基于国人颈椎退变三维运动模式的数字化人工间盘假体设计研究

The cervical range of motion (ROM) and instantaneous center of rotation (ICR) are documented to play important roles in the process of cervical degeneration and they are most meaningful key parameters to design prosthesis of cervical intervertebral disc . However, cervical intervertebral disc prosthesis used in our country is designed in accordance with the European and American standards. In our previous study, we have evaluated Chinese cervical motion pattern in three-dimensional. The cervical motion pattern and ICR database of Chinese have been established in different ages and different degenerative degrees, which has great significance for designing cervical intervertebral disc prosthesis suitable for Chinese. We plan to design Chinese cervical intervertebral disc prosthesis with verification based on critical data of Chinese cervical motion pattern and evaluate the efficiency and safety for the first time. The purposes of this project are: 1. To establish the 3-D visualization model of Chinese cervical vertebrae and design cervical intervertebral disc prosthesis with independent intellectual property rights suiting for Chinese cervical motion pattern primarily followed by digital 3D print; 2.To verify the disc prosthesis in corpses and goats to evaluate the efficacy and safety preparing for final cervical disc prosthesis design and human clinical trials in next steps; 3.To building the standards of prosthesis selection and operation of cervical intervertebral disc prosthesis based on the data of study results.

研究证实人体颈椎活动度及瞬时旋转中心对颈椎退变的发生和发展有显著影响，也是人工颈椎间盘假体设计的关键参数。当前国内使用的颈椎人工间盘假体其设计均按照欧美人群进行。我们的前期研究对国人颈椎运动模式进行了三维测量，建立了中国人不同年龄不同退变程度颈椎活动度及瞬时旋转中心的数据库。本研究首次利用国人颈椎三维运动模式的关键数据，建立国人颈椎退变的三维运动模型，在此基础通过数字化技术完成人工颈椎间盘假体初步设计并进行生物力学验证。项目研究集中在：1. 建立国人颈椎三维可视化模型，设计出符合中国人颈椎运动模式的数字化人工颈椎间盘假体。2、在人尸体标本及活体山羊上进行验证，评价其有效性及安全性，为人工颈椎间盘假体的开发及人体临床实验提供重要数据；3、建立一套中国人颈椎人工间盘置换手术治疗的假体选择标准及手术操作规范。

人体颈椎活动度及瞬时旋转中心是评估颈椎活动模式的重要指标，对颈椎退变的发生和发展有显著影响，也是颈椎人工间盘假体设计的关键参数。当前国内使用的颈椎人工间盘假体，其设计数据来源均参照欧美人群。我们前期研究对国人颈椎运动模式进行三维测量，建立了中国人不同年龄不同退变程度颈椎活动度及瞬时旋转中心数据库。本研究首次利用国人颈椎三维运动模式的关键数据，建立国人颈椎退变的三维运动模型，在此基础通过数字化技术设计出适合国人解剖学特点颈椎人工间盘假体，并进行初步的生物学实验研究验证。发现颈椎人工间盘假体可维持植入节段生理活动度，重建植入节段瞬时旋转中心轨迹，并降低植入节段假体内压力及植入物-椎体界面应力，而邻近节段相应运动学及生物力学参数无显著变化，研究结果证实本研究中设计的数字化人工间盘假体植入后可获得更好的运动学及生物力学效应。在此基础上建立符合中国人特点的颈椎人工间盘置换手术治疗的假体选择标准、个性化假体设计流程及手术操作规范，为个性化人工间盘假体设计及个性化手术治疗提供新方法与策略。