下腰椎棘突间动态稳定内固定的生物力学机制研究

下腰痛的棘突间动态稳定内固定，临床上比椎间融合术与坚强内固定具有更新的外科治疗理念，但其作为生物学内固定的动力学机制尚不清楚。本项研究公开征集正常志愿者、节段性不稳定的退变性腰椎管狭窄患者及术后随访病例，开展CT、MRI、骨密度扫描等在体影像采集，构建具有肌肉和韧带实体的正常的、病变的、棘突间动态内固定术后的、常规后路椎间融合术后的四种腰椎动力学有限元模型，并利用非侵入性脊柱在体稳定性测试数据和临床随访资料加以验证。藉此，开展术前与术后的生理运动模态分析和瞬态动力学分析，以医源性损伤最小化，生物学与力学相容性最优化等微创理念为导向，探索腰椎动态稳定性的生物力学原理，为临床微创动态内固定手术提供理论依据。这对于促进脊柱生物学内固定的原创性研究，丰富与发展脊柱微创外科理论具有重要意义。

背景方向：下腰痛的棘突间动态稳定内固定手术，临床上比椎间融合术与坚强内固定手术具有更新的外科治疗理念，探索这一生物学内固定手术的动力学机制成了脊柱外科生物力学的前沿焦点。.主要内容：本项研究公开征集正常志愿者(中国活体数字人2例)、腰椎间盘突出伴或不伴椎管狭窄的下腰痛患者及术后随访病例(125例)，开展CT、MRI、骨密度扫描等在体影像采集，构建了正常的、病变的、棘突间动态内固定的多种胸腰骶部脊柱动力学有限元模型平台，并利用生物力学实验研究、回顾性临床研究(70例骶骨骨折患者)和前瞻性临床研究(64例胸腰椎骨折患者，另46例下腰痛患者)等手段加以验证。藉此，开展脊柱生理运动的模态分析和瞬态动力学分析。.结果数据：建立了(1)实验与计算循证支撑的脊柱生物力学研究方法，(2)生物力学有限元模型试验和临床回顾性病例统计并行的循证医学骶骨手术设计评价新方法，(3)有限元模型对照试验(MCT)与临床前瞻性随机对照试验(RCT)结合的循证医学脊柱手术优化设计新方法，构建了(4)下腰椎有限元模型试验平台和脊柱动态内固定机制研究数据库，(5) Coflex治疗下腰痛的数字病案数据库。结果发现：除了生物力学静态应力/应变，位移，力矢量流等因素外，下腰椎脊柱及其内固定器械的固有频率，模态振型，以及动态应力/应变等因素，均对脊柱动态内固定手术的生物力学效果起作用。.科学意义：本项目建立的新方法以及下腰椎脊柱动态内固定生物力学机制数据库，对于推进脊柱生物学内固定手术的原创性研究，丰富与发展脊柱微创外科理论和生物学内固定理论具有重要指导意义。