高应力与腰椎小关节方向变化关系的实验研究

目的:观察兔腰椎小关节加载应力后小关节方向的变化,并探讨小关节在应力作用下方向变化的机制.方法:将42只6月龄新西兰白兔随机分为正常对照组(A组)、椎间盘退变组(B组)、小关节加载组(C组)及椎间盘退变联合小关节加载组(D组),A组6只,其他3组各12只.对B组和D组动物采用针刺抽吸髓核法建立L3/4、L5/6椎间盘退变模型,对A组和C组仅剥离椎旁肌.建模6周后分别对C组和D组的L3/4、L5/6小关节加载拉簧造成高应力模型,对A组和B组仅行小关节暴露,分别于小关节术后4个月、8个月获取腰椎,进行MicroCT扫描,观察小关节形态,B、C、D组在横断面上测量L3/4、L5/6小关节角度(关节突关节面与椎体正中矢状面的夹角)并将两个节段数据合并分析,A组测量L3/4 、L4/5、L5/6、L6/7小关节角度并将数据合并分析,小关节角度越小,小关节方向越偏向矢状位.结果:组内比较,各组8个月时小关节方向较4个月时更加矢状化(均P＜0.05);同一时间点,D组的小关节方向较B组更加矢状化,C组的小关节方向较A组更加矢状化,差异均有显著性意义(均P＜0.05),A、B组间及C、D组间比较小关节角度无显著性差异(P＞0.05).小关节加载组(C组和D组)的小关节较小关节未加载组(B组)退变严重,时间越长退变越严重;各时间点A组小关节结构清晰.结论:高应力可引起兔腰椎小关节退变,小关节方向的矢状化改变是由小关节退变和重塑所导致.     

腰椎后路开窗椎间盘摘除术对继发性腰椎不稳的影响

目的探讨腰椎后路开窗椎间盘摘除术对继发性腰椎不稳的影响。方法回顾性分析2001年至2007年广东省肇庆市端州区华佗医院收治的随访资料完整的242例腰椎间盘突出症患者的临床资料。其中A组（单节段椎间盘突出且为单侧症状者）103例,行单节段后路单侧开窗椎间盘摘除术;B组（单节段椎间盘突出且为双侧症状者）56例,行单节段后路双侧开窗椎间盘摘除术;C组（双节段椎间盘突出且为单侧症状者）47例,行双节段后路单侧开窗椎间盘摘除术;D组（双节段椎间盘突出且为双侧症状者）36例,行后路一节段双侧开窗、另一节段单侧开窗椎间盘摘除术。术后定期复查腰椎侧位过伸过屈站立位X线片,统计4组患者术后继发性腰椎不稳发生率。结果随访时间3～9年（平均5年）。A、B、C、D组患者术后出现腰椎不稳的例数分别为4、8、7、6例,发生率分别为3.9%、14.3%、14.9%、16.7%。4组继发性腰椎不稳发生率比较,差异有统计学意义（P〈0.05）。结论腰椎后路开窗椎间盘摘除术后继发性腰椎不稳的发生可能与手术节段及开窗数有关。     

Nd:YAG激光与半导体激光对山羊髓核组织生物热效应的比较

目的:比较波长1064nm的Nd:YAC激光和波长980nm的半导体激光对椎间盘髓核组织的生物热效应.方法:选取新鲜山羊完整脊柱80具,将其L6/7节段制作成脊柱功能单位标本80个,分为波长1064nm的Nd:YAG激光椎间盘照射组(A组)和波长980nm的半导体激光椎间盘照射组(B组),每组4|D个标本,再按激光最终照射能量的不同各分为200J、400J、600J、800J、1000J 5个亚组,每个亚组8个标本.观察照射前后标本的质量差和照射过程中椎间盘周边的温度变化情况,操作结束后水平切开椎间盘观察汽化腔形态,测量汽化腔的长、宽轴.结果:两组照射后标本的质量减少量随照射能量的增大而增加;在相同能量下,B组激光照射后标本的质量减少量大于A组,在能量分别为200J、400J时比较P＜0.05,能量为600J、800J、1000J时比较P＜0.01.照射过程中椎间盘前缘、后缘、椎间孔内侧壁的温度升高值随激光能量的增加而升高,当以同一能量进行照射时,B组激光照射过程中椎间盘周边的温度升高值高于A组激光相同位点处的温度升高值(P＜0.01).A组激光照射后肉眼观察汽化腔大致呈圆形或卵圆形,B组激光照射后的汽化腔形态接近于椭圆形,相同能量照射时B组激光的汽化腔长轴大于A组(P＜0.01);能量为200J、400J时A组激光汽化腔的宽轴均大于B组(分别为P＜0.05,P＜0.01),能量为600～1000J时两者比较均无统计学差异(P＞0.05).结论:波长980nm的半导体激光对山羊椎间盘髓核组织的消融能力优于波长1064nm的Nd:YAG激光,但Nd:YAG激光的安全性相对较高.     

