寰枢椎后路柔性固定的生物力学研究

目的分析细棒、PEEK棒固定对寰枢关节稳定性的影响。方法采用6具新鲜成人枕骨(occipital bone,Oc)~颈椎C4节段进行测试,模拟以下手术及固定状态:①完整状态;②损伤状态:枢椎齿状突II型骨折;③坚强固定:寰枢椎均采用普通椎弓根螺钉固定,直径3.5 mm钛棒连接;④PEEK棒:直径3.5 mm的PEEK棒连接;⑤细棒:直径2.0 mm钛棒连接。采用重复测量实验设计,在完整、损伤和不同的固定状态下,通过脊柱试验机对标本分别施加1.5 N·m的前屈/后伸、左/右侧弯和左/右轴向旋转的纯力偶矩。采用Optotrak三维运动测量系统连续采集标本运动,分析寰枢椎之间角度运动范围和中性区。结果采用直径3.5 mm的钛棒,2.0 mm的细棒以及3.5 mm的PEEK棒固定后,在前屈、后伸、侧弯和旋转方向上均显著减小了固定节段的运动范围(P<0.05)。直径3.5 mm和2.0 mm的棒固定后的运动范围,在各个方向上无显著性差异。PEEK棒固定的运动范围仅在侧弯方向上大于坚强固定(P=0.005),其他方向无显著性差异。3种固定方式在屈伸、侧弯和旋转方向上均显著减小了固定节段的中性区(P<0.05)。各种固定方式之间相比较,无显著性差异(P>0.05)。结论在寰枢关节采用直径2.0 mm的细棒固定,与坚强固定的稳定性相当。采用直径3.5 mm的PEEK棒固定,在前屈、后伸、旋转方向上与坚强固定的稳定性相当,在侧弯方向上弱于坚强固定。     

第Ⅲ代经口寰枢椎复位钢板系统三维稳定性评价

目的　对比经口寰枢椎复位钢板固定系统(TARP)与后路椎弓根钉棒固定系统的三维生物力学稳定性,为临床应用提供实验依据。 方法 6具新鲜上颈椎尸体标本（C0~3）,随机分为正常组、　TARP组、后路钉棒组。每组标本均利用美国魔神运动分析技术公司步态分析系统（Motion Analysis, co. 6Eagle系统）测量屈伸、侧屈、旋转各个方向的运动范围（ROM）,并进行统计学分析。 结果　前路TARP钢板组与后路椎弓根钉棒组在屈伸、侧屈、旋转各个方向上与完整标本差异显著。前路TARP钢板组与后路椎弓根钉棒组在屈伸、侧屈、旋转各个方向均无显著差异。 结论　前路TARP固定系统具有与后路椎弓根钉棒固定系统相当的三维稳定性,具有良好的生物力学性能,前路TARP系统可作为寰枢椎可靠内固定的选择方法之一。     

寰枢关节后路动态固定的生物力学研究

目的探讨动态固定(转动钉、滑动钉)对寰枢关节稳定性的影响。方法用6具新鲜成人枕骨(Oc)～颈椎(C4)节段进行测试,分别模拟完整状态、损伤状态、坚强固定、转动钉固定、滑动钉固定。采用重复测量的实验设计,在完整、损伤和不同固定状态下,通过脊柱试验机对标本分别施加1.5 N·m前屈/后伸、左/右侧弯和左/右轴向旋转纯力偶矩。三维运动系统测量寰枢椎运动,分析比较固定节段角度的运动范围(range of motion,ROM)和中性区(neutral zone,NZ)。结果损伤状态下,寰枢关节ROM在前屈、后伸、侧弯和旋转方向上均显著增加,产生了寰枢关节不稳。在前屈、后伸、侧弯和旋转方向上,坚强固定和动态固定后ROM均显著减小。与坚强固定比较,动态固定仅在侧弯方向上ROM较大。动态固定显著减小了在屈伸、侧弯和旋转方向上的NZ,且与坚强固定之间的差异无显著性。结论寰枢关节动态固定后,在前屈、后伸和旋转方向上的稳定性与坚强固定相当,但在侧弯方向上较弱。动态固定能够维持寰枢关节的相对稳定。     

