非线性三维有限元法分析腰椎间盘退变

目的 探讨椎间盘退变对腰椎活动节段生物力学的影响.方法 采用新型的基于CT图像的CAD建模方法精确建立L4-L5运动节段的三维非线性有限元模型,并通过改变椎间盘材料特性和椎间盘高度等参数,建立正常椎间盘模型和轻、中、重度椎间盘退变模型,分别对4种有限元模型进行生物力学测试,比较4种模型之间刚度、髓核内压、后部结构力、纤维环基质最大应力的差异,并比较椎体、终板的应力分布变化.结果 各种载荷条件下,退变椎间盘模型刚度均与正常椎间盘模型不同,其中轻度退变模型刚度小于正常模型,而中度退变模型和重度退变模型刚度大于正常模型,且重度退变模型刚度大于中度退变模型;与正常模型比较,轻度退变模型的后部结构力略有增大,而中度退变和重度退变模型的后部结构力逐渐减小;随着椎间盘退变程度的增加,髓核内压逐渐减小,纤维环基质最大von Mises应力渐行性增大,各指标在5种载荷下表现一致;随着椎间盘退变的加重,椎间盘承载向纤维环分散,椎体、终板外缘出现应力集中现象.结论 椎间盘退变可导致腰椎活动节段刚度改变,轻度椎间盘退变引起腰椎刚度下降,而中、重度椎间盘退变时腰椎刚度增加;椎间盘退变时腰椎间盘承载与腰椎后部结构力呈现负相关变化;退变椎间盘的承载模式发生改变,椎间盘、椎体、终板应力分布存在向外周扩散的趋势.     

有限元模型分析髓核摘除术后腰椎生物力学特性变化

目的采用三维有限元模型分析方法,探讨腰椎间盘突出症髓核摘除术对腰椎生物力学特性的影响。方法采用新型CAD方法精确建立腰椎L4～L5活动节段有限元模型,构建正常模型、退变模型、髓核摘除即刻模型和瘢痕长入模型,分别模拟正常椎间盘、退变椎间盘、髓核摘除术后即刻和术后中长期随访时的椎间盘,并在压缩、屈曲、伸展、前剪及后剪5种载荷条件下对4组模型进行生物力学测试。结果 (1)各种载荷下退变模型的腰椎节段刚度较正常模型提高;(2)髓核摘除即刻模型的刚度较退变模型减小,但较正常模型提高;(3)瘢痕长入模型腰椎节段刚度大幅回升并超过退变模型;(4)髓核摘除即刻模型在屈曲、后伸和后剪载荷下关节突接触力减小,瘢痕长入模型则表现为在后伸、前剪和后剪载荷下关节突接触力增加;(5)各种载荷下退变模型后向膨出度较正常模型明显减小,髓核摘除即刻模型后向膨出度一定程度回升,但其纤维环内环会发生"内向膨出"。结论腰椎间盘髓核摘除术可在术后不同时段对腰椎运动节段生物力学特性产生不同影响,髓核摘除术后即刻对腰椎稳定性和后部结构应力影响较小,而髓核摘除中长期后则可有腰椎运动节段变硬和关节突的应力增加。     

腰椎间盘退变后应力变化的有限元分析

目的 利用有限元分析方法,评估腰椎间盘退变后的生物力学变化.方法 利用MIMICS软件对正常腰椎的CT图像进行预处理后,导入ABAQUS软件建立正常椎间盘L3～L4节段的三维有限元模型.通过改变椎间盘退变后对应的材料属性,建立退变椎间盘L3～L4节段的有限元模型.对模型施加0.3 MPa均布轴向压缩载荷,比较正常和退变椎间盘的纤维环、髓核、软骨终板、关节突关节的应力.结果 与正常椎间盘比较,退变椎间盘的应力分布发生改变,纤维环周边承受较大应力,髓核的压应力明显降低,软骨终板的应力集中在外周偏后;关节突关节面的应力明显增大.结论 有限元方法可以直观地观察椎间盘退变对腰椎的影响,是对临床研究的必要补充.     

