉力也有所增加。结论 1.应用螺旋CT薄层扫描的数据和MIMICS 13.0、Geomagic 9.0、Hypermesh 13.0、Abaqus 6.13-4等有限元处理分析软件可以建立健康成人腰椎间盘有限元模型和老年L4-5腰椎间盘退变模型,经过验证,上述模型有效可靠,可应用于有限元研究。2.当老年L4-5节段椎间盘发生退变时,腰椎整体刚度增加,L4-5活动度降低;同时椎间盘内应力、后方结构应力和退变关节囊韧带拉力均有所增加。第二部分 联合影像介入技术治疗老年腰椎间盘退变的腰椎生物力学有限元分析评估目的 评估分析联合影像介入技术治疗老年腰椎间盘退变的腰椎生物力学情况。方法 在老年L4-5椎间盘退变模型基础上,分别构建单纯经皮髓核摘除术(PLD)、经皮髓核摘除术+盘内骨水泥成形术(PLD+PDCP)、经皮髓核摘除术+盘内骨水泥成形术+邻近椎体骨水泥成形术(PLD+PDCP+PVP)治疗老年L4-5椎间盘退变手术模型;并对模型施加各种载荷,记录、并比较各个模型载荷下的变形程度和应力分布。结果 分别建立了 PLD、PLD+PDCP、PLD+PDCP+PVP治疗老年L4-5椎间盘退变手术模型。施加载荷后显示,单纯PLD治疗老年L4-5椎间盘退变模型术后手术节段腰椎活动度增大,纤维环应力、后方结构应力和关节囊韧带拉力在各向运动中都表现出增大趋势;而PLD+PDCP和PLD+PDCP+PVP两种术式治疗老年L4-5椎间盘退变,均表现出术后腰椎活动度降低,髓核、纤维环应力、后方结构应力和关节囊韧带拉力降低;且相比之下,PLD+PDCP+PVP在术后即刻活动度更低。结论 1.单纯PLD治疗老年L4-5椎间盘退变模型术后手术节段腰椎活动度增大,纤维环应力、后方结构应力和关节囊韧带拉力在各向运动中都表现出增大趋势,腰椎稳定性降低。2.PLD+PDCP和PLD+PDCP+PVP两种术式治疗老年L4-5椎间盘退变,均表现出较好的术后即刻稳定性,二者的腰椎活动度降低,髓核、纤维环应力、后方结构应力和关节囊韧带拉力降低;且相比之下,PLD+PDCP+PVP在术后腰椎稳定性上更优。第三部分联合影像介入技术治疗老年腰椎间盘突出的临床应用研究目的 评价联合影像介入技术治疗老年腰椎间盘突出的安全性、有效性。方法 收集2013年1月—2018年12月在我科行联合经皮髓核摘除术(PLD)和经皮盘内骨水泥成形术(PLD+PDCP)治疗的老年腰椎间盘突出(Lumbar disc herniation LDH)患者 24 例,其中男 11 例,女13例,年龄63-86岁,平均(73.3±5.7)岁。通过Macnab评定标准,视觉模拟评分(Visual analog scale,VAS)和功能障碍指数(Oswestry disability index,ODI)来评价联合 PLD+PDCP 治疗老年LDH术后疼痛情况、行动情况变化等临床效果;同时记录手术时间、骨水泥注射量、骨水泥分布情况、椎间盘高度变化、住院天数和并发症情况。结果 所有联合手术均获得成功,手术成功率10O%。根据Macnab评定标准,10例患者术后疗效为优,11例患者术后疗效为良,2例患者术后疗效为可,1例患者术后疗效为差;临床改善优良率达87.5%。平均腰部VAS评分和下肢VAS评分分别由术前(6.95±0.95)分和(7.21±0.83)分,分别降至术后 1 天(3.33±1.24)分和(3.33±1.34)分、术后1周(2.83±1.27)分和(2.83±1.34)分、术后1月(2.17±1.83)分和(2.17±1.90)分、术后 3 月(2.04±1.85)分和(2.04±1.92)分、术后 6 月(2.50±1.67)分和(2.37±1.38)分、术后1年(2.77±1.59)分和(2.77±1.64)分,且术后各评分与术前比较均有统计学差异(P<0.001)。同时,术后随访期间ODI评分较术前明显降低,相比有显著统计学差异(P<0.001)。病变椎间盘高度术后有一定程度恢复,由术前(8.55±1.43)mm升至(12.43±2.47)mm(P<0.05);术后骨水泥分布优良率100%。此外,平均手术时间、骨水泥注射量、住院天数分别为(59.29±9.00)分钟、(2.71±0.46)ml、(7.88±2.66)天。术后1例患者发生吸入性肺炎、1例患者发生邻近椎体骨折,经积极对症支持治疗后明显好转,余患者无明显并发症。结论 联合影像介入治疗技术(PLD+PDCP)治疗老年腰椎间盘突出症安全、有效。