不同扭矩对腰椎融合后邻近上节段生物力学影响的实验研究

目的　探讨腰椎融合后不同扭矩对邻近上节段椎间盘内压、关节突关节压力的影响。 方法　选取12具猪腰椎,随机分成2组,比较融合（L4/5）前、后两种状态下三种不同扭矩加载邻近上节段（L3/4）椎间盘内压、关节突关节压力的差异。 结果 融合后随着扭矩的增加椎间盘内压增加,扭矩越大椎间盘内压变化越明显(P=0.023); 非融合组及融合组伴随着扭矩的增加关节突关节压力逐渐增加, 扭矩越大关节突关节压力越大。融合组较非融合组关节突关节压力变化明显（P=0.046）。 结论 腰椎融合后, 随着扭矩的增加邻近上节段腰椎间盘内压呈增高趋势; 关节突关节压力随着扭矩的增加关节突压力而增加。     

人工颈椎间盘置换术后邻近下位关节突关节压力变化的生物力学研究

目的:探讨人工颈椎间盘置换术后邻近下位关节突关节内压力的变化,为其在临床应用提供生物力学依据,方法:在11具保留C3至T1的新鲜成人颈椎标本上,采用自行设计的圆片状微阻电式传感器测量C5/6椎间盘完整、椎间盘摘除、人工椎间盘置换和椎间融合4个模型组C6/7关节突关节内的压力负荷.结果:人工椎间盘置换组C6/7关节突关节内的压力在轴向(16.98±3.74)N、左侧弯(26.87±5.78)N、右侧弯(12.91±3.50)N、前屈(20.88±5.77)N、后伸(20.63±5.30)N,与完整组接近,差异无统计学意义(P>0.05),高于椎间盘摘除组(P<0.05),低于椎间融合组(P<0.05).结论:人工颈椎间盘置换后邻近下位关节突关节内的压力接近正常,提示人工椎间盘置换符合颈椎正常生物力学要求.     

新型人工髓核置换对邻近上节段三维运动与椎间盘内压影响的实验研究

目的评价果胶/聚乙烯醇复合水凝胶人工髓核植入对腰椎稳定性的影响;并通过与腰椎前路融合比较,探讨其对邻近节段运动范围和椎间盘内压的影响。方法采用6具新鲜人体腰椎标本(L3～L5)在机器人脊柱测试机上进行生物力学测试。观察正常椎间盘、CoPP人工髓核置换和腰椎前路cage植入3种状态下L4/5和L3/4的运动范围以及L3/4椎间盘内压的变化情况。结果在L4/5手术节段,CoPP组与完整椎间盘组的角位移除左侧屈运动方向差异有显著性外(P<0.05),其他方向两者之间差异均无显著性(P>0.05)。而cage组与完整椎间盘组或CoPP组之间,在所有的运动方向均有显著性差异(P<0.05)。而在相邻上节段L3/4,CoPP组与完整椎间盘组的运动范围除左侧屈运动方向差异有显著性外(P<0.05),其他方向两者之间差异均无显著性(P>0.05)。而cage组与完整椎间盘组或CoPP组之间,在所有的运动方向,L3/4运动范围的差异均有显著性(P<0.05)。CoPP组与完整椎间盘组的椎间盘内压在所有的运动方向两者之间的差异无显著性(P>0.05),而cage组与完整椎间盘组或CoPP组的椎间盘内压在前屈后伸及左右侧屈运动方向两者之间差异有显著性(P<0.05),而在轴向旋转方向,两者之间差异无显著性(P>0.05)。结论 CoPP人工髓核植入能保留手术节段的运动功能,稳定脊柱;相对腰椎融合手术,CoPP对相邻节段运动范围和椎间盘内压无明显影响,从而可降低或避免相邻节段退变的发生率。     

PrestigeTM-LP颈椎人工椎间盘置换后椎体应力及关节突关节间压力有限元分析

目的:分析PrestigeTM-LP颈椎人工椎间盘对椎体的应力和关节间压力作用,了解节段间运动载荷传递方式及作用机制。方法:通过实体CT扫描方式建立颈4~5节段PrestigeTM-LP人工椎间盘置换有限元模型。生理载荷下前屈、后伸、左侧弯、左轴向旋转时测量颈5椎体应力和颈4-5关节突间压力变化。结果:运动加载后C5椎体应力均有不同程度增大,表现出与运动加载方向一致的应力偏移改变。相比于前屈,后伸时双侧关节突间压力明显增大。左侧弯时左侧关节突间压力增大,左轴向旋转时右侧关节突间压力明显增大。结论:采用有限元模型进行骨性结构的应力及压力分析具有形象及精确的优点。PrestigeTM-LP颈椎人工椎间盘置换有效地起到椎体间应力传递和保留关节突关节间压力作用,具有接近正常颈椎的生物力学特性。     