腰椎ISOBAR TTL半坚强内固定系统的三维有限元分析

目的 构建出结构精细腰椎L3～S1三维有限元模型,计算ISOBAR TTL系统椎弓根钉、弹簧棒的应力分布、应力峰值并分析其对相邻节段的影响.方法 一名26岁正常男性志愿者的CT图像,利用Mimics11.1、Geomagic studi010.0、HyperMesh 10.0和Abaqus6.8等软件建立L3～S1三维有限元模型,并验证其有效性,重建ISOBAR TTL术后模型,施加150N预载荷及10 Nm力矩,模拟产生运动状态,计算椎间活动度、邻段椎间盘应力、内固定应力分布及应力峰值.结果 成功建立L3～S1三维有限元模型;ISOBAR TTL系统应力主要分布在螺钉钉身处,应力峰值集中在螺钉中部,应力峰值不超过100MPa;对下腰椎整体活动度与无明显影响.结论 ISOBAR TTL系统能有效的维持术后腰椎活动度,减少应力遮挡,理论上可以减缓邻近节段的退变.     

腰椎融合内固定术后邻近节段退变的影响因素

目的 分析腰椎融合内固定术后邻近节段退变的影响因素及手术的临床效果.方法 回顾性分析2002年1月～2007年7月因腰椎间盘突出症、腰椎管狭窄症及腰椎滑脱症接受腰椎融合内固定手术治疗的患者.观察手术邻近节段退变的发生率,并分析术前邻近节段椎间盘退变与否、融合位置、融合范围、性别对邻近节段退变的影响.同时分析腰椎融合内固定术后的临床效果.结果 符合标准的病例共147例,随访时间30±10个月(18～84个月),其中20例(13.6%)患者发生了邻近节段退变,而且都发生在头侧邻近节段.如果邻近节段椎间盘术前存在退变,则术后出现ASD的机率将会显著增加(χ2=6.272,P=0.012).Logistic回归多因素分析表明术前邻近节段椎间盘存在退变是术后出现ASD的危险因素(P=0.046),而性别、年龄、融合位置及融合范围不是ASD发生的危险因素.结论 如果邻近节段椎间盘术前存在退变,则术后邻近节段发生ASD的机率将显著增加.     

计算机辅助的腰椎单节段融合后邻近节段的力学变化研究

目的利用有限元分析方法,建立L2-L5多节段腰椎有限元模型,模拟L3-L4后路单节段经椎弓根钉棒固定手术,观察融合后邻近节段L2-L3和M—L5椎间盘的应力变化。方法建立A、B、C3组L2-L5的有限元模型。A组：L0-L4末手术尉定,无椎间盘退变;B组：L3—14手术固定,术前邻近节段无退变;C组：L3-14手术固定组,术前邻近节段已有退变;在0．3、0．5、1．0、2．0MPa4种轴向压力作下,比较各组作为邻近节段的L2-L3椎间盘和L4-L5椎间盘的应力变化。结果得出A组、B组、C组的L2-L3椎间盘和L4-L5椎间盘最大主应力平均值,经统计学处理结果,L2-L3椎间盘的A组和B组之间在4种受力情况下,应力都无显著性差异,L2-L3椎间盘的A组和C组间及L4-L5椎间盘各组间在4种受力情况下,应力都有显著性差异。结论单节段后路腰椎固定融合不足引起邻近节段退变的重要原因;但邻近节段的椎间盘如果已经发生退变,则可能是影响形成的重要因素。     

Isobar TTL半坚强内固定系统与USS坚强内固定系统的三维有限元分析比较

目的建立USS坚强内固定系统、Isobar TTL半坚强内固定系统的腰椎三维有限元模型,对比两种模型的力学分布特点,探索动态内固定系统对腰椎生物力学的影响,为动态内固定系统临床应用提供理论依据。方法依据1名正常男性志愿者中立位下螺旋CT扫描资料,利用Mimics 11.1、Geomagic studio 10.0、HyperMesh 10.0和Abaqus 6.8等软件构建L3～S1三维有限元模型,重建Isobar TTL和USS术后模型,对模型施加150N预载荷及10Nm力矩,分别记录不同工况下模型的椎间活动度、邻段椎间盘应力及内固定应力分布和应力峰值。结果成功建立了解剖结构精细的L3～S1三维有限元模型及Isobar TTL和USS术后模型。Isobar TTL和USS模型应力主要分布在螺钉钉身,USS模型应力峰值大于Isobar TTL模型,主要集中在螺钉中部,但均不超过100MPa;Isobar TTL模型椎间稳定性与正常模型无明显差异,而USS模型的运动范围明显下降,在屈伸工况下最为明显;Isobar TTL模型邻段L3/L4椎间盘应力在前屈、后伸、侧曲、旋转工况下分别增加了6.2%、9.7%、3.6%、3.8%,而USS模型分别增加了8.5%、13.5%、4.3%、4.8%。结论 Isobar TTL系统能有效维持术后腰椎活动度,减少应力遮挡,理论上可以减缓邻近节段的退变。     

