以三维有限元分析两种方法L4/5椎间融合后的螺钉应力

背景：作者未查及使用三维有限元方法分析椎弓根螺钉内固定并自体髂骨植骨或椎间融合器植骨后螺钉应力情况的相关报道。 目的：在L₄~L₅节段有限元模型上建立椎弓根螺钉内固定并椎间双枚椎间融合器置入和椎弓根螺钉内固定并椎间自体髂骨植骨的模型,分析两种不同方法植骨后螺钉的应力分布情况。 方法：选择1名健康男性,年龄20岁,借助CT扫描和有限元软件,建立L₄~L₅节段的三维有限元模型。在验证有效的模型上建立后路椎弓根钉棒系统内固定+双枚椎间融合器植骨模型(模型A)和后路椎弓根钉棒系统内固定+椎间自体髂骨植骨有限元模型(模型B),然后在各模型上分别施加载荷,观察螺钉应力分布情况。 结果与结论：建立两种不同后路内固定并植骨融合术式三维有限元模型,在不同载荷情况下,发现模型B螺钉应力值均大于模型A,且差异具有显著性意义(P < 0.05),差值最大部位为螺钉尾部。结果提示后路椎弓根钉棒系统内固定+椎间自体髂骨植骨后更容易出现椎弓根螺钉断裂情况。     

PEEK棒椎弓根螺钉内固定系统的三维有限元分析

目的通过三维有限元方法,比较 PEEK 棒与钛棒两种固定系统的椎间应力、螺钉应力、相邻节段椎间盘的生物力学变化.方法建立 L3~L5的正常腰椎模型,在 Pro/E 软件中建立两种椎弓根螺钉系统模型.将两者组合构建 L4/5节段内固定系统模型,在同样的约束和载荷条件下,比较屈伸、侧屈、旋转三种运动状态下,植骨融合前后,两种内固定装置的生物力学特点.结果在植入 PEEK 棒和传统钛棒后,在植骨融合前后两种状态下,头侧 L3~L4相邻节段的纤维环和髓核应力 PEEK 棒组均较钛棒组降低.在植骨融合前 PEEK 棒组的椎间应力要更接近于正常的生理应力,PEEK 棒组内固定螺钉表面的应力在植骨融合前后均较小.结论 PEEK 棒与传统钛棒相比具有能减少内固定系统载荷与增加椎间植骨应力刺激、降低骨螺钉界面应力、减轻相邻节段载荷.     

单枚PEEK椎间融合器结合椎弓根螺钉治疗腰椎滑脱症

目的:探讨单枚PEEK椎间融合器结合椎弓根螺钉治疗腰椎滑脱症的手术疗效.方法:采用椎管减压、椎弓根螺钉复位固定、单枚PEEK椎间融合器植骨融合术治疗腰椎滑脱症26例,其中Meyerding分度为I度滑脱10例,II度滑脱16例; L4滑脱17例,L5滑脱9例.根据邹德威方法评价临床疗效.结果:术后随访4～24个月.26例均获得椎间骨性融合,融合时间5～12月.疗效评定为优20例、良4例、可2例、差0例,优良率为92%.结论:后路椎弓根内固定加PEEK椎间融合器治疗腰椎滑脱症,能达到良好的复位及牢固的固定,可保持椎间高度和恢复脊柱生物力学稳定性.     

原位及复位融合腰椎滑脱的三维有限元分析

背景：由于脊柱结构复杂,对复位或原位融合后融合的腰椎节段应力分布变化特点的精确生物力学分析一直是个难点。 目的：通过建立L₄/₅节段退变性滑脱原位椎间融合椎弓根钉内固定和复位椎间融合椎弓根钉内固定的三维有限元模型来比较腰椎滑脱原位融合和复位融合两种手术方式在各种载荷下的生物力学变化及其对腰椎稳定的影响。 方法：根据健康成年男性的下腰椎CT数据,利用mimics,Catia和Patran,Marc等软件建立起L₄/₅节段的三维有限元模型,利用此模型模拟退变性腰椎滑脱,在此基础上建立L₄/₅节段原位椎间融合椎弓根钉内固定和复位椎间融合内固定模型,分析两模型在各种载荷下的应力分布特点,并比较异同。 结果与结论：L₄/₅节段退变性滑脱原位椎间融合椎弓根钉内固定和复位椎间融合椎弓根钉内固定三维有限元模型在前屈后伸侧屈旋转负荷下,该节段各部结构,包括椎体,椎弓根钉内固定器和椎间融合器上的应力变化没有显著差异。两模型都显示椎间融合器和椎弓根螺钉内固定器上分布的应力最大。结果表明退变性腰椎滑脱,行原位椎间融合内固定和复位椎间融合内固定后,复位与否对该节段生物力学没有显著影响。     

