建立计算机模型探索颅底凹陷导致寰枢椎脱位的力学机制的研究

目的建立计算机模型,测量并分析颅底凹陷程度、寰枢椎脱位程度、侧方关节畸形程度和齿状突畸形程度之间形态学参数的相关性,为研究齿状突、侧方关节畸形引发寰枢椎脱位的生物力学机制提供形态学依据。方法收集60位志愿者颈椎断层CT扫描序列图像数据并分为正常对照组、颅底凹陷不伴有寰枢椎脱位组、颅底凹陷伴有寰枢椎脱位组,每组各20例。利用Mimics Research 20.0软件建立三维模型,测量形态学参数并利用IBM SPSS 21软件进行统计学分析。结果齿状突尖部到Chamberlain线距离、ADI、齿状突高度、齿状突高度/基底宽度、齿状突倾角1和2、矢状位关节倾角、颅颈倾角整体差异有统计学意义(P<0.05)。齿状突高度/基底宽度与矢状位关节倾角显著负相关(r=-0.687,P<0.001),齿状突高度和齿状突高度/基底宽度与颅底凹陷和寰枢椎脱位显著负相关(r=-0.573,P<0.001)。矢状位关节倾角与颅底凹陷和寰枢椎脱位显著正相关(r=0.691,P<0.001),颅颈倾角仅与颅底凹陷显著正相关(r=0.644,P<0.001)。结论齿状突畸形、侧方关节畸形是颅底凹陷患者出现寰枢椎脱位的重要原因。     

寰枢椎三维有限元模型的建立

目的:建立寰枢椎三维有限元模型,为重建寰枢椎的稳定性提供生物力学依据.方法:对颈枕部C0-3标本行CT扫描,获取数据集,通过Mimics10.0软件选取灰度值大于-250 Hu得到C0-3骨和韧带的三维模型,并用Mimics10.0软件对模型进行修饰,以OUT格式导入有限元软件Patran2005中生成四面体网格模型,再输入Mimics软件对模型赋值,完成寰枢椎三维有限元模型,包括密质骨、松质骨及韧带,模型能够高度模拟颈椎结构与材料特性,结构完整,模型节点数9178,单元数40 356.在模型C3的下缘进行边界约束(六自由度为零),在C0处进行前屈/后伸、左/右侧弯、左/右旋转方向1.5 Nm的加载,分析寰枢椎之间的三维运动及各部位的应力.并在实验室以相同加载方法下测量其三维运动范围.分别进行统计学分析.结果:寰枢外侧关节面及枢椎体前部是应力集中部位.寰枢椎间的三维运动(前屈/后伸5.48°/9.85°、左/右侧弯4.69°/4.93°、左/右轴向旋转31.28°/30.56°)与实验室测量(前屈/后伸8.10°/8.49°、左/右侧弯4.79°/4.93°、左/右轴向旋转28.2°/29.3°)相当.结论:利用Mimics和Patran2005建立寰枢椎有限元模型,具有较高的真实性和精确度,能够模仿寰枢椎生物力学分析.     

经后路内固定技术治疗寰枢椎脱位的研究进展

<正>寰枢椎位于颅颈交界区连接颅骨与脊椎,是旋转活动最大的关节,当先天发育畸形、炎症、创伤等因素累及骨质结构或韧带时可造成寰枢椎脱位(atlantoaxial dislocation,AAD)。因枢椎齿状突脱位后移导致延髓和上颈髓受压,可引起肢体麻木乏力、感觉异常、呼吸     

寰枕融合伴寰枢椎脱位的三维非线性有限元模型的建立和分析

目的 使用有限元技术建立正常寰枕枢椎三维非线性有限元模型及寰枕融合伴寰枢椎脱位三维非线性有限元模型,为上颈椎临床研究提供生物力学方法.方法 对1例27岁男性志愿者CT数据进行有限元分析,建立正常寰枕枢椎三维非线性有限元模型(正常模型).对1例35岁寰枕融合伴寰枢椎脱位男性患者CT数据进行有限元分析,使用计算机模拟其在高...     