后路椎板重建术治疗腰椎管狭窄症临床研究进展

正腰椎管狭窄症(iumbar spinal stenosis,LSS)是腰椎管的中央管矢状径、侧隐窝或神经根管狭窄,引起腰椎神经根或马尾神经等受压症状的一类疾病。脊柱退行性病变是临床上引起LSS的主要原因,其中包括腰椎间盘及关节突关节的退变、椎体后缘骨赘增生以及腰椎后纵韧带或黄韧带的肥厚钙化等;腰     

唑来膦酸（5 mg）治疗骨质疏松伴老年性腰椎管狭窄症所致急性发热的相关因素分析

<正>随着我国逐步进入老龄化社会，骨质疏松伴腰椎管狭窄的发病率越来越高。骨质疏松症是指骨量减少，骨骼脆性增加，易骨折的全身性骨病，老年人特别是绝经后女性发生骨质疏松的比例高达45%^[1]。腰椎管狭窄症是老年人腰痛及下肢放射痛的常见疾病之一，随着年龄增大，腰椎退变发生，腰椎椎管容易出现黄韧带肥厚、关节突关节增生、椎间盘突出，     

椎间盘退变性疾病治疗前瞻：功能重建 导航微创

随着老年骨科学相关研究的发展与深入,学者们逐渐发现腰椎间盘突出症、颈椎病是具有共同特点的一组疾病,即椎间盘退变性疾病（DDD）。它是椎间盘组织在多种原因的综合作用下发生生物学变性,进而引起椎间盘力学特性改变,使邻近的骨关节、韧带发生相应变化,造成脊柱不稳,甚至压迫脊髓、神经根、椎动脉,引起相应的临床症状和体征的综合征,包括颈腰椎间盘突出症、颈椎病、退变引起的椎间盘源性腰痛、退变性颈腰椎不稳症和退变性颈腰椎管狭窄症等。     

脊柱腰段三维有限元模型的构建与椎间盘应力分析

［摘要］ 目的建立正常脊柱腰段三维有限元模型,为生物力学研究及腰椎损伤研究提供可靠模型。 方法采集1名健康成年男性脊柱腰段CT和MRI断层影像数据,应用Mimics软件依据CT数据对全部腰椎骨及骶骨上部进行三维模型重建,依据MRI数据对L1~L5椎间盘髓核进行三维模型重建。将椎骨与髓核进行空间配准,在此基础上建立椎间盘、关节囊和韧带的三维模型。在Ansys中划分网格并定义材料属性,对模型施加运动性载荷模拟脊柱腰段处于前屈、后伸、侧弯和扭转等运动工况下的生物力学特征,验证模型的有效性。 结果建立了完整的脊柱腰段三维有限元模型,包含椎骨、椎间盘、骶骨上端、韧带、关节囊等重要结构,总节点数为104 190个、总单元数为339 165个。模型通过有效性验证,运动工况下的角位移范围和椎间盘的应力分布特点符合腰椎的生物力学特性。 结论本研究建立的三维有限元模型仿真度高,可用于脊柱腰段的生物力学研究以及模拟疾病和手术对腰椎生物力学的影响。     

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。     

轴向加载对腰椎结核模型稳定性影响的三维有限元研究

目的：研究轴向加载对腰椎结核三维有限元模型稳定性的影响,为临床治疗腰椎结核提供生物力学理论依据。方法：选取自愿者采集CT数据,采用专用生物力学软件建立正常材质的L2-L5节段腰椎模型和5种不同的结核模型,在相同的轴向加载条件下进行分析。结果：通过轴向加载发现,正常腰椎的平均刚度为277N/mm,A、B、C、D、E五型结核腰椎的平均压缩刚度分别为233N/mm、239N/mm、275N/mm、253N/mm和217N/mm。腰椎结核模型平均刚度比正常模型最大减小近22%;在应力方面,结核破坏区域位于骨皮质时影响最大,出现大的应力集中情况;同时,结核破坏对于椎间盘的力学传导有很大影响。结论：腰椎结核破坏影响腰椎的稳定性,不同部位的结核破坏产生相应的应力集中,研究结果对临床治疗有指导意义。     