椎间盘不对称切除对小关节压力及腰椎稳定性的影响

目的探讨腰椎间盘不对称切除对小关节压力及腰椎稳定性的影响。方法采用7具人体脊柱标本(L2~3),制备完整椎间盘组、1/4椎间盘切除组、1/2椎间盘切除组,对标本施加7.5 N·m的屈伸、侧弯和轴向旋转方向的纯力偶矩,记录腰椎运动范围(range of motion,ROM)和小关节压力。结果后伸方向,1/4椎间盘切除状态下非切除侧小关节压力显著性增大;侧弯方向,1/2椎间盘切除状态下的两侧小关节压力均有显著性增大;轴向旋转方向,1/2椎间盘切除状态下仅切除侧小关节压力显著性增大。1/4椎间盘切除、1/2椎间盘切除状态下的ROM均大于完整椎间盘,但前屈方向各组间ROM无差别,各组间侧弯和轴向旋转的ROM在左、右侧无差别。结论腰椎间盘不对称切除导致腰椎除前屈方向外稳定性下降和小关节压力不对称性增大,提示腰椎间盘不对称退变引起腰椎不稳和小关节压力增大可产生腰痛。     

棘突间植入物对椎间盘及关节突的生物力学影响

目的 探讨棘突间植入物(DIAM)对腰椎间盘及关节突的生物力学影响。方法 纳入9具急性脑外伤死亡的中青年新鲜尸体的脊柱标本L_1~5段,简单随机化分组方法分为4组:A组(2例)标本无特殊处理(生理状态),B组(2例)标本实施L_3~4开窗联合椎间盘切除术,C组(3例)及D组(2例)标本分别在B组手术基础上安置DIAM及椎弓根钉内固定。分别检测标本L_2~3、L_3~4、L_4~5水平腰椎、椎间盘及关节突的应力。结果 B组标本L_3~4节段椎间盘及关节突应力较生理状态增大。应用DIAM固定后,L_3~4节段相邻椎间盘及关节突应力与生理状态下相似,差异均无统计学意义(P值均＜0.05)。脊柱ISOLA内固定融合手术后,L_3~4节段关节突及椎间盘应力下降,同时相邻椎间盘所受应力升高,差异均有统计学意义(P值均＜0.05)。结论 DIAM能够有效降低因手术导致腰椎后部关节突及椎间盘不良应力增高,并降低脊柱融合引起的相邻节段的应力升高。     

腰椎间盘突出症力学特征的仿真计算方法

目的建立腰椎间盘突出症力学特征的数值计算分析模型,为腰椎间盘突出症的力学机理提供一种检测评估方法。方法利用健康成人L4～5腰椎运动节段CT影像,采用Mimics 10.01医学图像处理软件和Geomagic10.0逆向工程软件分别建立L4～5腰椎运动节段的椎骨和椎间盘,并在Ansys软件中附加腰椎相关韧带及通过改变椎间盘突出后对应的材料属性,建立腰椎L4～5运动节段有限元模型,构建正常模型和腰椎间盘突出模型;运用有限元方法模拟正常椎间盘和突出椎间盘在轴向压力、前弯、侧弯、旋转和后伸5种载荷下的生物力学特征参数。结果椎间盘突出后,椎间盘的应力分布及传递载荷的能力改变,应力集中于纤维环后外侧;在相同的载荷情况下,突出的椎间盘的最大形变量比正常椎间盘的大;椎间盘突出模型的小关节突接触力比正常模型的小关节突接触力大。结论椎间盘突出后,椎间盘的承载功能下降,关节突的应力水平升高,小关节的负荷增加,从而导致腰椎稳度下降。     

