第五节 脊柱侧弯的实用生物力学

L
C
F
0.87F
F/2 C
Mc F
L
F/2 B
L
F/2 B
0.87F
0.87F
Mt F L cos( ) 0.87FLsin( )
2
（4）三种加载效果比较
相1 对 矫 正 弯 矩
0.5
组合加载 轴向加载
M/FL
矫正弯矩=M/FL
径向加载
53
100 140 变形角θ（度）
（5）Connock 法
5. Harrington 棒
能够矫正大部分畸形
使受力不再随时间变化，变形也将随时间推移而增大。 蠕变由肌肉、骨骼、韧带的弹性力学性质决定。
F
应用：颅环，股骨牵引
➢ 驰缓： 当力加于弹性体上，产生一定的变形，随后发生
受力随时间而减少的现象。
应用：Harrington棒临床应用后，再次手术
L L+D
2. 脊柱侧弯矫正时轴向力与切向力比较
Cobb法 在正位X线相，先确定侧凸的上终椎及下终椎，在主弯上端其上、下终板 线向凹侧倾斜度最大者为上终椎，主弯下端者为下终椎。在上终椎椎体上缘及下 终椎椎体下缘各划一平线，对此两横线各作一垂直线，这两条垂线的交角即为 Cobb角，用量角器可测出其具体度数。
第五节 脊柱侧弯Scoliosis的实用生物力学
一、结构分析
1. 正常弯曲
稳定的胸段脊柱
2. 关节面
脊椎运动的主要原因可能是在Fra Baidu bibliotek关节连接的形状和位置，正是由于这些关节面的 位置和定向作用影响着脊椎 的力学性能。
胸椎：正常关节面是几乎接近于平滑面并向后延展的略微向侧面和向 上倾斜；不正常关节面则向前、缓慢地向下、向中部倾斜。
一侧椎弓宽而另一侧椎弓 窄，中间的横突不对称
棘突发生弯曲且不在中线上
椎板及椎体不对 称
1. 生物力学的分类
2. 实验研究
85-90%病因不明
手术原因
切除肋骨靠背侧的一端 切除单侧椎板 切除肋与横突间背侧的韧带
对骨增生面的压力，会抑制其生长，减压则加速其生长。 切除或单侧刺激引起骨增生面的变化
四、治疗中的生物力学条件
➢ 治疗中的生物力学原则 力图使脊柱恢复正常结构。
➢ 必需纠正的两类变形
功能性弯曲 由于重力作用于松驰的韧带与肌肉之上引起的变向功能性 发
弯曲。
生
可通过肌肉锻炼来矫正。
转
动
结构性弯曲 刚硬，包括脊椎的变形、骨的结构被破坏或发生变形、弯 曲的韧带失去弹性等。
不能通过肌肉的力量来矫正
1. 蠕变与驰缓
➢ 蠕变 蠕变是一种变形，在对物体施加了初始力之后，即
L
C
F
Mt
F/2 F
C
L
F/2
L
F/2
F/2
B
B
F
Mt F L cos( ) D L cos( )
2
变形越小，D值就越大，Mt值越大，矫正效果 就越好，所以只适合变形轻微的脊柱侧弯的矫正
Milwaukee brace
（3）组合加载的效果分析
30
F F
F
0.87F F/2 A
螺旋轴：螺旋运动是一种沿螺旋轴的轴向移动与绕该轴的转动的叠加，轴的方向 一致。
三、脊柱侧弯的生物力学定义
形态定义：相对于脊柱正常中心线明显的侧向弯曲。
力学定义：脊椎骨之间或之内不正常的变形，既在正面有过多的弯曲，又 在不当的方向上绕竖直轴的转动太大。
表现： 椎骨之间的相对位置不正常 椎骨变形
额面过度弯曲 绕轴转动方向不正常
➢ 卧床可以减少重力的影响，是Milwaukee支具的最有效矫正法之一
➢ 瘫痪或不能主动地矫形和内在力不大的病人，Milwaukee支具无效
➢ 36º-60º侧弯的患者效果最佳
➢ 超过60º的侧变或伴随严重旋转的侧弯，Milwaukee支具效果不佳，甚 至加重旋转变形
3. 局部矫正石膏背心
机理：局部推压垫片提供侧向或环形 的载荷，同时结合头部的牵引。 对象：严重弯曲和轻度弯曲均 有效果。
TL 适于轴向旋转的脊柱侧弯异常
五、不同治疗方法中的生物力学问题
1.体操
➢ 肌肉的力量在矫正侧弯时并无明显的力学价值。 为了获得稳定的粘弹性结构，需要施加力来形成粘弹性的蠕变，使
肌肉随意伸缩，并长时间的施力于脊椎。
➢ 强有力而且编制过的特殊体操，定期操作，可能对矫正侧有帮助
➢ 植入电极的方法，可以刺激肌肉收缩，矫正侧弯
2. Milwaukee支具
Milwaukee brase原图
Milwaukee brase治疗图
http://milwaukee.brace.nu/index.html
Milwaukee brase的特点
➢ 联合使用牵引及推挤力，可以随着病人的生长和弯曲的矫正而随时加 以调整。
➢ 按照患者的意愿靠自己肌肉的活动来矫形，在支具下可以完成活动体操， 患有意识的动作（做体操）或无意识的动作（矫正垫、腑下吊环、喉部 及枕骨等部分偶然的运动），都钭产生矫正力。
For the most extreme curves, pins are bored directly into the pelvis. A pelvic ring is connected to the halo with four heavy bars that can be individually extended with turnbuckles. This “halohoop” arrangement allows the largest acceptable distraction force without undue discomfort for the patient. It is also possible to correct pelvic tilt and rotation with this apparatus. After the initial lengthening is done, an operation can be performed with the patient still in the device. The young girl is recovering after such an operation. She has a tracheostoma to permit anaesthesia with the head immobilized in this way.
3.韧带
棘间韧带与脊椎竖立肌的肌腱与脊柱侧弯相关性不大； 黄韧带与脊柱侧弯有关，黄韧带及关节面限制着正常胸椎绕轴间的旋转。
二、正常的运动
后体：后体结构的移动增大了绕脊柱的转动；限制脊柱的绕轴转动。 对于侧弯的脊柱，它们的放松很可能便于校正不正常的轴向转动。 黄韧带横断面及关节囊的松驰，有益于阻止侧弯导致的脊柱转动。
打石膏前将患儿置于专用的牵引支架上
采用石膏夹克治疗婴儿型脊柱侧弯
4. 牵引
(Halo Traction)：与骨盆 环或股骨固定钉合用。
各种侧弯均有效，尤其 对顽固性倾斜的骨盆有 拉直作用。
In this unusual arrangement, wire hooks are attached to the upper thoracic spine and connected to the halo. This relieves the vulnerable cervical spine from part of the full extensive force applied between halo and pelvic apparatus.
θβ
A
α
θ
C
B
（1）Harrington Rod原理图
F
F
A F
D
βL
Ma
C C
L
L B
B F
F
F
Ma FLsin( ) D Lsin( )
变形越大，D值就越大，Mt值越大，矫正效果就越好
Harrington Rod
（2）Milwaukee Brace原理图
F/2
F/2
A
D F