不同材料固定寰枢椎脱位在屈伸状态下有限元分析

目的：对前路寰枢椎脱位的患者,应用三维有限元分析法对镁合金与钛合金材料TARP钢板固定,进行屈伸状态下对比分析,为临床提供理论依据。方法：选择一例寰枢椎脱位患者,进行CT扫描和三维重建,将数据导入有限元分析软件,对结果进行统计学分析。结果：表明上颈椎的有限元模型外形逼真,几何相似性好,共包含67846个节点,225368个单元,应力集中区域为关节应力集中区域分别为颈1／2关节突关节,在模拟前屈时,寰枢椎在颈1／2关节突关节应力比较集中,其次是齿状突基底部。镁合金和钛合金固定材料有显著性差异（P〈0．05）。结论：应用CT扫描获取上颈椎空间结构信息建立的上颈椎模型可用于生物力学实验,镁合金材料比钛合金材料临床固定效果更好,值得在临床进一步推广应用。     

寰枢椎脱位手术镁合金与钛合金TARP内固定系统在屈佃秧态下的三维有限元夯析

目的：对前路寰枢椎脱位的患者,应用三维有限元分析法对镁合金与钛合金材料TARP钢板固定,进行屈伸状态下对比分析,为临床提供理论依据。方法：选择一例寰枢椎脱位患者,进行cT扫描和三维重建,将数据导入有限元分析软件,对结果进行统计学分析。结果：表明上颈椎的有限元模型外形逼真,几何相似性好,共包含67846个节点,225368个单元。在模拟前屈时,寰枢椎在颈l／2关节突关节应力比较集中,其次是齿状突基底部。镁合金和钛合金固定材料有显著性差异（P〈0．05）。结论：应用cT扫描获取上颈椎空间结构信息建立的上颈椎模型可用于生物力学实验,镁合金材料比钛合金材料临床固定效果更好,值得在临床进一步推广应用。     

寰椎上关节面的解剖观测

寰枕关节是寰椎两侧块的上关节面与相应的枕髁构成的椭圆关节,属联动关节,可使头作俯仰、侧屈和环转运动.寰枕关节的损伤是颅颈交界的严重损伤,甚至危及生命,故维持寰椎关节的稳定很重要.寰枕关节失稳可分为创伤性和非创伤性,临床以创伤性多见[1],随着影像技术的提高,非创伤性寰枕关节失稳的检出率逐渐提高,寰椎上关节突后部较平坦是其病因之一[2].寰椎上关节面是维持颅颈交界区稳定的重要骨性结构,故对上关节面的观察和测量对研究寰枕关节十分必要.国内外对寰椎上关节面的解剖观察已有报道[3-7],但测量工具多为游标卡尺,加之寰椎上关节面的大小和形状变异很大,即使同一寰椎的左右上关节面也不相同.为此,我们采用拓印方法对131例干燥成人寰椎上关节面的形状、面积等进行观测,旨在为临床寰枕关节疾病的研究提供一定的解剖形态学基础.     

颅颈交界处损伤的影像表现及其漏、误诊原因分析

颅颈交界处是指头颅与颈部的过渡区域,主要解剖结构包括枕骨、寰椎、枢榷及各种韧带等,由于强健的韧带维系和灵活的骨性关节结构,颅颈交界处的损伤临床少见,但并不罕见,多由车祸或高空坠落造成,且多在现场立即死亡,能够存活来诊者寥寥无几. 颅颈交界处涉及3组关节及9条韧带.3组关节是寰枕关节、寰齿关节和椎间关节(寰枢外侧关节),后两者均属寰枢关节;9条韧带包括前纵韧带、十字韧带(包括横部和竖部,横部又称寰横韧带)、顶盖膜、寰齿韧带、翼韧带、齿状尖韧带、前枕寰膜、后寰枕膜和项韧带.当作用力来得突然而迅猛,力量集中时,则可引起此处损伤,包括骨质的损伤(骨折)、韧带的损伤(脱位)或复合伤等.     