一种新型腰椎动态固定系统的初步生物力学分析

目的设计一种后路腰椎椎弓根动态固定系统,并对其进行生物力学试验,从而为其临床应用提供一定可行性依据。方法选取新鲜小牛腰椎(L2~5),将标本分成4组:A组(正常试验组)、B组(腰椎减压非固定组)、C组(动态系统固定组)、D组(传统坚强钉棒系统固定组),5个标本按一定顺序依次在指定力学测试机器上进行生物力学试验,测定给定载荷下(500、1 000、2 000、3 000、4 000、5 000 N)小牛腰椎标本的形变量,并对相关数据进行统计学分析。结果首先对500 N载荷下的形变量进行统计学分析,500 N载荷下各组样本所在总体的方差齐(Levene值为1.923,P=0.1690.05),ANOVA分析结果显示500 N的负荷下各组形变量不全相同(F=90.251,P0.05),SNK法分析结果显示4组中任意2组之间的差异有统计学意义(P0.05)。测量结果显示在给定压力下B组标本形变量值均大于A组,C、D组标本的形变量值均大于A、B组,C组形变量均大于D组对应值,差异有统计学意义(P0.05)。对4组在1 000 N、2 000 N、3 000 N、4 000 N、5 000 N载荷下也做了同样的比较分析,得到类似的结果。结论新设计的动态固定系统分散了应力的集中,稳定了腰椎,一定程度保留了固定腰椎节段的运动,承载了部分固定邻近节段的负荷,固定有效。     

ISOBAR TTL半坚强动态固定系统对腰椎固定节段椎间负荷的影响

目的 观察ISOBAR TTL动态固定系统对腰椎固定节段椎间负荷的影响.方法 选用6具新鲜人体腰椎标本,建立终板应力测试系统,选取L3椎体下软骨终板为测试应力部位,分别测量L3～L4运动节段软骨终板应力.L3～L4节段在椎间盘正常及摘除状态,分别进行TTL及坚强系统(SS)固定;依次使标本处于中立位、前屈、后伸、左弯、左旋,MTS858材料机施加轴向负荷,数据直接MTS机采集,由放大器放大后形成Excel文件.结果 无论在椎间盘正常或摘除组,固定节段L3～L4在直立、屈曲、伸展、侧屈及旋转等各种状态,TTL、SS系统固定状态下终板应力较无固定的正常标本明显减小,差异有统计学意义(P＜0.05),各固定组间差异有统计意义(P＜0.05),SS系统坚强固定下终板应力最低,而TTL系统固定下终板应力稍高于坚强组.结论 TTL半坚强动态固定系统能够起到明显缓解腰椎固定节段椎间载荷的作用,避免对固定节段的应力遮挡.     

颈椎融合内固定对相邻节段椎间盘及椎间关节压力影响的生物力学研究

目的 探讨颈椎间植骨内固定相邻节段退变的生物力学机制.方法 5具成人尸体颈椎(C2-T1)标本用于试验.固定T1,施加作用力于C2,测量A、B、C、D各组在前屈、后伸2种状态下相邻节段(C3-4C6-7)椎间盘、椎间关节应力.结果 各组相邻节段椎间盘、椎间关节应力随固定强度增加而增加.即D组＞C组＞B组＞A组,其中C、D两组与A组相比应力增加明显,差异有显著性意义(P＜0.05),且C3-4间隙C组与B组、D组与C组相比差异均有显著性意义(P＜0.05).结论 颈椎间植骨内固定后增加相邻节段椎间盘、椎间关节应力;相邻上节段的影响较下节段大;固定强度越大影响越大.     