下段腰椎小关节突角度及形态不对称与腰椎间盘突出的相关性探讨

目的：探讨下段腰椎小关节突的关节角度及其形态不对称与腰椎间盘突出的相关性。方法：在CT片上观察127例患者的小关节突关节形态、椎间盘是否突出,并测量小关节突关节角度,计算其差值。按年龄分为4组,每个每年龄组中依据两侧小关节突关节角度差值分为〈5°、≥5°、≥10°三个组,并将形态不对称纳入关节角度差≥10°组中。在每个年龄组中,对L3～M、L4～L5及L5～S1节段发生椎间盘突出的病例的不同小关节突角度差值的组间进行组间两两比较;同时,对不同小关节角度差值的各节段椎间盘突出病例的各个年龄组亦进行年龄组间的两两比较;以及不同关节角度差值中,各节段椎间盘突出的总数进行两两比较。结果：在每个年龄组中,各节段椎间盘突出与小关节突角度差值无统计学意义,在不同小关节角度差值的不同年龄组中,仅个别节段椎间盘有统计意义;而在不同小关节角度差值中L3～L4与L4-L5两节段椎间盘突出总数具有统计学意义。结论：下段腰椎椎间盘突出与小关节是否对称无相关性,大多数腰椎间盘突出的病例与年龄亦无明显相关性,而与发生的腰椎节段有相关性。     

人工腰椎间盘置换的临床应用：现状与未来

背景：人工腰椎间盘置换的基本理念是在稳定病变节段的前提下,力求最小影响相邻节段的生物力学状态,防止以及减少相邻节段退变的发生率。 目的：分别对人工腰椎间盘置换的适应证和禁忌证、围置换期经济学考量、远期并发症以及人工腰椎间盘置换与融合术的混合使用效果进行了探讨。 方法：计算机检索PubMed数据库、中国期刊全文数据库、中国生物医学文献数据库近十年的相关文献。纳入腰椎间盘置换术的回顾性和前瞻性临床实验报告,排除观点重复的文章,最后对34篇文献进行归纳与分析。 结果与结论：1982年人工腰椎间盘假体首次临床应用以来,已有许多关于腰椎间盘置换的临床报道,然而对临床实验中遇到的许多问题始终没有统一答案。人工腰椎间盘置换的适应证和禁忌证应考虑到置换节段数对临床结果的影响、小关节退变对临床结果的影响、既往有腰椎间盘手术史患者的选择、患者年龄、椎间盘置换前休息时间等因素。评价腰椎间盘置换是否优于传统的腰椎融合,可以从椎间盘置换中出血量、手术时间、置换后住院时间等方面进行考量。腰椎间盘置换后较常见的并发症有异位骨化、植入物机械故障、相邻节段和小关节退变。将人工腰椎间盘置换与融合术的混合使用治疗多节段腰椎间盘病变,使两种手术干预方法互补不足,得到优于单独使用的手术疗效。     

单节段颈椎人工椎间盘置换术早中期临床疗效探讨

目的探讨单节段颈椎人工椎间盘置换术早、中期临床疗效。方法对我院28例颈椎病患者分别经单节段颈椎人工椎间盘置换术、颈椎前路减压钛网植入内固定融合术治疗,13例患者行单节段颈椎人工椎间盘假体置换（B ryan置换组）,15例行传统颈前路单节段椎间盘切除减压钛网植骨融合内固定（钛网植入内固定融合组）。术后6周、3个月、6个月、12个月、18个月、24个月进行随访,平均随访21个月。并适时复查拍摄颈椎前屈后伸动力位X线片,观察置换组假体稳定性及融合组融合节段骨性融合情况。同时进行术后系列调查评分,统计并发症发生率,对治疗结果进行回顾性统计分析。结果单节段钛网植入内固定融合手术组术后早期吞咽困难、颈痛、上肢疼痛等发生率比单节段B ryan人工颈椎间盘置换手术组明显要高（P〈0.05）,单节段钛网植入内固定融合组术后邻近节段的活动度较术前明显增大（P〈0.05）;而单节段B ryan人工颈椎间盘置换组置换前后邻近节段活动范围无显著性差异（P〉0.05）。结论单节段颈椎人工椎间盘置换术后早期并发症减少,中期能保护相邻节段退变,与传统减压钛网植入内固定融合术相比治疗效果有一定提高。     