腰椎融合术后邻近节段退变的长期随访观察

目的分析老年患者后路腰椎融合内固定术后邻近节段退变（adjacent segment degeneration,ASD）的影响因素与长期随访结果。方法回顾性分析1999年3月至2006年6月因腰椎退变性疾病行腰椎后路融合椎弓根钉内固定术的老年患者（年龄〉60岁）83例,观察ASD的发生率并分析术前邻近节段椎间盘退变与否、融合位置、融合范围及是否＂悬浮固定＂对邻近节段退变的影响。结果所有患者随访84~127个月,平均104.7个月。共有24例（28.9%）患者出现ASD的影像学表现,其中18例发生于融合节段近端,6例发生于远端。术前存在邻近节段椎间盘退变以及高位腰椎（固定的最近端椎体为L1~L3）融合均为术后ASD出现的危险因素（P〈0.05）,而性别、融合范围以及是否行＂悬浮固定＂对ASD的影响无统计学意义（P〉0.05）。术后未出现ASD的患者在末次随访时的Oswestry伤残指数（Oswestry disability index,ODI）及腰椎JOA评分（Japanese orthopaedic association scores,JOA）的改善率均优于出现ASD的患者,且差异有统计学意义（P〈0.05）。结论术前邻近节段椎间盘状态、融合部位与术后ASD发生率存在一定相关性,ASD对腰椎融合术的远期预后具有明显影响。     

腰椎间盘置换术后对邻近节段腰椎终板的应力影响与影响因素分析

目的探讨腰椎间盘置换术后对邻近节段腰椎终板的生物影响。方法选用4具新鲜成人腰椎(L2～S1)节段标本,采用SMH-1型人工腰椎间盘实验假体进行人工腰椎间盘置换操作。所有邻近节段终板模型标本选择正常腰椎间盘、髓核摘除术和人工腰椎间盘置换术,然后进行轴向压缩运动测验。结果轴向压缩下邻近节段终板平均最大应力均显示有所增大,与腰椎间盘正常状态组别比较差异有统计学意义(P<0.05),但是明显少于腰椎间盘摘除术(P<0.05)。邻近节段应力测试定点,终板类型以及手术方法对邻近节段腰椎终板都有明显的生物影响。结论腰椎间盘置换术对上邻近节段终板应力负荷明显小于腰椎间盘摘除术,可有效地预防上方邻近节段加速退变,值得推广应用。     

血小板衍生生长因子-BB在增生肥厚黄韧带中的表达及意义

摘要：目的探讨血小板衍生生长因子-BB（PDGF-BB）在增生肥厚黄韧带退变过程中的表达和作用。方法增生肥厚退变
黄韧带标本来自11例退变性腰椎管狭窄症患者(LSS),平均年龄57.8岁。10例腰椎间盘突出症患者(LDH)的黄韧带标本
设为正常对照组,平均年龄53.5岁。术前采用MRI的T1轴位加权像,经关节突平面精确测量两组黄韧带厚度;免疫组织
化学染色法观察PDGF-β和PDGF-BB在黄韧带组织中的定位表达;实时定量聚合酶链式反应（Real-time PCR）检测两组
黄韧带中PDGF-BB mRNA的表达;免疫印迹法检（Western Blot）测两组黄韧带中PDGF-BB的蛋白表达。结果退变增
生肥厚的黄韧带厚度（5.30±1.12）mm明显厚于对照组（2.80±1.53）mm（P<0.001）。两组患者年龄无显著性差异（P>
0.05）。PDGF-β和PDGF-BB主要在增生肥厚黄韧带内呈阳性表达。退变增生肥厚黄韧带的PDGF-BB mRNA表达显著
高于对照组（P=0.013）。退变增生肥厚黄韧带的PDGF-BB 蛋白表达显著高于对照组（P=0.023）。结论PDGF-BB在增
生肥厚黄韧带内的过度表达,表明它在腰椎黄韧带增生退变导致纤维化的过程中起重要作用。     

单侧椎板开窗髓核摘除术对相邻节段椎间盘的生物力学影响

目的 应用非线性有限元分析研究单侧椎板开窗髓核摘除术对相邻节段不同程度退变椎间盘应力分布的影响.方法 墓于断层CT图像建立L3～L5节段三维非线性有限元模型,并依据L3～L4椎间盘不同退变程度建立轻、中和重度退变有限元模型,以及单侧椎板开窗髓核摘除术后模型.在模拟前屈、后伸、左右侧弯和左右旋转六个主要生理活动条件下,分析相邻节段椎间盘L3～L4髓核和纤维环von Mises应力极值变化.结果 行L4～L5左侧椎板开窗髓核摘除后,相邻L3～L4椎间盘为健康椎间盘时,髓核和纤维环基质内von Mises应力极值后伸最大,左侧弯时最小;轻度退变时,应力极值在左侧弯时增加最明显;中度退变时,髓核和纤维环基质von Mises应力极值减小,但仍高于健康椎间盘应力;重度退变时,髓核内von Mises应力极值均较轻中度椎间盘退变时下降,除轴向旋转运动外,甚至低于健康椎间盘时的应力值;纤维环基质内von Mises应力值较轻中度退变时下降,但仍高于健康椎间盘内纤维环应力,尤以左侧弯时明显.结论 当相邻节段椎间盘退变时,行单侧椎板开窗髓核摘除后避免同侧侧弯可以减少异常应力的产生,降低椎间盘退变加速的风险.

