研究目的： 联合研发的计算机控制六自由度机器人全新实验装置能更好地模拟人体在自然状态下的复杂运动。基于此项技术,比较跨节段3椎体4枚椎弓根钉固定与经骨折伤椎3椎体5枚椎弓根钉(伤椎单根钉)、3椎体6枚椎弓根钉(伤椎双根钉)固定术治疗胸腰椎爆裂性骨折的生物力学效果,从力学角度评价三种术式对治疗胸腰椎爆裂性骨折的可行性及有效性和对相邻椎间盘的影响,为临床术式选择提供依据。 方法： 一不同的固定方式对固定节段稳定性的影响比较跨节段3椎体4枚椎弓根钉固定与3椎体5枚椎弓根钉(伤椎单根钉)、3椎体6枚椎弓根钉(伤椎双根钉)固定术治疗胸腰椎爆裂性骨折后,固定节段运动范围及刚度的变化,从而评价其对稳定性的影响。 1 选取新鲜脊柱尸体标本6具,国人,男性3具,女性3具,死者年龄：28-35岁,平均年龄：32岁,分离出T11-L3节段椎体共6个。修整标本,剔除所有肌肉组织,保留其韧带结构。DEXA骨密度仪测量骨密度,排除骨质疏松。肉眼及正侧位X线片观察,排除先天性畸形、骨折和肿瘤。 2 用牙托粉包埋各具标本的T11与L3椎体于6×6 cm钢质模具中。 3 将完整标本牢固固定于六自由度机器人系统上,应用华南理工大学自动化科学与工程学院自主开发的控制软件进行坐标标定。 4 先对完整标本进行测试：以0.5°/秒的速度施加±5.0 Nm纯力偶矩使其产生前屈(FL)、后伸(EX)、左侧弯(L.B.L)、右侧弯(L.B.R)、左轴向旋转(A.R.L)及右轴向旋转(A.R.R),记录各方位运动范围(ROM)。刚度=5Nm/ROM。 5 将L1椎体下半部进行次全切及L1-L2椎间盘全切,模拟失去前柱支持,完全不稳的L1椎体爆裂性骨折。 6 按常规进钉点于椎弓根钴孔后置入螺钉。螺钉直径6.5mm,长度40mm,连接棒6.0mm。进钉方向：冠状位向内角度为15～20°,矢状位与终板平行。跨节段3椎体4枚椎弓根固定组于骨折椎上、下相邻椎体植入4枚椎弓根螺钉：3椎体5枚椎弓根钉固定组于骨折椎上、下相邻椎体置入4枚椎弓根蝶钉,骨折椎右侧植入1枚螺钉；3椎体6枚椎弓根钉固定组于骨折椎及其上、下相邻椎体置入6枚椎弓根螺钉。摄正、侧位 X线片观察手术后钉棒位置情况。按同样的方法进行运动范围的测试。 7 完整标本组的ROM值标准化为100％,跨节段3椎体4枚椎弓根钉固定、3椎体5枚椎弓根钉固定组、3椎体6枚椎弓根钉固定组所得ROM值、刚度值均与各自的完整状态时相比较,分别记录其占完整状态下的百分比值。 8 用完全随机设计资料的单因素方差分析(one-way ANOVA)对数据进行统计学处理,P<0.05为差异具有显著性意义。 二不同的固定方式对固定节段邻近椎间盘应变变化的影响比较跨节段3椎体4枚椎弓根钉固定与3椎体5枚椎弓根钉(伤椎单根钉)、3椎体6枚椎弓根钉(伤椎双根钉)固定术治疗胸腰椎爆裂性骨折后,固定节段邻近椎间盘应变的变化。 1 采用高精度、高灵敏度的小标距电阻优质磷青铜电阻应变片,分别用粘合胶牢固粘帖在T11/12椎间盘和L2/3椎间盘。 2 应变导线连接在PCD-300A数据分析仪上,分别对完整标本、跨节段3椎体4枚椎弓根钉固定组、3椎体5枚椎弓根钉固定组、3椎体6枚椎弓根钉固定组在进行下列活动时测试应力应变值：以0.5°/秒的速度施加±5.0纯力偶矩使其产生前屈(FL)、后伸(EXT)、芹侧弯(L.B.L)、右侧弯(L.B.R)、左轴向旋转(A.R.L)及右轴向旋转(A.R.R)。 3 完整标本组各位置应变值标准化为100％,跨节段3椎体4枚椎弓根钉固定、3椎体5枚椎弓根钉固定组、3椎体6枚椎弓根钉固定组所得应变值值均与各自的完整状态时相比较,分别记录其占完整状态下的百分比值。 4 用完全随机设计资料的单因素方差分析(one-way ANOVA)对数据进行统计学处理,P<0.05为差异具有显著性意义。 结果： 一　不同的固定方式对固定节段稳定性影响的比较 1、运动范围： 轴向旋转：随着螺钉数的增加,运动范围逐渐减小,6根钉组与4根钉组比较、5根钉组与4根钉组比较差异有显著性意义,但6根钉组与5根组之间差异无显著性意义。 屈伸、左右侧弯：随着螺钉数的增加,运动范围逐渐减小,差异无显著性意义。 2、刚度： 轴向旋转：随着螺钉数的增加,刚度逐渐增大,6根钉组与4根钉组比较差异有显著性意义,但6根钉组与5根钉组之间差异无显著性意义,4根钉组与5根钉组之间差异也无显著性意义。 屈伸、左右侧弯：随着螺钉数的增加,刚度逐渐增大,差异无显著性意义。 二不同的固定方式对固定节段邻近椎间盘应变变化影响的比较 1、随着螺钉数的增加,固定节段上、下位相邻椎间盘(T11/12和L2/3)在屈伸、侧弯状态下应变均逐渐增大,但两两比较差异均无显著性意义。 2、随着螺钉数的增加,固定节段上位相邻椎间盘(T11/12)在轴向旋转状态下应变逐渐增大,6根钉组与4根钉组比较、5根钉组与4根钉组比较差异有显著性意义,6根钉组与5根钉组比较差异无显著性意义。 3、随着螺钉数的增加,固定节段下位相邻椎问盘(L2/3)在轴向旋转状态下应变逐渐增大,但两两比较差异均无显著性意义。 结论： 1、经骨折椎3椎体6根钉或5根钉的固定方式可以提高生物力学稳定性,稳定效果要优于传统的4根钉固定,而6根钉与5根钉固定稳定性的差异不明显。 2、跨节段3椎体4枚椎弓根钉、经骨折椎3椎体5枚椎弓根钉(伤锥单根钉)、经骨折椎3椎体6枚椎弓根钉(伤锥双根钉)三种同定方式治疗胸腰椎爆裂性骨折后存在发生相邻椎间盘退变,尤其是上位相邻椎间盛退变的可能。