Biomechanical comparison between lumbar disc arthroplasty and fusion

The artificial disc is a mobile implant for degenerative disc replacement that attempts to lessen the degeneration of the adjacent elements. However, inconsistent biomechanical results for the neighboring elements have been reported in a number of studies. The present study used finite element (FE) analysis to explore the biomechanical differences at the surgical and both adjacent levels following artificial disc replacement and interbody fusion procedures. First, a three-dimensional FE model of a five-level lumbar spine was established by the commercially available medical imaging software Amira 3.1.1, and FE software ANSYS 9.0. After validating the five-level intact (INT) model with previous in vitro studies, the L3/L4 level of the INT model was modified to either insert an artificial disc (ProDisc II; ADR) or incorporate bilateral posterior lumbar interbody fusion (PLIF) cages with a pedicle screw fixation system. All models were constrained at the bottom of the L5 vertebra and subjected to 150N preload and 10Nm moments under four physiological motions. The ADR model demonstrated higher range of motion (ROM), annulus stress, and facet contact pressure at the surgical level compared to the non-modified INT model. At both adjacent levels, ROM and annulus stress were similar to that of the INT model and varied less than 7%. In addition, the greatest displacement of posterior annulus occurred at the superior-lateral region. Conversely, the PLIF model showed less ROM, less annulus stress, and no facet contact pressure at the surgical level compared to the INT model. The adjacent levels had obviously high ROM, annulus stress, and facet contact pressure, especially at the adjacent L2/3 level. In conclusion, the artificial disc replacement revealed no adjacent-level instability. However, instability was found at the surgical level, which might accelerate degeneration at the highly stressed annulus and facet joint. In contrast to disc replacement results, the posterior interbody fusion procedure revealed possibly accelerative degeneration of the annulus and facet joint at both adjacent levels.     

不同位置植入SMH人工腰椎间盘对小关节应力分布的影响

目的:通过三维有限元方法研究正常椎间盘、SMH人工腰椎间盘前置、中置和后置四组模型中小关节的应力分布情况,探讨不同位置植入SMH人工腰椎间盘对小关节应力分布的影响。方法:建立正常腰椎间盘、人工SMH腰椎间盘前置、中置和后置的三维模型,然后模拟腰椎节段的运动,进行小关节应力分布的比较研究。结果:与正常L4/5椎间盘模型相比,除SMH人工腰椎间盘前置模型前屈时比正常模型小关节应力小外,其余运动时SMH人工腰椎间盘前置、中置和后置模型中小关节的应力均高于正常腰椎间盘组,但后置SMH人工腰椎间盘组则相对较小。结论:SMH人工腰椎间盘后置可以更好地预防小关节的退变;人工椎间盘植入位置的不同对人工腰椎间盘术远期疗效的预测具一定的作用。     

人工腰椎间盘植入后小关节应力分布的比较研究

目的:通过三维有限元的方法研究正常椎间盘、髓核摘除、人工腰椎间盘三组小关节的应力分布,探讨人工腰椎间盘植入小关节应力分布的影响.方法:利用有限元软件MSC.MARK,建立正常椎间盘、髓核摘除、人工腰椎间盘及L4～5运动节段的三维模型,然后模拟腰椎节段的运动,进行小关节应力分布的比较研究.结果:在各种运动状态下髓核摘除组小关节的应力最大,人工腰椎间盘组的小关节应力比正常椎间盘高,但明显小于髓核摘除组,但在旋转状态下,人工腰椎间盘小关节的中心部位承受的应力最大.结论:人工腰椎间盘植入后与髓核摘除组相比可降低小关节的应力,但仍高于正常的腰椎间盘组;人工腰椎间盘组的抗旋转能力明显低于正常腰椎间盘组和髓核摘除术后组,由此可见,目前的人工腰椎间盘具有腰椎间盘大部分的力学功能,与真正的腰椎间盘仍有差别.     

TLIF后路不同的内固定方式生物力学特性的比较分析

目的　比较3种不同后路经腰椎间孔椎间融合（transforaminal lumbar interbody fusion,TLIF）内固定方式的生物力学特性。 方法　建立正常L3~5有限元模型,在验证其有效性基础上模拟3种不同TLIF后路内固定方式即：单侧或双侧椎弓根螺钉内固定组（Model A和Model B）、单侧+对侧关节突螺钉固定组Model C。分别比较其在生理活动范围（Range of the motion, ROM）下模型的稳定性以及内植物的应力差异。 结果　对所有重构模型,在融合节段（L4~5）的ROM均显著下降,其中以Model B下降最多,屈伸活动减少达18.2%;内植物最大应力出现在Model C,左侧弯时达234.9 MPa;Model B的cage最大应力最小。 结论　后路双侧椎弓根螺钉固定能获得最佳稳定性,且能降低cage下沉及移位的风险;单侧+对侧关节突螺钉亦能提供较好良好的稳定。     