单侧椎弓根钉棒固定单节段腰椎及其邻近节段生物力学研究

目的分析单侧椎弓根钉棒固定对单节段腰椎的生物力学稳定性及其对邻近节段活动度的影响。方法新鲜成人尸体腰椎标本6具,测定L4～5不稳固定节段及其上下邻近节段屈伸、左右侧弯、左右旋转6个方向ROM,按4组顺序依次测试:A组(完整组);B组(模拟L4～5不稳组);C组(单侧椎弓根钉棒固定+椎间单枚cage);D组(双侧椎弓根钉棒固定+椎间单枚cage)。结果L4～5节段除左侧弯外,C组与D组相比各运动方向ROM差异无统计学意义(P0.05);L3～4、L5～S1节段除左、右侧弯外,C组与D组相比各运动方向ROM差异无统计学意义(P0.05)。结论单侧椎弓根钉棒固定对单节段腰椎在大部分运动方向上具有与双侧固定相似的即刻稳定性,邻近节段侧弯活动度较双侧固定后更少。     

经口前路寰枢椎侧块关节融合器的力学稳定性评价

目的　评价经口前路寰枢椎侧块关节融合器在前路经口寰枢椎复位固定钢板（TARP）及后路寰枢椎椎弓根钉棒（后路C1-C2钉棒）固定下的力学稳定性,为临床应用提供理论依据。  方法　采用自行设计的经口前路寰枢侧块关节融合器,将6具新鲜上颈椎标本,随机分为完整对照组(M)、前路TARP+髂骨块组(A1)、前路TARP+cage组(A2)、后路C1-C2钉棒＋髂骨块组(B1)、后路C1-C2钉棒＋cage组(B2)。 利用Motion Analysis, co.6 Eagle系统对屈伸、侧屈、旋转方向运动范围（ROM）进行测量,并行统计学分析。  结果　相同固定方式组间比较,cage组比髂骨块组运动范围更小,屈伸方向稳定性依次为A2＞B2＞A1＞B1, 其中A1与A2比较, 有显著性差异（P=0.0125）, B1与B2比较, 有显著性差（P=0.0132）;相同置入物组间比较, 前路TARP与后路C1-C2钉棒固定力学稳定性无显著性差异(P>0.05)。  结论　寰枢椎融合术中使用cage比髂骨块具有更好的三维稳定性、理论上能够提高寰枢椎融合率,减少并发症。     

寰枢椎后路二种内固定技术的三维稳定性评价

目的:对比寰枢椎椎弓根螺钉固定系统与枢椎椎弓根螺钉联合寰椎椎板钩固定系统的生物力学稳定性,为临床应用提供实验依据。方法:新鲜颈椎标本6例,损伤齿突基底部,建立寰枢椎失稳模型,在脊柱三维运动实验机上先测量失稳寰枢椎的三维运动范围,再在失稳模型上对每具标本进行两种内固定:C1椎弓根螺钉 C2椎弓根螺钉的钉棒内固定系统,C1椎板钩 C2椎弓根螺钉的钉棒钩内固定系统,测量二种不同固定方法的寰枢椎三维运动范围,比较两种状态下的寰枢椎稳定状况。结果:C1椎弓根螺钉 C2椎弓根螺钉的钉棒内固定与C1椎板钩 C2椎弓根螺钉的前屈、后伸、左右侧屈无显著性差异,左右旋转C1椎弓根螺钉组优于C1椎板钩组。结论:两种寰枢固定方法:C1椎弓根螺钉 C2椎弓根螺钉固定系统在抗左右旋转方面较C1椎板钩 C2椎弓根螺钉固定系统的稳定性优越,临床上应优先选择C1、C2椎弓根螺钉固定方法,当C1椎弓根过于细小时可选用C1椎板钩 C2椎弓根螺钉的固定技术。     