不同材料固定寰枢椎脱位在扭转状态下有限元分析

应用三维有限元分析法对前路寰枢椎脱位的患者,使用镁合金与钛合金材料TARP钢板固定,进行抗扭转特性对比分析,为临床提供理论依据。选择一例寰枢椎骨折脱位患者,进行CT薄层扫描,将Dicom数据导入计算机进行三维重建和有限元分析,对结果进行统计学分析。结果表明上颈椎的有限元模型外形逼真,几何相似性好,共包含65873个节点,201875个单元,应力集中区域为关节应力集中区域分别为颈2／3关节突关节,其次是寰椎前弓、后弓和侧块;再次为颈2椎弓,镁合金和钛合金固定材料有显著性差异（P〈0．05）。因此,应用CT扫描获取上颈椎空间结构信息建立的上颈椎模型可用于生物力学实验,镁合金材料比钛合金材料临床固定效果更好,值得在临床进一步推广应用。     

枢椎交叉椎板螺钉新技术治疗寰枢椎不稳的生物力学比较

目的对枢椎交叉椎板螺钉治疗寰枢椎不稳这一新的内固定技术进行生物力学评估。方法成年国人甲醛固定的枕颈（C0～C4）标本10具，对寰枢椎不稳模型分别行Gallie法内固定、双侧Magerl法内固定、C1椎弓根-C2交叉椎板螺钉内固定，进行寰枢关节的强度、刚度测量，分析寰枢椎的载荷-位移、应力-应变、扭矩-扭角关系和扭转刚度指标。结果Gallie法内固定明显增强了寰枢椎不稳模型的稳定性，但其固定强度明显小于Magerl法和C1椎弓根-C2交叉椎板螺钉内固定（P〈0．05），C1椎弓根-C2交叉椎板螺钉内固定强度大于双侧Magerl法，但没有统计学意义（P〉0．05）。结论C1椎弓根-C2交叉椎板螺钉内固定能为失稳的寰枢关节提供坚强的生物力学环境，枢椎交叉椎板螺钉技术具有良好的临床应用前景。     

前路经寰枢关节解剖锁定钛板螺钉内固定系统的匹配性研究

目的通过模拟手术,观察新型前路经寰枢关节解剖锁定钛板螺钉内固定系统与寰枢椎复合体的匹配性,验证此内固定系统临床应用的可行性。方法对30具福尔马林浸泡的正常国人枕颈部标本模拟前路经寰枢关节解剖锁定钛板螺钉内固定术,术毕行计算机断层扫描(computed tomography,CT)、多平面重建(multi-planar reconstruction,MPR)及数字化X线摄影术(digital radiography,DR)。通过观察钛板位置,测量螺钉轨迹参数,不同平面上经寰枢关节螺钉与椎动脉及脊髓的距离、钉尖距寰椎侧块上关节面的距离,分析此内固定系统与寰枢椎复合体的匹配性。结果钛板与枢椎表面匹配,未超出枢椎体边缘,所有螺钉均在骨质内,无椎动脉、脊髓及寰枕关节损伤;经寰枢关节螺钉钉道冠状面上外偏角为(23.22±1.71)°,矢状面后倾角为(27.96±3.05)°,钉道长度为(27.50±1.55)mm,枢椎体螺钉横截面上内偏角为(9.55±0.80)°;矢状面上倾角为(25.35±2.36)°,钉道长度为(15.47±0.89)mm;在横截面A(寰椎横突孔上缘)经寰枢关节螺钉距椎动脉和脊髓最近,分别为(5.05±1.04)mm和(8.05±0.92)mm,与寰椎侧块上关节面距离为(3.15±0.67)mm。结论采用前路经寰枢关节解剖锁定钛板螺钉内固定系统,行寰枢椎固定具有临床可行性。     

可膨胀椎间融合器治疗腰椎间盘轻度退变的有限元分析

目的: 建立可膨胀椎间融合器(EVIFC)和第4、5腰椎的有限元模型,分析EVIFC植入对腰椎生物力学的影响,为EVIFC的临床应用提供依据。方法: 根据健康成年男性腰椎CT扫描数据建立正常第4、5腰椎有限元模型,在此模型上模拟腰4-5椎间盘轻度退变,在三维模型上植入EVIFC。在屈伸、侧弯和旋转的载荷下,分析腰椎模型置入EVIFC前后的稳定性、椎间盘压力、终板压力及小关节载荷变化。结果: EVIFC的置入减少了退变节段终板、髓核和小关节的应力。屈伸时,腰4-5椎体退变模型的终板及髓核平均压力分别是6.1620和0.2016MPa,小关节载荷是32.8N;植入EVIFC后其数值分别是3.526、0.107MPa和8.5N。侧弯及旋转载荷结果一致。对于邻近的腰椎节段,与退变模型比较,植入EVIFC后,腰4-5终板和髓核应力值均有所减小,但其相邻节段纤维环的应力值均有所增加。结论: EVIFC对退变腰椎能起到良好的稳定效果,可满足人体生物力学需求,是一种适宜的新型腰椎融合器。     