单节段椎弓根螺钉固定联合上方棘突间Coflex置入的生物力学评价

目的:对腰椎单节段椎弓根螺钉固定联合上节段使用棘突间Coflex置入手术(Topping-off手术)进行生物力学评价。方法:采用6具男性L3~S1节段的人脊柱标本,建立L4/5椎弓根螺钉坚强固定(后路腰椎体间融合术,PLIF)模型及L4/5椎弓根螺钉固定联合L3/4棘突间Coflex置入(Topping-off手术)的模型。每具标本均进行完整、坚强固定和联合固定3种状态的生物力学测试。分别比较完整标本(A组)、L4/5坚强固定(B组)、联合固定(C组)中L3/4和L5/S1节段活动度及椎间盘内压差异。结果:B组L3/4节段平均活动度较A组显著增加(P0.05)(分别比A组前屈增大0.54°,后伸增大0.34°,侧弯增大0.30°,旋转增大0.19°);B组L5/S1活动度亦比A组增加,但无统计学意义(P0.05)。C组L3/4节段的活动度与B组相比,后伸方向显著减小(P0.05)(比B组减小0.32°),而前屈、侧弯、旋转减小不明显(P0.05);与A组相比,后伸及旋转无显著增大(P0.05),前屈及侧屈有显著增大(P0.05)(分别比A组前屈增大0.38°,侧屈增大0.28°)。C组L5/S1活动度与B组相比,除前屈方向外均有增大趋势,但无统计学意义(P0.05);与A组比较,均有增大,但无统计学意义(P0.05)。与A组相比,B组L3/4椎间盘内压显著增加(P0.05)(分别比A组前屈增大0.78k Pa,后伸增大0.88k Pa,侧弯增大1.84k Pa,旋转增大1.45k Pa);L5/S1椎间盘内压也显著增加(P0.05)(分别比A组前屈增大1.21k Pa,后伸增大0.94k Pa,侧弯增大0.70k Pa,旋转增大0.81k Pa)。与B组相比,C组L3/4椎间盘内压减小(分别比B组前屈减小0.29k Pa,后伸减小1.39k Pa,侧弯减小0.13k Pa,旋转减小0.10k Pa),但仅后伸减小有统计学意义(P0.05);C组L5/S1椎间盘内压分别比B组前屈减小0.39k Pa,后伸减小0.10k Pa,侧弯增大0.15k Pa,旋转增加0.18k Pa,但无统计学意义(P0.05)。与A组相比,C组L3/4椎间盘内压增大,其中前屈、侧屈及旋转显著增大(P0.05)(分别比A组前屈增大1.53k Pa,侧屈增大1.71k Pa,旋转增大1.35k Pa);C组L5/S1椎间盘内压也显著增大(P0.05)(分别比A组前屈增大0.82k Pa,后伸增大0.84k Pa,侧屈增大0.85k Pa,旋转增大0.99k Pa)。结论 :生物力学测试发现,Topping-off手术中Coflex对单节段坚强固定上方相邻节段有保护作用;但使下方相邻节段的应力增加,可能对远期退变产生不良影响。     

颈椎内固定对相邻节段椎间盘及椎间关节应力影响的生物力学研究

目的探讨颈椎间植骨内固定相邻节段退变的生物力学机制。方法 5具成人尸体颈椎（C2～T1）标本用于试验。固定T1,施加作用力于C2,实验按顺序分为A、B1、C1、D1、B2、C2、D2 7组,测试各组在前屈、后伸两种状态下相邻节段C3～4椎间盘、椎间关节应力。结果各组相邻节段椎间盘、椎间关节应力随固定强度和节段增加而增加,即D2组〉C2组〉B2组〉A组、D2组〉D1组、C2组〉C1组、B2组〉B1组,其中C2、D2两组与A组、C2组与B2组、D2组与C2组、D2组与D1组、C2组与C1组比较差异均有统计学意义（P〈0.05）。结论颈椎间植骨内固定后相邻节段椎间盘、椎间关节应力增加;固定强度及节段越大影响越大。     