一种新型寰枢椎后路动态固定系统的稳定性研究

目的 　评价新型寰枢椎后路动态固定系统的稳定性。 方法　8具较新鲜的成人枕颈标本（C0~4）,随机分成4组：①完整状态组（A组）、②寰枢椎不稳状态组（B组）、③寰枢椎后路动态固定状态组（C组）和④寰枢椎后路椎弓根螺钉固定状态组（D组）。测量在1.50 Nm的力矩下,寰枢关节前屈/后伸,左/右侧弯和左/右旋转等6种运动方式下的运动范围（ROM）及稳定性指数（Sf值）,进行统计学分析。 结果　C组与A组的各方向ROM比较,差异无统计学意义（P>0.05）;而C组与D组的各方向ROM比较,差异有统计学意义（P<0.001）。C组与B组和D组的屈伸、侧屈和旋转的稳定性指数（Sf值）比较,差异有统计学意义（P<0.05）;C组的屈伸、侧屈和旋转的Sf值最接近完整状态组（A组）,差异无统计学意义（P>0.05）。 结论　寰枢椎后路动态固定在重建寰枢关节稳定性上有独特优势,既可维持寰枢椎的活动性,又可达到坚强固定的稳定性,为寰枢椎后路固定提供一种新的选择。     

CT数字重建技术测量经骶椎后方骶髂关节螺钉固定应用解剖参数

目的 测量经骶椎后方骶髂关节螺钉（sacroiliac screw passing the back of sacrum,SISPTBOS）固定的相关解剖参数,为临床应用提供依据。 方法 分析32例骨盆正常的成人三维CT重建图像,观察SISPTBOS钉道范围,采用CT数字重建技术模拟植入SISPTBOS,测量钉道有关解剖参数,包括钉道长度（L）、进针点与S1上关节中央的距离（M1）、出针点与髋臼后上缘的距离（M2）、前倾角（e）、外倾角（f）、矢状面安全角（a）、冠状面安全角（b）、矢状面钉道最小直径（d1）和冠状面钉道最小直径（d2）。 结果 钉道内侧壁为弓状线,外侧壁为椎管后外侧壁和髂骨外层,下壁为S1骶孔与坐骨切迹的连线,上壁为骶骨翼斜坡、骶髂关节表面和大骨盆底部。L为（11.90±1.62） cm,M1为（2.07±1.40） mm,M2为（4.78±2.57） mm,e为（57.97±4.28）°,f为（54.89±5.13）°,a为（11.45±2.73）°,b为（7.46±1.34）°,d1为（8.57 ± 0.99）mm,d2为（6.75±0.84） mm。男女比较,仅e和f存在显著性差异（P<0.05）。 结论 可选择直径5.0~6.0 mm、长度9~10 cm螺钉作为SISPTBOS固定。该通道植入螺钉可行,较为安全。     

下颈椎经前路椎弓根置钉的应用解剖学研究

目的　为下颈椎前路椎弓根螺钉内固定技术(anterior transpedicular screw fixation, ATPS）的推广提供相关应用解剖学参数。 方法　随机选取30例成人正常颈椎CT影像学资料,将扫描数据导入MIMICS 13.0软件,测量C3~7椎体相关解剖学参数及颈前路椎弓根内固定（ATPS）的置钉参数,并统计分析。 结果 得到选择最佳进钉点及通过最佳进钉通道所测得的置钉参数。经测量得出,C3~7椎弓根的高度要大于宽度,可以容纳最大直径4.5 mm的螺钉,进钉长度可达30 mm。 结论 ATPS作为一种新的内固定技术可以应用于下颈椎疾患的治疗中。对某些颈椎疾患如肿瘤、严重骨质疏松及颈椎三柱损伤等疾患的治疗,可能提供更好的帮助。     

不稳定Hangman骨折颈椎前后路融合金属植入物内固定方式的对比

背景：对于Hangman骨折,采用颈前路融合钢板置入内固定和后路C2椎弓根、C3侧块钉棒置入内固定,目前存在争议。 目的：比较颈前路融合钢板置入内固定和后路C2椎弓根、C3侧块钉棒置入内固定治疗Hangman骨折的临床效果。 方法：将26例Hangman骨折患者按随机数字表法分为2组,分别行颈前路减压植骨钛合金钢板置入内固定与后路C2椎弓根、C3侧块钉棒置入内固定治疗。 结果与结论：与后路C2椎弓根、C3侧块钉棒置入内固定治疗比较,颈前路减压植骨钛合金钢板置入内固定治疗手术时间更短,术中出血与术后引流量更少(P < 0.05)。两组术中、术后并发症差异无显著性意义。提示与颈椎后路手术内固定相比,颈椎前路融合植入物内固定手术治疗Hangman骨折手术时间短,术中出血量少,术后颈椎功能恢复良好。     