颈椎人工椎间盘置换有限元分析

目的　建立C4~5节段PrestigeTM-LP颈椎人工椎间盘植入后的三维有限元模型,进行手术节段的运动分析。 方法 采用对成年男性的新鲜尸体的颈椎标本进行CT三维扫描方法建立C4~5节段和PrestigeTM-LP人工间盘有限元,模拟完成C4~5人工椎间盘置换手术。测量生理加载下手术节段前屈/后伸、侧弯及轴向旋转运动角度。结果 有限元模型对颈椎的结构,包括椎体间韧带、颈椎关节突关节、钩椎关节等均进行了精确的重建,并较好地模拟手术操作进行PrestigeTM-LP人工间盘植入。运动加载后运动角度,前屈5.7°,后伸3.5°,侧弯5.0°,旋转11.3°,与文献报道结果较为接近。 结论　有限元模型具有精确度高,手术模拟真实的特点,可作为颈椎人工椎间盘生物力学研究的一种较好途径。PrestigeTM-LP颈椎人工椎间盘置换可较好地保留手术节段的运动功能。     

半限制型人工颈椎间盘置换与植骨融合术后下颈椎生物力学的有限元分析

目的 研究Discover、Prodisc-C人工椎间盘置换术与植骨融合术后下颈椎活动度（range of motion, ROM）、椎间盘应力、韧带张力的生物力学特性以及植入假体力学性能的改变。方法 建立C5~6椎间盘退变3种手术方案：Discover、Prodisc-C人工椎间盘置换和自体髂骨植骨融合有限元模型,同时建立C4~7节段下颈椎原始模型。分析术后下颈椎C4~7节段在矢状面、冠状面及横断面上椎体的生物力学特性变化。结果 术后手术节段关节ROM变化：Discover模型增加12.7%~73.1%,Prodisc-C模型增加74%~98%,植骨融合模型下降55.8%~71.8%。Discover置换后上邻近椎间盘应力无明显增加,下邻近椎间盘应力在前屈、后伸、轴向旋转工况下减少33.2%~54.2%,囊韧带张力增幅比Prodisc-C置换后减少30%~40%。Discover假体最大应力（36.72 MPa）出现在前屈工况下,小于Prodisc-C假体的最大应力（42.66 MPa）。结论 人工椎间盘置换术可以保留手术节段的运动性能,Discover作为新一代人工椎间盘假体,在减少韧带负担和维持脊柱稳定性方面有所进步。研究结果可为颈椎前路融合手术和人工颈椎间盘置换术的临床研究提供理论依据。     

Maverick型人工椎间盘的生物力学研究

在＂中国力学虚拟人＂模型库中选择L4-L5基本功能单元,对新型的Maverick型人工椎间盘假体进行了生物力学研究。在相同的边界条件和加载作用下比较正常组和假体植入后椎体皮质骨、松质骨上的应力变化,比较L4和L5两椎体间的相对运动范围和小关节上受力变化。其结果从生物力学角度证实了Maverick型假体可以重建椎间盘高度,满足椎体间相对运动的要求。但由于假体材料属性与椎体骨组织的属性相差很大,假体植入后会引起椎体骨应力的改变,增加小关节的受力,因此其远期的疗效还需要通过随访进一步研究。     

腰椎小关节不对称与椎间盘及小关节退变的关系

背景：腰椎小关节不对称与椎间盘退变程度之间的关系一直存在争议,并且国内在下腰痛患者中对小关节不对称与小关节退变程度之间关系的研究较少。 目的：调查分析腰椎小关节不对称在腰椎间盘退变与小关节退变过程中的作用。 方法：测量312例下腰痛患者共936个脊柱功能单位的小关节角度差值,差值<7°定义为小关节对称,差值≥7°定义为小关节不对称。对936个脊柱节段的椎间盘退变程度及小关节退变程度进行分级。 结果与结论：①小关节是否对称在年龄及性别上差异无显著性(P > 0.05)。②小关节不对称与椎间盘退变程度之间无显著关联(P > 0.05)。③在L4~L5节段小关节不对称组比小关节对称组的小关节退变程度更重(P < 0.01)。提示小关节不对称与椎间盘退变无明显影响,但在腰椎活动度最大的L4~L5节段,小关节不对称可能会引起小关节的退变。