腰椎单/双节段骨水泥强化椎弓根螺钉固定对邻近节段影响的有限元分析

目的:比较腰椎后路单/双节段融合固定时普通椎弓根螺钉(pedicle screw,PS)固定和骨水泥强化椎弓根螺钉(cement-augmented pedicle screw,CAPS)固定对邻近节段退变(adjacent segments degeneration,ASD)的影响。方法:选取1例正常男性志愿者的腰骶部CT扫描数据,建立L3～S1的完整有限元模型。验证完整模型的有效性后,通过三维扫描仪扫描空心及实心椎弓根螺钉,构建较为仿真的三维螺钉模型,再分别建立L5～S1、L4～S1的PS固定和CAPS固定模型。在L3椎体上表面施加载400N的垂直向下载荷模拟人体自身重力,同时在L3椎体上表面于不同方向施加7.5N·m力矩,模拟脊柱前屈、后伸、左右侧弯和左右旋转等生理活动,比较模型间固定节段上位相邻近节段的椎间盘/小关节Von Mises应力极值和上位相邻节段活动度(ROM)的差异。结果:模型的有效性验证显示完整模型在各个方向上的ROM与已发表的尸体研究类似。在单节段固定时,PS固定的相邻椎间盘/小关节Von Mises应力极值和椎间ROM均略小于CPAS固定组。在双节段固定时,PS固定组相邻椎间盘/小关节Von Mises应力极值和ROM均小于CPAS固定组。两种固定方式中相邻节段椎间盘的应力分布规律基本类似,均分布在纤维环的外侧缘。结论:相比于PS固定,CAPS固定会增加相邻节段椎间盘/小关节的应力和椎间ROM,且在双节段固定时更为明显,可能会加速相邻节段的退变。     

短节段椎弓根钉固定术对相邻椎间盘影响的生物力学研究

目的 比较跨节段3椎体4枚、经骨折伤椎3椎体5枚及3椎体6枚椎弓根钉固定治疗胸腰椎爆裂性骨折对相邻椎间盘应变的影响,为临床术式选择提供力学依据. 方法采用6具国人新鲜脊柱尸体标本(T11～L3),模拟失去前柱支持的完全不稳定L4椎体爆裂性骨折.实验分三组:跨节段固定组(4枚钉组)、5枚钉组和6枚钉组.每个标本依次进行完整状态、跨节段3椎体4枚椎弓根钉固定状态(4枚钉组)、3椎体5枚椎弓根钉固定状态(5枚钉组)、3椎体6枚椎弓根钉固定状态(6枚钉组)的试验测试.应用混合力-位移控制加载的六自由度机器人实验装置对标本施加前屈,后伸,左、右侧弯及左、右轴向旋转6种运动方式,测试上、下相邻椎间盘的应变,比较三组间差异. 结果随着螺钉数的增加,固定节段相邻椎间盘(T11-12、L2-3)应变逐渐增大.上位相邻椎间盘(T11-12)仅在轴向旋转状态下,6枚钉组和5枚钉组与4枚钉组比较差异均有统计学意义(P<0.05),6枚钉组与5枚钉组间差异无统计学意义(P>0.05);其他状态下三组差异均无统计学意义(P>0.05).固定节段F位相邻椎间盘(L2-3)任何状态下两两比较差异均无统计学意义(P>0.05). 结论跨节段3椎体4枚椎弓根钉、经骨折椎3椎体5枚椎弓根钉、经骨折椎3椎体6枚椎弓根钉固定治疗胸腰椎爆裂性骨折,随着螺钉数的增加,邻近椎间盘应变增加,且上位相邻椎间盘应变增加更为明显,其退变的可能性大于下位相邻椎间盘.