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ROI-C融合器內固定治療Hangman骨折有限元分析與臨床醫學應用

  • 發布日期:2018-06-29
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本文是一篇碩士醫學論文,醫學專業碩士是為培養醫學職業高層次專門人才而設立的專業碩士學位,一般要求學員具有一定得職業背景和一定年限的工作經歷(工作經歷年限要求多為5年)。(以上內容來自百度百科)今天為大家推薦一篇碩士醫學論文,供大家參考。
 
引 言
 
Hangman骨折又名創傷性樞椎滑脫(traumatic spondylolisthesis of the axis, TSA)是指樞椎上下關節突之間峽部在暴力作用下發生的骨折,常伴椎間盤損傷和C2椎體相對C3椎體移位,繼而出現樞椎椎體不穩或脫位,嚴重的樞椎不穩可導致上頸髓受壓出現神經癥狀,甚至死亡[1]。最早由Haughton于1866年在一名絞刑犯身上發現并描述了這種損傷,因為樞椎上下關節突在橫斷位處于不同平面,下關節面位于上關節面后下側方,小關節的約束使這部分成為一個力學杠桿,小關節突前部成為杠桿的支撐點,樞椎峽部(關節突間部)恰好處于關節突(支點)前部,成為整個杠桿受力最大的部分,因此是樞椎的應力集中處,在極度過伸或壓中暴力時極易斷裂,Hangman骨折往往出現在車禍和高空墜落等突發性事件中。據統計,Hangman骨折約占頸椎骨折的4%~7%,樞椎骨折的23%~27%[1]。近年來,因交通事故、高處墜落等高能量損傷所致的Hangman骨折病例呈逐年增多趨勢,因此,對于Hangman骨折的治療越來越受到臨床醫生及學者的重視。
Hangman骨折治療的主要目的是恢復傷椎的穩定性及正常的生理序列,以促進骨折愈合。由于Hangman骨折處為松質骨,骨折端血運豐富,因此部分Hangman骨折患者早期行Halo-Vest及頸圍固定等保守治療也可取得較高愈合率[2-4];但約60%的不穩定Hangman骨折保守治療后晚期會出現枕頸部疼痛、假關節形成及遲發性頸椎畸形等[5]。目前對于不穩定的Ⅱ、Ⅱa及Ⅲ型Hangman骨折,手術治療已成為首選[6-8]。手術方式主要有前、后兩種手術入路。前路常用的兩種入路包括上頸椎前側咽后入路和下頸椎右側入路。下頸椎前右側入路也稱Smith-Robinson入路[9],該入路切口位于下頜骨和甲狀軟骨之間,在頸動脈鞘內側切開氣管前筋膜,將胸鎖乳突肌、頸動脈鞘牽向外側,將帶狀肌、甲狀軟骨和甲狀腺牽向內側,沿正中線縱向切開頸長肌、頸前筋膜,能清楚顯示C2與C3椎體,置入C2、C3椎體釘,此入路能夠避免咽后入路需切除下頜下腺,可能會出現唾液腺瘺或面神經損傷等并發癥,目前多采用此入路[3]。采用Smith-Robinson入路行C2/3間盤切除、Cage置入、鈦板內固定是目前常用術式。對于伴有椎間盤損傷、椎間盤突出壓迫脊髓的不穩定Hangman骨折患者,前路手術能夠提供更直接的減壓和固定[10,11],而且對患者頸椎活動度影響更小[12]。目前大多數學者[10, 11, 13]認為,頸前路內固定治療Hangman骨折手術創傷小,操作相對方便,固定確切,對頸椎活動度影響小,是相對安全可靠的方法。但因樞椎位置高,常因下頜骨及頜下腺的組織阻擋顯露困難,導致前路手術鋼板安置困難、螺釘置入椎體位置及方向失當,影響內固定的效果。而且術中或術后易引起一些并發癥,如術中過度牽拉損傷喉上神經,螺釘位置不良導致內固定失敗,位于咽后壁的鋼板因鋼板切跡較大造成術后咽部不適等。因此,發明或發現一種低切跡、易于安置的內固定裝置應用于頸前路治療Hangman骨折具有重要的臨床意義。前路減壓橋形椎間鎖定融合器(ROI-C融合器,簡稱ROI-C)是法國LDR公司發明的一種新型的自鎖式、零切跡、自穩型的頸椎前路融合器。該融合器采用整合的、自導向、自鎖定的椎間橋形固定嵌片設計,穩定性好且不突出于椎體前緣,減少了對食管及咽部刺激。目前已廣泛用于治療下頸椎疾患[14]。
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第一部分 上頸椎有限元模型的建立與驗證
 