两种不同椎弓根螺钉内固定术式对腰椎稳定性影响的生物力学对比研究

目的　通过腰椎双侧椎弓根螺钉内固定与单侧椎弓根螺钉结合对侧关节突螺钉固定两种不同内固定生物力学对比,为临床在腰椎内固定手术术式提供支持。 方法　采用4具新鲜人体标本的L4、5脊柱功能单元,在生物力学试验机上分别测量每具标本手术前、双侧椎弓根螺钉固定后、单侧椎弓根螺钉固定结合对侧关节突螺钉固定后,在前屈、后伸、左右旋转及左右侧弯状态下的活动范围（range of motion, ROM）。 结果　双侧椎弓根螺钉与单侧椎弓根螺钉结合对侧关节突螺钉两种内固定方式的6个方向的活动范围均小于术前,差异具有统计学意义（P <0.05）。与双侧椎弓根螺钉固定相比,单侧椎弓根螺钉结合对侧关节突螺钉在前屈、后伸、左侧（关节突螺钉侧）弯、右侧(椎弓根螺钉侧)旋状态下的活动范围差异无统计学意义（P >0.05）,在右侧弯及左侧旋状态下的活动范围差异具有统计学意义（P <0.05）。 结论　两种不同内固定方式均可明显增强腰椎功能单元稳定性,其中,单侧椎弓根螺钉结合对侧关节突螺钉固定相比较于双侧椎弓根螺钉固定,在左旋（关节突螺钉侧）及右侧弯（椎弓根螺钉侧）活动状态下略差。     

3种不同后路内固定方式及其横连治疗胸腰段骨折的力学性能比较

目的比较3种不同后路内固定方式及其有无横连杆治疗胸腰段骨折的生物力学性能差异,寻找最优化的后路内固定方式。方法在已验证的正常T12~L2有限元模型基础上,模拟L1椎体爆裂性骨折。将T12椎体上半皮质骨切除并赋予内部松质骨损伤材料属性,分别建立无、有横连杆经伤椎单侧螺钉(模型A1、A2)、常规短节段(模型B1、B2)和经伤椎双侧螺钉(模型C1、C2)6种内固定模型。分别比较6组模型在各种生理应力下的活动范围(range of the motion,ROM)以及螺钉和棒的最大Von Mises应力情况。结果在屈伸和侧屈应力下,经伤椎单侧和双侧螺钉内固定模型组ROM均明显小于常规短节段内固定组;而经伤椎单侧和双侧螺钉内固定组,在屈伸应力下两者ROM无显著差异,在侧屈应力下经伤椎双侧螺钉模型的稳定性优于经伤椎单侧螺钉固定。应力主要集中在上位螺钉钉尾和上位螺钉与伤椎螺钉之间的棒体,经伤椎双侧内固定组上位螺钉最大应力明显低于经伤椎单侧和常规短节段内固定组螺钉最大应力。横连可增加各内固定组在扭转应力下的稳定性,也可降低上位螺钉和棒在扭转应力下的最大应力,而屈伸和侧屈应力下螺钉和棒的最大应力未见明显差异。结论经伤椎置钉后路内固定可获得较好的生物力学稳定性,且添加横连不仅能改善构型扭转刚度,而且能降低螺钉和棒的最大扭转应力,是治疗胸腰椎不稳定骨折良好选择。     