腰椎间融合后路非对称与对称固定螺钉应力的有限元比较

背景：经椎间孔腰椎间融合非对称固定的生物力学稳定性研究,发现固定效果与双侧椎弓根螺钉接近,可满足临床应用所需生物力学要求。经关节突椎弓根螺钉参与经椎间孔腰椎间融合非对称固定的螺钉力学安全性又会怎样呢？ 目的：建立L₄-₅功能节段左侧经椎间孔腰椎间融合后,分别予以同侧椎弓根螺钉+对侧经关节突椎弓根螺钉、同侧椎弓根螺钉+对侧经椎板关节突螺钉及双侧椎弓根螺钉固定的三维有限元模型,施加相同的载荷,分析不同运动状态下螺钉应力分布特点,比较3种螺钉应力状况。 方法：对一成人正常L₄-₅椎节段标本、椎间融合器、椎弓根螺钉和皮质骨螺钉进行64排螺旋CT 扫描,通过Mimics11.1建立左侧经椎间孔腰椎间融合后3种内固定组合(同侧椎弓根螺钉+ 对侧经椎板关节突螺钉、同侧椎弓根螺钉+对侧经关节突椎弓根螺钉及双侧椎弓根螺钉固定)的几何模型,利用Simpleware3.1软件分别建立三维有限元模型,模拟500 N\6 Nm载荷下前屈、后伸、左\右侧弯、左\右侧旋等6种运动状态,用Abaqus6.8软件进行螺钉应力变化和分布特点分析。 结果与结论：由于经椎间孔腰椎间融合入路切除了左侧关节突,造成内植物应力分布不对称,对弹性模量大的内固定器械—椎弓根螺钉应力影响最大,尤其是在左旋运动时。在不对称组合内固定中,由于关节突关节螺钉的使用,使对侧椎弓根螺钉应力相应增加,以左旋运动时尤为明显,但关节突关节螺钉断裂的危险性增高不明显。提示为降低螺钉断裂的风险,经椎间孔腰椎间融合后路3种组合内固定均应严格限制旋转运动,尤其是关节突切除侧的旋转运动。     

模拟L_(4,5)椎间盘脱出前路植入两种椎间融合器压缩应力应变的分析

以应变电测量的方法研究二种椎间融合器植入L4,5椎间隙后,相邻节段各测点的应变、应力分布规律,对比分析两种椎间融合器植入L4,5椎间隙后对相邻节段应力、应变的影响。取3月龄,体重90～100kg小牛腰椎(L2,5)标本15个,15个标本随机分成正常对照组5个、L4,5椎间盘摘除植入异种骨园柱形椎间融合器组5个、L4,5椎间盘摘除植入异种骨扁方形椎间融合器组5个。分别在每个标本L4,5间隙相邻节段(前面和后面)不同部位粘贴电阻应变片,在压缩状态下测量各组标本各测点的应变值。植异种骨园柱形椎间融合器和植异种骨扁方形柱椎间融合器组各测点应力大于正常对照组(P<0.05),植异种骨园柱形椎间融合器各测点应变、应力值大于植异种骨扁方形椎间融合器组(P<0.05)。椎间盘摘除椎间融合器植入后,在压应力作用下,相邻节段发生了变化,椎体间融合器植入后,对限制相邻节段应力变化,起了较大作用,扁方形椎间融合器效果更好。椎体间融合器植入后,相邻节段应力发生变化是引起邻近节段退变的重要原因。     