Abstract：

Objectives To study the stress distribution of the adjacent different grades of disc degeneration underwenting unilateral laminectomy and discectomy surgery using non-linear finite element analysis. Methods Based on the lumbar CT scans, the finite element model (FEM) of lumbar spinal segment(L3-L3) was established. According to L3-L4 intervertebral disc degeneration, different grades of disc degeneration( healthy,mild, moderate and severe) models were established and unilateral laminectomy and discectomy surgery were also established. Physiological action such as flextion , extension , lateral bending and lateral rotation was simulated and the yon Mises stress in the nucleus pulposus and annulus fibrosus matrix of L3-L4 disc was investagated. Results After unilateral laminectomy and discectomy surgery, the extremum value of yon Mises stress of nucleus pulposus and annulus fibrosus matrix was maximum during extension and minimus left bending in the healthy intervertebral disc. Compared with healthy disc, the increment of extremum value was found during left bending in the mildly degenerated disc. When the value decreased in the moderately degenerated disc, but still higher than that in the healthy disc. When the adjacent disc is severly degenerated, the extremum value of nucleus pulposus decreased, in addition to axial rotation, and even lower than that of healthy disc. The value of annulus matrix decreased and still higher than that of healthy disc , especially during left bending. Conclusions After unilateral laminectomy and discectomy surgery, avoiding lateral bending will reduce the abnormal stress in the degenerated disc and decreased the risk of accelerating disc degeneration.     

不同退变程度腰椎间盘组织中一氧化氮和超氧化物歧化酶含量的变化及其意义

目的:研究一氧化氮(NO)和超氧化物歧化酶(SOD)在不同退变程度腰椎间盘组织中含量的变化及其意义.方法:用分光光度法测定46例腰椎间盘突出症患者的腰椎间盘组织中的NO和SOD的含量并进行比较.结果:随腰椎间盘退变程度的加重腰椎间盘组织中NO含量升高,SOD含量减低.结论:腰椎间盘退变时,腰椎间盘组织中NO升高SOD降低,氧自由基损伤在腰椎间盘退变中发挥重要作用.     

Intervertebral disc degeneration and bone density in degenerative lumbar scoliosis: a comparative study between patients with degenerative lumbar scoliosis and patients with lumbar stenosis

Background  Degenerative lumbar scoliosis is common in older patients. Decreased bone density and the degeneration of intervertebral discs are considered to be correlated with degenerative lumbar scoliosis. A means of quantifying the relative signal intensity for degenerative disc disease has not been previously discussed. The purpose of this study was to compare bone mineral density and intervertebral disc degeneration between degenerative lumbar scoliosis and lumbar spinal stenosis patients in a nine-year retrospective study.

Methods  From January 2001 to August 2010, 96 patients with degenerative lumbar scoliosis were retrospectively enrolled and 96 patients with lumbar spinal stenosis were selected as controls. Cobb angle, height of the apical disc and the contiguous disc superiorly and inferiorly on convex and concave sides, the height of the convex and concave side of the apical and the contiguous vertebral body superiorly and inferiorly were measured in the scoliosis group. The height of L2/L3, L3/L4, L4/L5 discs and the height of L2/L4 vertebral body was measured in the control group. The grade of intervertebral disc degeneration was evaluated using T2WI sagittal images in both groups. The bone density of lumbar vertebrae was measured with dual-energy X-ray.

Results  In scoliosis group, the intervertebral disc height on the convex side was greater than the height on the concave side (P <0.001). The vertebral body height on the convex side was greater than the height on the concave side (P=0.016). There was a significant difference between the scoliosis group and the control group (P=0.003), and between T-value and the rate of osteoporosis between the two groups (both P <0.001). Results were verified using multiple linear regression analysis.

Conclusions  Degenerative lumbar scoliosis is accompanied by height asymmetry between the intervertebral disc and vertebral body regarding the convex and concave surfaces. There is a positive correlation between the angle of scoliosis and the disc index, the degree of degeneration of the intervertebral disc, and a negative correlation between the angle of scoliosis and bone density.