对带横连杆的椎弓根钉固定胸腰段脊柱骨折(T11～L3)的稳定性评价

目的评价带横连杆椎弓根钉固定胸腰椎骨折后脊柱的稳定性。方法将新鲜小牛胸腰椎标本(T11～L3)用椎体楔行切除法在L1椎体上制作严重压缩性骨折模型,部分骨折标本作带或不带横连杆的椎弓根钉内固定。这样共有4种脊柱标本:(1)正常标本;(2)未固定骨折标本;(3)用带横连杆椎弓根钉固定的骨折标本;(4)用不带横连杆椎弓根钉固定的骨折标本。用三维激光扫描仪依次测量各脊柱标本在前屈-后伸、左-右侧屈和左-右旋转6个方向的运动范围,然后将其标准化为稳定指数以比较4种标本的差异。结果与未固定骨折标本相比,两种固定均能显著提高损伤脊柱在各个运动方向的稳定性。带横连杆椎弓根钉固定的骨折标本稳定性虽优于无横连杆固定,但无统计差异。结论椎弓根钉内固定,无论有无横连杆,均能有效提高损伤脊柱的稳定性,而横连杆似乎未能进一步增加稳定效果。     

传统与皮质骨轨迹椎弓根螺钉内固定术的生物力学对比

目的 比较皮质骨轨迹(cortical bone trajectory, CBT)和传统轨迹(traditional trajectory, TT)椎弓根螺钉内固定对正常和骨质疏松性脊柱活动度(range of motion, ROM)和钉棒系统受力的影响。方法 建立正常骨质和骨质疏松腰椎L3～S1有限元模型,使用两种轨迹的螺钉钉棒系统对L4～5节段进行内固定,分别模拟人体前屈、后伸、左右侧弯和左右旋转6种生理载荷,对比两种内固定术式对正常和骨质疏松脊柱ROM和螺钉最大等效应力的影响。结果 对于两种骨质情况,相比于未置钉的节段模型,CBT和TT手术均显著降低了固定节段(L4～5)和下腰椎整个节段(L3～S1)ROM;但是,CBT组较TT组ROM下降的幅度略小,两者在屈伸时相近,而在侧弯和轴向旋转时差别明显;此外,在正常骨质模型和骨质疏松模型中,CBT组螺钉最大等效应力均较TT组有明显增加,正常骨质模型中CBT组螺钉最大等效应力在屈伸、侧弯、轴向旋转时比TT组分别提高27%、268%、58%。但在同时采用CBT技术时,骨质疏松模型较正常骨质模型有更小的螺钉应力分布。结论 骨质疏松条件下,...     

微创椎间融合不对称固定的稳定性和椎体应变分布研究

目的研究腰椎微创经椎间孔椎体间融合术(MI-TLIF)不对称内固定条件下节段稳定性和椎体前柱应变分布特点。方法采用新鲜小牛腰椎标本8例,完成L4~L5节段完整状态测试后建立TLIF手术损伤模型,分别测试右侧椎弓根螺钉固定(UPS)、右侧椎弓根螺钉加对侧经关节突椎弓根螺钉(UPS+TFPS)固定、双侧椎弓根螺钉固定(BPS)状态的三维运动范围(ROM),同时在L4椎体前柱表面用电阻应变片技术测量在前屈和侧弯运动中电阻应变数据。结果 UPS+TFPS和BPS固定状态的稳定性效果接近,UPS固定抗旋转稳定性不足。UPS+TFPS固定后椎体前柱应变在前屈和侧弯运动下较BPS固定分别增加21.8%和24.2%。结论 UPS+TFPS固定提供有效稳定的同时可以实现更好的椎体-内植物载荷共享。     

螺钉F角对后路单节段固定稳定性的影响

目的　比较4组不同椎弓根螺钉置入方式对后路单节段固定生物力学稳定性的差异。方法　将24具新鲜小牛胸腰椎标本(T11~L3)分为4组,用椎体楔行切除法在L1椎体上制作严重压缩性骨折模型,用4组不同进钉角度行后路单节段椎弓根钉内固定,对固定后的标本施加频率为1.0Hz的前屈／后伸、左／右侧屈和左／右旋转疲劳载荷各3000次,经脊柱三维运动测量系统测量正常、损伤、固定和疲劳后4种状态下固定节段(T13~L1)前屈／后伸、左／右侧屈和左／右旋转运动范围,将其标准化为稳定指数后比较四组内固定方式在4种状态下6个载荷方向上稳定性的差异。结果　4组固定均能显著提高骨折模型在6个载荷方向上的稳定性(P<0.01),而且显著强于正常标本组(P<0.01),但四组间无显著性差异(P>0.05);疲劳试验后4组标本在6个载荷方向上的稳定性均小于各自疲劳试验前,但两者间无显著性差异(P>0.05),且4组间无显著性差异(P>0.05)。结论　只要保证螺钉在椎弓根及椎体内且伤椎螺钉避开骨折区域,螺钉的F角大小不会影响单节段固定的即刻稳定性及疲劳后稳定性。     