不同钉棒内固定方式在腰椎侧路融合中的有限元力学分析

背景：考虑到脊柱固定的稳定性，目前临床在进行侧路椎间融合时大多采用后路双边椎弓根螺钉固定的手术方式，且多数为两期手术完成。侧卧位的后路单侧、侧方椎体钉棒固定的固定方式，也有可能会提供较好的力学稳定性，所带来的手术时间缩短、风险与花费降低等获益考量值得进一步研究。目的：比较4种不同侧路椎间融合内固定方式的生物力学特性。方法：建立正常L_3-5有限元模型，在验证其有效性基础上模拟4种不同内固定方式，即后路双侧椎弓根螺钉+侧路融合模型(Model A)、后路单侧椎弓根螺钉+侧路融合模型(Model B)、侧路双侧螺钉+侧路融合模型(Model C)及侧路单侧螺钉+侧路融合模型(Model D)。分别比较各模型在生理活动范围下的稳定性、螺钉内固定和椎间融合器的应力差异。结果与结论：(1)对所有重构模型，在融合节段(L_4-5)的活动范围均显著下降，Model A的活动范围下降更明显；(2)在模型的屈伸、侧屈和轴向旋转运动状态，侧路置钉的峰值应力与后路置钉的峰值应力的差异分别超过67.74 MPa、80.10 MPa和43.95 MPa；(3)在不同重建模...     

两种内固定物置入增强前路椎间融合后腰椎即刻稳定性的差异

背景:腰椎前路自锁定椎间融合器SynFix-LR与前路钢板和后路椎弓根螺钉比较,其操作更简单、创伤更少,而且其前方0切迹设计降低了血管损伤的风险。如果前路椎间融合后以SynFix-LR固定与后路椎弓根螺钉固定在生物力学上相似,那么在避免后路手术入路的情况下就可以达到同样的脊柱稳定的效果。目的:比较前路椎间融合后以前路自锁定椎间融合器固定和后路椎弓根螺钉固定后腰椎即刻稳定性的差异。方法:选用15具新鲜小牛腰椎标本,模拟临床建立前路椎间融合后SynFix-LR固定模型和后路椎弓根螺钉内固定模型,在脊柱三维运动测试机上测试两种内固定模型生物力学特性上差异。结果与结论:行单纯前路椎间融合后,腰椎的稳定性比完整标本有明显的下降。以SynFix-LR固定和后路椎弓根螺钉固定都能有效地增加腰椎前路椎间融合的初始稳定性,而且两种固定增加脊柱稳定性的效果之间在统计学上没有显著性区别,因此认为SynFix-LR是较理想的前路椎间融合固定器械,可以在一定范围内用于临床。     

单枚Cage 行经椎间孔腰椎椎间融合术的有限元分析

探究单枚融合器行经椎间孔腰椎椎间融合术的植入位置对单侧椎弓根螺钉固定腰椎生物力学特性的影响。本研究建立人体腰椎L_4～5节段融合器不同植入位置的经椎间孔腰椎椎间融合术式模型,采用有限元方法比较分析各模型在前屈、后伸、左右侧弯和左右轴向旋转工况下,腰椎活动范围、椎间融合器和椎弓根螺钉系统的应力分布等生物力学特征。结果表明,各术式模型中融合节段的活动范围均较无损模型至少降低82%,融合节段稳定性显著提高。椎间融合器和椎弓根螺钉的应力分布随工况和融合器放置位置不同而存在差异,融合器距离椎弓根螺钉系统越远,融合器和椎弓根螺钉的等效应力值就越大。因此,从腰椎融合稳定性及内固定应力峰值来看,融合器入路侧植入时融合器和椎弓根螺钉两者结合达到相对较好的术式效果。     

异种骨椎间融合器附加椎弓根钉行后路腰椎椎体间融合术的生物力学分析

目的 设计研制了一种异种骨腰椎融合器,并进行生物力学测试,为临床提供生物力学参数.方法 取24具新鲜成年男性L3-L5腰椎标本,分别对L3-L5(正常组)、模拟后路间盘L3,4摘除置融合器(对照1组)、模拟后路间盘L3、4、L4、5摘除置融合器(对照2组)、模拟后路间盘L3、4摘除置融合器附加椎弓根钉固定(对照3组)、模拟后路间盘L3、4、L4、5摘除置融合器附加椎弓根钉固定(对照4组)进行前屈、后伸、扭转、轴向压缩和腰椎移位时融合器的最大拨出力实验,还对以上各组标本进行了黏弹性实验.结果 得出了各组标本前屈、后伸、轴向压缩、扭转和应力松弛、蠕变力学性能指标.结论 所设计的椎间融合器和椎弓根钉固定椎体后具有较好的抗压、抗扭、屈伸等能力.     

