下颈椎创伤的初始不稳定性存在节段间差异的机制及稳定性重建策略研究

稳定性重建是手术治疗下颈椎创伤的关键环节。我们前期研究发现：前路内固定治疗头侧节段发生的下颈椎创伤鲜有失效；随着损伤节段移向尾侧，前路固定失效率呈明显上升趋势。该现象提示：下颈椎创伤的初始不稳定性存在节段间差异。对该现象及其潜在临床意义的忽视，可能是导致下颈椎创伤后稳定性重建方法选择存在争议的重要原因。迄今，该现象的生物力学机制不明，因为既往研究均以单节段为模型，缺乏各节段间的纵向对比。我们拟采用具有国人代表性的"中国数字化可视人"数据，构建高拟真全颈椎有限元模型，制备下颈椎各节段各种创伤模型，模拟经典的脊柱稳定性实验，首次探索创伤后初始不稳定性的节段间差异及其规律；模拟临床常用内固定方法重建各节段的稳定性，探索稳定性重建策略并进行临床验证。本项目紧密结合临床尚未解决的问题，旨在阐明其生物力学机制，预期研究结果能为下颈椎创伤手术策略提供生物力学参考，具有重要的理论意义和临床应用价值。

1..构建基于CVH的正常颈椎FE模型.基于"中国可视人" (Chinese visible human dataset) 数据集，构建高度仿真颈椎准静态运动学响应的FE模型，各节段的响应与Yonganandan研究组的青年人尸体实验结果精确匹配。模型构建过程中，发现精准构建颈椎各个结构对于FE模型的运动仿真度有重要意义。.既往FE模型对钩椎关节构建的重视程度不足，本课题组精确构建了该结构，并模拟钩突切除与钩椎关节退变这两种临床常见情况，探索了颈椎内部响应及运动学的改变。结果显示：钩椎关节切除后，其余稳定结构功能正常时，颈椎稳定性会受到一定影响，主要体现在侧屈和旋转活动范围增加。钩椎关节退变会引起颈椎活动明显受限及其余稳定结构载荷降低。.2. 下颈椎创伤的初始不稳定性存在节段间差异(difference of segment-specific stability, DSSS)的机制研究.课题组按照原定实验计划，实施经典的脊柱生物力学实验，模拟下颈椎创伤后内固定术，结果没有复制出DSSS现象。.针对初步实验结果，课题组修正了研究计划，针对DSSS可能的生物力学机制进行了分析，并提出三种假设：（1）“颈椎解剖特性的节段特异性”是DSSS的原因；（2）胸椎-胸廓的高限制性作用，导致颈胸交界段是应力集中区；（3）头部重量与颈部肌肉的作用，在经典的脊柱生物力学实验中，被完全忽视；而这可能是导致DSSS的重要原因。针对上述假设，逐一进行了仿真实验。结果显示：假设1,2不成立；假设3才是形成DSSS的主要原因。该结果提示：在颈椎生物力学研究中，现有脊柱生物力学实验方法有一定局限性，与临床实际情况有明显差异，而如何改进头部重量和颈部肌肉的拟真性，是将来的研究方向之一。.3.模拟临床常用内固定方法重建各节段的稳定性，提出颈椎损伤后稳定性重建策略.课题组使用了经过改进并能够模拟头部重量和颈部肌肉联合作用的FE模型，针对内固定重建方式进行了大量模拟仿真，内固定方式为前路钉板、后路钉棒和前后路联合固定。结果显示：单纯前路或者后路的内固定应力变化出现了类似的DSSS的现象，即相同的内固定方式，会随着损伤节段向尾端移动，内固定应力逐渐增加，稳定能力也随之下降。内固定应力上升这种趋势在C5-C6及其尾端的两个节段更为明显。这种趋势与课题组既往临床经验与文献报道高度一致。前后联合固定的固定强度很大