斜外侧椎间融合结合不同内固定方式治疗退变性腰椎侧凸的有限元分析

目的 运用三维有限元分析法验证斜外侧椎间融合(oblique lateral interbody fusion, OLIF)辅助不同内固定方式治疗退变性腰椎侧凸(degenerative lumbar scoliosis, DLS)的生物力学稳定性。方法 建立L1～S1三维有限元DLS模型(模型1),模拟L2～5连续三节段OLIF手术及其结合不同内固定方式,分别建立单纯OLIF(stand-alone OLIF)模型(模型2)、椎体钉棒固定模型(模型3)、单边椎弓根螺钉固定模型(模型4)和双边椎弓根螺钉固定模型(模型5)。在直立、前屈、后伸、左右侧弯、左右旋转工况下,记录并分析各模型融合节段活动度(range of motion, ROM)、融合器及内固定的应力及其分布情况。结果 6种运动工况下,模型2～5融合节段整体ROM均小于模型1;与模型1相比,模型3、4的ROM降幅大于模型2、小于模型5;前屈和后伸工况下,模型4与模型5的ROM降幅相仿;左右侧弯工况下,模型3与模型5的ROM降幅相仿。在所有运动工况下,模型3、4融合器应力峰值大于模型5、小于模型2;其中,模型3的L2～3、L3...     

前后路重建治疗II型Hangman骨折对颈椎稳定性的影响

目的评价颈前路C3椎体大部分切除、植骨融合钢板系统内固定术重建上颈椎稳定性的生物力学性能,并与临床常用的C2～3开槽植骨融合钢板内固定术、后路椎弓根螺钉内固定术作对比。方法 6例新鲜尸体上颈椎标本(含C2～4),在标本完整(完整组)、C2双侧椎弓峡部切断加C2～3前纵韧带切断加C2～3椎间盘切除(Hang-man骨折组)、后路C2双侧椎弓根螺钉内固定(后路固定组)、前路C2～3植骨融合内固定术(前路内固定组)以及前路C3椎体大部分切除、植骨融合钢板系统内固定术组(前路椎体切除+内固定组)状态下,依次用脊柱三维运动测量系统测试其C2～3、C3～4节段分别在0.5、1.5、2.5 N.m力矩下的运动范围(rage of motion,ROM),并行统计学分析。结果 (1)C2～3节段:前路内固定组和前路椎体切除+内固定组在0.5、1.5、2.5 N.m力矩载荷下的6个方向上,ROM值较完整,Hangman骨折组、后路固定组均明显减小(P<0.05),前路内固定组与前路椎体切除+内固定组间比较无显著性差异。后路固定组在各种载荷条件下6个方向ROM均较完整组大(P<0.05)。后路固定组在各种载荷条件下前屈和后伸时与骨折组无显著性差异,在所有载荷条件下左右旋转及2.5 N.m力矩载荷下左右侧屈时与骨折组间存在显著性差异(P<0.05)。(2)C3～4节段:除前路椎体切除+内固定组外,其余各组在各种载荷条件下6个方向ROM各组间无显著性差异。在各种载荷下前路椎体切除+内固定组6个方向ROM明显较其余各组小(P<0.05)。Hangman骨折组、后路固定组、前路内固定组中,虽然前路内固定组在各个方向上ROM较其他组略大,但无统计学意义。结论从生物力学观点来看,前路C3椎体大部分切除、植骨融合钢板系统内固定术固定伴有C2～3节段前纵韧带、椎间盘损伤的II型Hangman骨折较C2后路椎弓根螺钉固定更为适当和稳定,是治疗伴有C2～3椎间盘损伤的Ⅱ型Hangman骨折的一个合适选择。