单侧腰椎弓根螺钉及经椎板关节突螺钉固定与双侧固定的比较

背景：经椎板关节突关节螺钉固定、椎间植骨融合治疗脊柱疾患是一种独特的固定方法,可用于退变性腰椎的融合。 目的：比较采用微创经腰椎间孔椎体融合联合单侧椎弓根螺钉及经椎板关节突螺钉固定与常规开放后路腰椎体间融合术联合双侧椎弓根螺钉固定治疗下腰痛疾病的临床效果。 方法：纳入2010年6月至2012年6月于武警广东总队医院就诊的腰椎间盘突出伴腰椎轻度不稳患者49例,均采用后路减压椎间融合器植骨内固定治疗。其中24例采用微创经椎间孔椎体融合术联合单侧椎弓根螺钉及经椎板关节突螺钉固定,25例采用常规开放后路腰椎体间融合术联合双侧椎弓根螺钉固定,比较两种固定方法的临床疗效。 结果与结论：两种固定方法术后椎体融合率、日本矫形外科协会评分及疼痛目测类比评分改善率差异均无显著性意义(P > 0.05)。可见对无严重不稳的单节段退变性腰椎疾病患者,两种治疗方法的效果相当,均能有效提高椎间融合率,使小关节稳定,解除临床症状,门诊随访满意。但采用微创经椎间孔椎体融合术联合单侧椎弓根螺钉及经椎板关节突螺钉固定的患者手术切口长度、手术时间、术中出血量、术后切口引流液量明显减少(P < 0.05),说明该方法具有创伤小、操作简单的优势。     

Cage椎弓根内固定联合自体颗粒骨打压植骨的即时生物力学稳定性

背景：自体骨移植结合椎间融合器联合椎弓根螺钉常运用于椎体融合,但单纯颗粒骨打压联合椎弓根钉的临床生物力学研究报道不多。 目的：比较后路自体颗粒骨打压植骨内固定及Cage内固定的即时生物力学稳定性。 方法：利用腰椎后路附件逐级破坏和椎间盘切除制作腰椎不稳模型。12具猪腰椎标本随机分为两组：打压植骨结合椎弓根螺钉内固定组(实验组),Cage结合椎弓根螺钉内固定组(对照组)。使用脊柱三维运动测试机模拟人体对两组标本在正常、不稳、融合3个状态下进行前屈、后伸、左右侧屈、左右旋转等各个活动的生物力学测试,三维激光扫描仪测定不同载荷下不稳节段的运动范围。 结果与结论：正常状态下,两组间L2~3节段各方向运动范围差异无显著性意义(P > 0.05),说明两组标本均衡性好,具有可比性;与正常状态相比,两组不稳状态各方向运动范围亦明显增加(P < 0.05);融合后对照组L2~3节段椎间各方向运动范围均较实验组小,但差异无显著性意义(P > 0.05)。说明自体颗粒骨打压植骨内固定与Cage内固定均能明显提高脊柱的即时生物力学稳定性,而且两组对于改善脊柱稳定性无显著性差异。     

