论文部分内容阅读
经前路颈椎间盘摘除、椎管内减压、椎间融合器置入植骨融合术(Anterior cervical discectomy and fusion,ACDF)是一种常用的治疗颈椎病的手术方式,主要通过对颈神经或脊髓的减压,来缓解及治愈患者的病痛。这种术式可以减轻神经脊髓组织的损伤,同时在术中操作时置入椎间融合器,可以恢复并维持椎间隙的高度,恢复颈椎曲度,有利于促进植骨融合。随着颈椎ACDF手术越来越广泛的应用于临床,如何采用合适的材料去设计和制备颈椎椎间融合器越来越受到脊柱外科医生的重视,也是当今脊柱外科医生研究的热点。目的:1、通过Mimics软件设计出新型颈椎椎间融合器的形状;2、模拟人体正常骨组织结构,制备出丝素蛋白纳米羟基磷灰石复合材料;3、通过3D打印制备出新型颈椎椎间融合器,并评估其生物力学功能。方法:1、将通过志愿者扫描得到的颈椎三维CT影像导入Mimics软件中,建立颈椎三维立体模型,模拟颈椎ACDF手术后的椎体形状,对椎间融合器形状进行设计。2、将脱胶的丝素蛋白与蛋白溶解剂进行接触,得到含有溶解的丝素蛋白的溶液;其中,所述蛋白溶解剂包含氯化钙、乙醇和水;将溶解的丝素蛋白与磷酸氢二铵水溶液进行反应,并将反应体系调为碱性,将反应产物进行洗涤、冷冻干燥,得到丝素蛋白和羟基磷灰石的复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)分析和红外光谱(IR)进行表征测定。3、将丝素蛋白和羟基磷灰石的复合材料材料进行3D直写逐层打印,然后进行成型、干燥和改性处理,得到新型颈椎椎间融合器。通过电子万能材料试验机进行新型颈椎椎间融合器的压缩模量测试;通过动弹模量测试仪用动态共振法测量进行新型颈椎椎间融合器的弹性模量模量测试;通过有限元分析进行新型颈椎椎间融合器的体内生物力学测试。结果:1、通过应用Mimics软件结合临床CT影像数据建立了三维立体的颈椎模型;对颈椎ACDF手术后椎体解剖结构的变化进行了模拟和测量;设计出了个性化的颈椎椎间融合器形状。2、制备出了丝素蛋白/纳米羟基磷灰石复合材料,并且经过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)分析和红外光谱(IR)分析确认;复合材料于人体内骨质有相同的结构组织及成分构成。3、采用3D直写逐层打印技术制备出了新型复合材料颈椎椎间融合器,其具有优良的表征,并且有较高的压缩强度和适宜的弹性模量。有限元分析证明了新型复合材料颈椎椎间融合器在体内有着良好的生物力学强度。结论:应用Mimics软件可以在术前对颈椎ACDF手术进行模型,并对颈椎椎间融合器的形状进行了设计。采用创新的制备方法,制造出了丝素蛋白/纳米羟基磷灰石复合材料,并且具有良好的生物力学特征和生物活性。通过体外压缩强度和应用有限元分析的体内生物力学分析测试,新型复合材料颈椎椎间融合器具有良好的生物力学强度,符合临床手术要求,可以有效的实现植骨融合,有效的防止椎体下沉、使颈椎ACDF手术达到令患者满意的治疗效果。