寰枢椎椎弓根螺钉治疗横韧带损伤致寰枢椎不稳定的生物力学研究

目的 采用生物力学研究方法观察正常情况下、横韧带断裂后及行后路寰枢椎椎弓根内固定后标本寰枢关节的三维运动变化,对横韧带损伤的临床诊断及相关治疗提供确切的理论依据.方法 新鲜尸体含完整上颈椎标本6例,均死于急性颅脑损伤,均为男性,年龄26 ～ 57岁,平均39.7岁.标本分为三组：标本完整状态组（简称Intact组）、寰椎横韧带离断组（简称Destabilized组）、寰枢椎椎弓根内固定组（简称Fix组）.首先对正常标本进行测试,然后再制成横韧带损伤模型进行测试,最后对标本行后路寰枢椎椎弓根内固定术进行测试.结果 在寰椎横韧带离断后,前屈、后伸的运动范围增大,与Intact组相比较有显著性差异（P＜0.05）,而左/右侧屈、左/右轴向旋转与Intact组相比无显著性差异.行后路寰枢椎椎弓根内固定后,三种载荷下标本6个方向的运动范围较完整标本均明显减小,均有显著性差异（P＜0.05）.结论 正常情况下,寰枢关节的主要运动是以轴位旋转为主,并有一定程度的前屈、后伸运动及少量的侧屈运动.当横韧带断裂后,寰枢关节前屈及后伸运动范围显著变大（P＜0.05）,尤其前屈范围变化最为显著,侧屈和轴位旋转运动范围的增大与完整标本无明显显著性差异.采取寰枢椎椎弓根内固定后,寰枢关节的前屈、后伸、侧屈及轴位旋转范围较正常情况均减小并有统计学意义（P＜0.05）,其中左/右轴向旋转功能的丧失尤其明显.     

腕关节有限元骨性建模及力学分析

目的：探讨基于CT影像数据的腕关节有限元模型构建、受力分析,以期为开展腕关节生物力学有限元分析的研究提供参考。方法：选取1名29岁成年健康男性志愿者,对其右尺桡骨远端到近端指骨进行CT扫描,将所得图像导入Mimics 10.01中,建立腕关节三维有限元模型,将赋予材料属性的模型导入ANSYS10.0中,模拟体外生物力学试验,观测在轴向压力情况下腕关节各结构的应力分布。结果：成功建立了包括桡、尺骨远端,腕骨,掌骨,近端指骨,三角纤维软骨复合体等结构的三维有限元模型,计算并获得了掌骨受轴向压力下各腕骨的应力分布图。结论：在目前的个人计算机平台上依据CT影像资料,利用医学图像处理软件和三维重建软件可以准确、快捷地构建腕关节的三维有限元模型,并可根据模型计算轴向压力下的应力分布,为腕部有限元分析及整个虚拟手的构建提供了技术支持。     

颈椎生理曲度变直全节段有限元建模与分析

目的 建立生理曲度变直的颈椎全节段有限元模型,对颈椎生理曲度变直的发生机制进行验证与分析.方法 选取符合颈椎曲度变直纳入标准的患者,采集其CT数据,使用生物力学有限元建模软件,精确重建颈椎各节段的独立实体模型,直接从三维实体模型划分生成高质量有限元体网格,进一步精细生成各种韧带、椎间盘、关节突软骨等组织和结构.结果 在前屈、后伸、侧弯和旋转情况下,生理曲度变直的颈椎全节段有限元模型活动度范围比正常值范围要小并且出现再分配.同时,在应力分布方面,C3～4、C4～5 之间的小关节、钩突关节,和C3～4之间的椎间盘容易出现应力集中情况,表明易出现损伤和退化.结论 新型生物力学有限元建模软件简单易用,所建生理曲度变直的颈椎全节段有限元模型结构完整,空间结构精度高,单元划分规则精细,有限元分析结果对生理曲度变直的颈椎病临床诊断有指导意义.