腰椎单侧椎弓根螺钉固定并椎间融合的生物力学研究

目的：分析腰椎单侧椎弓根螺钉固定并椎间融合的生物力学性能,为临床应用提供理论依据.方法：采用6具新鲜成人脊柱腰骶段（L3～S1）标本,分别测试8 Nm载荷情况下完整标本（正常组）、单侧椎弓根螺钉内固定（螺钉组）、单侧椎弓根固定并单侧椎板减压（减压组）和单侧椎弓根螺钉固定并椎间融合（融合组）等四种状态下固定椎体的活动范围,并比较其生物力学的稳定性.结果：在8 Nm的纯力矩偶载荷下,减压组的屈伸、侧弯和旋转等3种活动范围均最大,其余按活动范围由大到小依次为正常组、螺钉组和融合组,4组间差异有统计学意义（P＜0.05）;螺钉组和融合组的3种活动范围组间差异无统计学意义（P＞0.05）,但均小于正常组（P＜0.05）.结论：单侧椎弓根螺钉固定并椎间融合可以提供良好的生物力学稳定性,可作为腰椎退行性疾病的治疗选择.     

骨水泥加固椎弓根螺钉的生物力学特性

背景：由于骨质原因及结构特点导致椎弓根螺钉经常出现把持力下降,从而发生松动、拔出,导致内固定失败,因此提高椎弓根螺钉的稳定性显得尤为重要。 目的：检测可注射骨水泥空心椎弓根螺钉椎弓根螺钉生物力学稳定性,为优化骨水泥使用量提供参考。 方法：选取7具新鲜成人尸体T₁₁-L₄椎体标本共40个椎体,随机分为可注射骨水泥空心椎弓根螺钉及DTPS^TM椎弓根螺钉组,各20个,置钉后分别注入1,2,3,5 mL骨水泥,通过影像学观察骨水泥弥散分布情况,并测得最大轴向拔出力进行比较。 结果与结论：骨水泥用量为1-3 mL时,可注射骨水泥空心椎弓根螺钉组螺钉平均最大轴向拔出力显著高于DTPS^TM组(P < 0.05)。骨水泥用量为5 mL时,2组平均最大轴向拔出力差异无显著性意义(P > 0.05)。可注射骨水泥空心椎弓根螺钉组的直线回归方程为Y=25.269X+133.681(R²=0.837),DTPS^TM椎弓根螺钉组的直线回归方程为Y=32.039X+99.251(R²=0.936)。骨水泥用量在1-5 mL时,2组螺钉最大轴向拔出力与骨水泥量高度正相关(|R| > 0.8)。说明骨水泥强化椎弓根螺钉可显著提高螺钉稳定性,椎弓根螺钉最大轴向拔出力与骨水泥使用量呈高度正相关,可注射骨水泥空心椎弓根螺钉在达到满意的内固定强化效果同时,减少骨水泥使用量,降低了骨水泥泄漏风险,相比DTPS^TM椎弓根螺钉更具有优势。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程     

上胸椎椎弓根螺钉钉道与椎前重要结构解剖位置的CT评价

背景：上胸椎周围结构复杂,椎弓根横径相对较小,椎体前方存在重要组织脏器,螺钉偏离轴线或螺钉过长,置钉的安全性和有效性得不到保障,有必要对其周围重要结构做一了解。 目的：分析上胸椎椎弓根螺钉轴线与椎体前重要毗邻结构的解剖位置关系。 方法：对30例健康成人志愿者进行T₁-T₄平行椎弓根轴线CT扫描,观察椎弓根螺钉沿椎弓根轴线置入时椎体前方食管、气管、主动脉弓、颈动脉、椎动脉等结构的位置,测量每一椎体两侧椎弓根轴线与这些结构的最短距离。采用配对t检验进行分析。 结果与结论：共240个测量参数被分析,T _1-3左侧椎弓根轴线与食管距离小,T₂左侧椎弓根最小;T _2-4右侧椎弓根轴线与气管距离小;T₃,T₄右侧椎弓根轴线与右主支气管距离小;颈动脉和椎动脉无损伤的危险性。62%的患者主动脉弓在T₄平面,且无损伤危险性。提示左侧椎弓根螺钉易损伤食管,右侧椎弓根易损伤气管,颈动脉、椎动脉和主动脉弓不易损伤。上胸椎椎弓根螺钉置入前仔细分析CT数据可以确定易损伤结构的解剖位置。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程全文链接：     