上頸椎,通常是指圍繞枕骨大孔的枕骨、寰椎(第 1 頸椎)、樞椎(第 2 頸椎)及其周圍韌帶等組織共同構成的一解剖功能復合體,亦稱枕寰樞復合體。這些骨、韌帶結構包繞了延髓、延頸髓交界區以及上頸髓。構成這一復合體的骨性結構異常常會引起神經、血管損害以及腦脊液動力學改變[29]。枕頸部活動范圍大,頸椎 60%的旋轉運動和 40%的屈伸運動集中在此[36],許多因素都可能導致枕頸部結構穩定功能異常,在脊柱外科領域,枕頸外科越來越受到臨床外科醫生的重視[37]。生物力學因素在上頸椎疾患的發病機制中具有十分重要的意義。因此,上頸椎生物力學的研究已成為研究熱點。有限元方法作為一種新的生物力學研究方法,可在持續性研究中重復及改變任何定量與質量變化,同時可提供局部以及內部的機制反應[38]。有限元分析可定量表達頸椎前屈、后伸、側彎和旋轉等方向負載運動 ,成為頸椎運動學及各種內固定裝置生物力學研究的理想工具[39-42]。自頸椎生物力學研究應用有限元模模型以來,極大地彌補了上頸椎研究尸體標本的不足,完成了許多傳統生物力學無法完成的研究。有限元模型的基礎是節點和網絡單元,六面體單元較之四面體單元具有更高的力學傳導性和計算精度[43]。目前國內外學者已開始基于螺旋 CT 影像資料來建立上頸椎的三維有限元模型。本研究的主要目的是根據CT掃描圖片重建用于生物力學分析的上頸椎三維有限元模型,并根據臨床病例中的實際情況對Hangman骨折進行模型重建,然后利用所建模型對正常上頸椎和Hangman骨折行內固定術前及術后進行加載驗證,分析各模型活動度(ROM)及內固定器械應力分布情況。希望該研究能進一步分析Hangman骨折的生物力學特點、得出一定的生物力學結論,并給臨床上治療Hangman骨折提供一定的力學指導作用,以及為研發治療Hangman骨折相關解剖型融合器內固定物提供一定的理論借鑒。本章將介紹基于螺旋CT影像資料的人體上頸椎三維有限元模型的建立,主要包括CT圖像的處理,上頸椎的三維數字化重建,網格的劃分與優化,以及有限元模型的有效性驗證。
 
1 材料與方法
選擇一名 32 歲健康體檢青年男性志愿者,身高 176 cm,體重 68kg,無顱底及頸椎畸形,既往無頸椎病、無頸椎創傷及手術史,獲倫理委員會批準后,簽署學情同意書,拍攝上頸椎正側位,雙斜位,動力位 X 線片排除頸椎畸形、骨折、骨質破壞及不穩等情況,采用美國通用公司的 GE Lightspeed 64 排螺旋 CT(由濟寧醫學院附屬醫院影像中心提供)對其從顱底部到 C3 椎體節段進行薄層掃描,掃描條件為:120KV,125mA,層厚 0.625mm,層距 0mm,無間隔,共 105 張。將 CT 數據以國際標準 DICOM 格式刻錄光盤保存,以便導入計算機進行處理。Dell 工作站配備為:Windows 10 操作系統,CPU 為 Inter(R)Xeon(R)E5-1607v2 3.00GHz,內 16GB,硬盤 2TB。應用軟件為:Mimics 16.0 軟件(Materialise, Inc.比利時),Geomagic Studio2014 軟件(Geomagic, Inc. 美國),Pro/ENGINEER Wildfire5.0(簡稱 Pro/E5.0,PTC 公司,美國),Hypermesh 13.0(Altair, Inc. 美國),MSC.Patran2012(MSC.Software,Inc.美國)。
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第三部分 前路ROI-C融合器內固定治療Hangman骨折的臨床應用.....40
1 臨床資料與方法............40
2 處理..........42
3 結果..........43
4 討論..........45
5 本章小結.............47
6 典型病例.............47
 
第三部分 前路ROI-C融合器內固定治療Hangman骨折的臨床應用
 
Hangman 骨折是累及樞椎椎弓根、峽部、關節突的骨折,在臨床上比較罕見,約占頸椎骨折的 4%~7%[52]。隨著社會經濟發展及車輛的增多,Hangman 骨折的發生率呈逐年上升的趨勢。Levine 和 Edwards[17]將其分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅱa 及Ⅲ型。Hangman骨折 Levine-Edwards 分型中Ⅱ型及Ⅱa 型為較常見類型,這兩種類型骨折合并后縱韌帶和C2/3 椎間盤損傷,自行修復較差,屬于不穩定骨折,往往需要手術治療[78,79]。前路C2/3 椎間盤切除、椎間植骨內固定術是目前治療 Hangman 骨折的常用術式[45,79]。該術式重建并固定頸椎前中柱,可以獲得上頸椎的即刻穩定,且在恢復頸椎的生理曲度及解剖結構上具有明顯優勢。但因樞椎位置高,受下頜骨阻擋顯露困難,尤其肥胖或短頸患者,前路手術常引起螺釘固定位置及方向失當,影響內固定的效果[79]。而且術中或術后易引起一些并發癥,如術中過度牽拉損傷喉上神經,螺釘位置不良導致內固定失敗,位于咽后壁的鋼板可造成術后咽部不適等[79]。為避免上述手術方式的缺陷。
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總結
 
(1)利用 64 排高精度 CT 影像建立了具有較高幾何逼真度的上頸椎有限元模型,分析了其在正常生理載荷下不同加載狀態下的活動度及應力傳遞和分布情況,有助于臨床更詳細的了解上頸椎生理活動機制。
(2)在正常上頸椎有限元模型的基礎上建立了 Hangman 骨折的失穩模型和前路 Plate+Cage、ROI-C 融合器兩種內固定模型,分析了頸椎在各種生理載荷下,應力傳遞過程對失穩模型及內固定模型應力分布的影響,評價了兩種內固定的優劣,為臨床治療 Hangman 提供新的術式選擇。
(3)通過 17 例 ROI-C 椎間融合器治療Ⅱ型及Ⅱa 型 Hangman 骨折患者的臨床應用及短期隨訪,結合有限元分析實驗,驗證了 ROI-C 融合器在治療 Hangman 骨折的臨床可行性,并有助于推動外科治療 Hangman 骨折的發展。
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