人颈椎间盘假体置换后颈椎应力分布评价

目的:采取生物力学实验应力分析手段,评价颈椎间盘假体植入后颈椎应力分布及力学性能变化。方法:实验于2004-04/05在上海大学生物力学研究所实验室进行。采集6具新鲜人尸体颈椎标本(家属自愿捐助)。颈椎间盘假体采用医用不锈钢和医用聚乙烯材料制作,高度为5mm,深度为14mm。屈伸活动度为8°,左右侧弯10°。实验标本在C3～7平面截取标本并在上、下截面浇灌骨水泥平台,两端平行度≤1°。分为正常组(未置换假体前)和颈椎间盘置换组(置换假体后),每组均为6个标本。模拟人体正常颈椎受力状态,选择50,100和150N3个级别载荷,测试两组C4～5椎节在屈曲、伸展和侧屈状态下,椎体和关节突关节应变和应力。结果:两组各6个标本均进入结果分析。①两组颈椎椎体和小关节的载荷-应变变化:正常颈椎在载荷150N时,屈曲位C4微应变为1406±98,C5为860±60;随着载荷增加,C4应变增加较大。伸展位,C4微应变为2035±140,C5为1450±102;随着载荷增加,C4和C5应变均增大。侧屈位时,颈椎应变情况位于屈曲位和伸展位之间。人工颈椎间盘置换后,C4,C5和C4～5关节突关节在各种体位及载荷下均较正常颈椎的应变略小(P>0.05)。②两组颈椎椎体与小关节的应力:正常颈椎应力前屈时C4为(1.97±0.14)MPa,C5小于C4为(1.20±0.09)MPa,C4-5关节突关节为(1.54±0.11)MPa。伸展位时,C4,C5和C4～5关节突关节应力显著增加(2.85±0.20),(2.03±0.14),(2.18±0.17)MPa]。颈椎间盘假体置换后,C4,C5和C4～5关节突关节的应力值较正常组略减小(P>0.05)。颈椎间盘假体置换后屈曲、伸展和侧屈体位时应力变化规律与正常组一致。结论:颈椎间盘假体植入椎间隙后,椎体和小关节的载荷-应变以及应力分布具有类似正常椎间盘的生物力学特性,说明该设计具有显著的椎节稳定性,并且在生理载荷下保留椎节活动度以及不同运动状态下正常应力分布的生物力学功能。

Evaluation of stress distribution of the cervical vertebras after prosthetic replacement of human cervical intervertebral disc