弯曲载荷下融合术后邻近节段应力松弛特性研究

摘    要

弯曲松弛特性是反映脊柱粘弹性的重要标志。脊柱融合术后邻近节段会发生继发性加速退变。而目前，暂时还未有融合术后脊柱弯曲松弛特性的相关报道。研究弯曲载荷下邻近节段的弯曲松弛特型变化对解释融合术后邻近节段加速退变的机制具有重要的临床意义。

本课题根据融合术前后患者运动姿态保持一致的实际特点，设计了以下弯曲松弛实验：先对完好样本进行纯力矩3Nm的加载。之后对进行了下节段模拟融合手术的融合术组进行相同路径的加载，即弯曲角度一致。对得到的力矩松弛曲线进行Prony五参数模型的拟合，定量得出融合前后粘性与弹性元素的变化即力学环境的改变。根据上临近节段的力矩-角度曲线得到融合术前后上邻近节段的能量吸收情况。

实验结果显示：前屈后伸载荷下融合术后的刚性系数均有显著性增长（p<0.05），表征粘性特性的松弛时间系数显著下降(p<0.05)。侧弯与扭转载荷下融合术前后粘弹性参数无显著性改变(p>0.2)。融合术后上邻近节段的能量吸收高于完好组，但无显著性差异（p>0.05）。上临近节段的运动范围显著性增大。

结论：三个刚性系数均增加说明融合术提升了脊柱的刚度，而松弛时间的下降则是因为完成相同运动姿态脊柱承受了更大的力矩载荷。融合术后上邻近节段吸收了更多的能量，这可以一定程度解释邻近节段出现加速退变。通过本实验得到的融合术后的松弛曲线和能量关系，可以更好的解释融合术后临近节段加速退变的机制.

关键词：弯曲松弛，融合术，邻近节段，松弛曲线拟合

目  录

1 绪  论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.1.1脊柱的生理结构及其生物力学特性 1

1.1.2脊柱融合术及邻近节段病介绍 1

1.1.3 研究背景 2

1.1.4 研究意义 3

1.2 研究现状 3

1.3 课题研究方法 5

1.4 论文构成及研究内容 6

2 课题实验方法的探究与验证 7

2.1 本章内容 7

2.2实验器材与方法 7

2.2.1实验器材 7

2.2.2样本制备 7

2.2.3样本包埋固定方法 8

2.2.4纯力矩加载方法 8

2.2.5 图像数据的采集 9

2.2.6 脊柱融合术的操作 10

2.2.7 应力数据曲线方程的拟合方法 10

2.2.8 样本运动角度的测量方法 12

2.3 准确度验证 13

2.4 本章小结 14

3 弯曲应力松弛特性变化规律研究 16

3.1 研究内容 16

3.2 实验方案的设计与选择 16

3.2.1 实验样本的选择 16

3.2.2 预实验 17

3.3弯曲松弛实验 20

3.3.2 实验进度 22

3.3.3 拟合方程模型的选择 22

3.3.4 力矩-角度数据曲线的计算 22

3.4 实验结果 24

3.4.1 松弛特性 24

3.4.2 弯曲松弛方程曲线拟合数据统计学比较 24

3.4.3 上节段最大运动角度数据 28

3.4.5 邻近节段力矩变化与运动角度变化趋势关系 30

4 讨论 31

结论 33

致谢 34

参考文献 35