单纯后路双侧截骨并椎弓根钉置入矫形植骨融合内固定修复脊柱结核伴 严重后凸畸形的生物力学特点

背景：对于大于40°的脊柱结核畸形、脊髓或马尾、神经根受压及不稳定者行开放手术指征是明确的,经后路行切开病灶清除,植骨,矫形融合内固定是理想的治疗方法。 目的：分析后路脊椎双平面截骨矫形、病灶清除植骨融合、椎弓根钉置入内固定治疗脊柱结核伴严重后凸畸形的临床结果及其生物力学特点。 方法：回顾性分析2009-01/2010-01接受一期后路脊椎双侧截骨矫形、病灶清除植骨融合、椎弓根钉置入内固定治疗脊柱结核伴严重脊柱后凸畸形9例患者的临床资料。 结果与结论：9例均安全渡过围手术期,获随访12(8~16)个月,未见结核复发,均骨性融合,末次随访Cobb角及疼痛目测类比VAS评分均较治疗前明显改善(P < 0.01),植骨融合时间8.5(5~14)个月。说明后路脊椎双平面截骨矫形、病灶清除植骨融合、椎弓根钉置入内固定治疗脊柱结核伴严重后凸畸形配合正确的抗痨治疗,可取得优良的临床疗效及生物力学效果。     

后路腰椎椎间融合中应用皮质骨螺钉与椎弓根螺钉疗效比较的Meta分析

文题释义：椎弓根螺钉固定：是目前腰椎融合术的金标准，被广泛应用于治疗退行性病变、滑脱、侧弯畸形、肿瘤、骨折等各类脊柱疾病。然而，后路腰椎椎间融合术中植入椎弓根螺钉时需要对软组织进行广泛剥离及牵拉，术中暴露及置钉时易侵犯邻近小关节，同时与皮质骨接触面积有限、转矩较小。 皮质骨螺钉固定：皮质骨螺钉的进钉点较椎弓根螺钉更靠近中线棘突，所需术野暴露及软组织剥离较少。皮质骨螺钉的置钉方向为内下向外上，理论上对邻近小关节侵扰较小。皮质骨螺钉螺纹排列紧密，与皮质骨接触面积较大，能增加转矩和抗拔出强度。 背景：椎弓根螺钉固定目前广泛应用于后路腰椎椎间融合术，但由于其具有广泛肌肉剥离、侵犯邻近关节等缺点，2009年开始应用皮质骨螺钉行后路腰椎椎间融合术以减少术中出血量及并发症。目前已有的比较皮质骨螺钉与椎弓根螺钉在后路腰椎椎间融合术的临床疗效Meta分析存在纳入文献术式不统一、随访时间较短和研究数量较少等缺陷。 目的：观察后路腰椎椎间融合中应用皮质骨螺钉与椎弓根螺钉的疗效比较差异。 方法：运用计算机检索2009年1月至2020年1月1日PubMed、Embase、Web of Science、中国生物医学文献服务系统、知网、万方数据库，搜索关于应用皮质骨螺钉与椎弓根螺钉行后路腰椎椎间融合术的研究。提取出各研究中的数据并整理为表格，并将该研究数据利用RevMan 5.3软件进行Meta分析与综合。结果与结论：①共12篇文献、929例患者纳入Meta分析，其中有2篇文献为随机对照试验，10篇为队列研究，文献质量评估提示纳入文献质量较高；②Meta结果提示，与椎弓根螺钉组相比，皮质骨螺钉组在术中出血量(MD=-68.77，95%CI：-84.33至-53.21)、手术时间(MD=-28.96，95%CI：-53.11至-4.82)、住院时间(MD=-1.59，95%CI：-2.58至-0.59)、围术期并发症(OR=-1.95，95%CI：-4.11-0.20)上差异有显著性意义(P < 0.05)，而目测类比背痛、目测类比腿痛评分、术后Oswestry功能障碍指数问卷表评分、术后日本骨科协会评分评分、远期并发症、融合率方面无显著差异；③上述数据证实，应用皮质骨螺钉行后路腰椎椎间融合术较椎弓根螺钉可明显减少术中出血量、手术时间、住院时间和围术期并发症，但仍需要更多的前瞻性、大样本随机对照研究提供一级证据来验证。ORCID: 0000-0001-8513-5526(陈浩谚) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程