腰椎峡部裂生物力学三维有限元分析

目的 建立腰椎三维有限元模型,模拟分析不同运动状态下腰椎峡部的应力分布,探讨腰椎峡部裂滑脱产生的病理基础及力学机制。方法 选取成年男性志愿者1名,采用64排螺旋CT行腰部断层扫描,所得图像通过MIMICS软件处理优化,导入有限元分析软件,建立腰椎三维有限元模型（L1~L5）,分析不同姿势下腰段脊柱椎弓峡部的受力及变形情况。结果 腰椎峡部在前屈、后伸位均出现明显的应力集中,后伸位更为明显,应力值由L1~L5向下逐渐加大。结论 腰椎峡部在后伸运动间,峡部应力异常集中,这种运动状态是产生后天性腰椎峡部裂及进一步滑脱病变的重要病理基础,双侧L5峡部裂在后伸位受到应力最大,活动度异常加大,最易产生滑脱病变。     

单椎节与单节段内固定治疗腰椎椎弓峡部裂的有限元分析

目的通过单椎节和单节段内固定治疗腰椎椎弓峡部裂三维有限元模型的生物力学实验,比较峡部裂状态和两种内固定情况下邻近终板的应力变化。方法利用已经建立的L4双侧椎弓峡部裂三维有限元模型,重建下腰椎内固定物如椎弓根螺钉和连接杆,将两者组合构建单椎节和单节段内固定治疗腰椎椎弓峡部裂的有限元模型,在同样约束条件及载荷下进行有限元分析,比较腰椎峡部裂状态、单椎节、单节段内固定3种力学状态下邻近终板的应力变化情况。结果轴向加压时,两种内固定方式与峡部裂状态相比较在L4下终板应力均值差异有统计学意义(P<0.05),前屈、后伸、侧屈时单椎节固定方式终板应力均值与峡部裂状态相仿,而单节段固定方式与峡部裂状态相比较在L4下终板应力均值增高有统计学意义(P<0.05),在S1上终板应力均值差异也有统计学意义(P<0.05),旋转时单椎节固定方式与其他两种状态相比在S1上终板应力均值下降有统计学意义(P<0.05)。结论单椎节经椎弓根钉棒固定系统治疗腰椎弓峡部裂在轴向加压、前屈、后伸、侧屈、旋转时不仅能提供良好的固定,而且最大程度地保留了上下椎间盘的活动,尤其在旋转运动时对下一节椎间盘有良好的稳定作用。     

以腰椎峡部裂快速定位椎弓根螺钉的进钉位置

背景：目前腰椎峡部裂引起滑脱的患者术中由于峡部裂,腰椎移位明显,局部解剖结构发生改变,给椎弓根定位造成困难,因此有必要找到新的定位方法来解决。 目的：通过腰椎峡部裂快速定位椎弓根螺钉位置,减少术中软组织显露,减少手术时间和出血量。 方法：通过解剖影像学正侧位测量,分析峡部裂部位与椎弓根中心的位置关系,以椎弓根中心向峡部裂作一垂线,测量L4及L5根弓根中心与峡部裂的距离。选择40例峡部裂伴腰椎滑脱患者,根据峡部裂来定位椎弓根螺钉,记录手术时间、手术出血量及置钉准确率,并与既往传统的AO置钉法对比分析。 结果与结论：L₄及L₅椎弓根中心与峡部裂的平均距离为(8.2±3.6) mm。利用腰椎峡部裂快速定位椎弓根螺钉位置,可减少术中软组织显露,减少手术时间和出血量,置钉过程中及置钉后未发现神经根损伤表现。     

腰椎椎弓峡部裂三维有限元模型的建立与验证

目的建立腰椎椎弓峡部裂三维有限元模型,通过生物力学实验进行有效性验证。方法利用临床1例腰椎椎弓峡部裂病例影像学资料,采用Simpleware建模软件分别模拟下腰椎骨性结构、椎间盘组织,并在Ansys软件附加腰椎相关韧带和关节囊,建立L5双侧椎弓峡部裂三维有限元模型,并通过体外力学实验结果验证模型有效性。结果重建模型构建了椎体皮质骨、松质骨、腰椎关节突关节、椎弓根、椎板、横突、棘突等骨性结构,还构建了纤维环、髓核、上下终板组织,并成功附加了前纵、后纵韧带、黄韧带、棘上、棘间韧带以及关节突的关节囊。模型共计有281261个节点和661150个单元。腰椎椎弓峡部裂重建成功。通过与体外生物力学在不同工况下L4下关节突、L5上、下关节突、S1上关节突应力/应变趋势以及L4下关节突内外侧力学应力/应变趋势比较,验证了模型的有效性。结论建立了下腰椎椎弓峡部裂的三维有限元模型,此模型可以用来进一步实施有关峡部裂治疗的力学研究。     

腰椎屈伸活动的生物力学与临床意义

本文阐述了腰椎屈伸活动的运动学问题及其影响因素,并就腰椎屈伸活动对腰椎应力分布、腰骶硬膜囊及其容量的影响进行讨论.作者认为,腰椎的某些疾患如腰椎间盘突出症,神经根卡压和椎弓峡部裂等可能与根椎后伸有关。腰椎椎管的容量受到腰椎屈伸活动的影响,维持腰椎于前屈位治疗椎管狭窄症可增大椎管容量,缓解临床症状,而腰椎屈伸动力性摄片具有明确的诊断学价值。     

腰椎滑脱及椎弓峡部裂的X线平片与CT诊断探讨

目的探讨腰椎滑脱和椎弓峡部裂中X线平片与CT各自的诊断作用。方法首先,随机选取220例检查腰椎滑脱与椎弓根峡部裂的患者,均分成A、B两组。然后,A组行X线平片检查,B组行CT检查。最后,比较分析两种诊断方式对于腰椎滑脱及椎弓峡部裂的检出率。结果腰椎滑脱的检出率A组为95.4%,B组为85.6%;椎弓峡部裂的检出率A组为87.9%,B组为96.6%。结论 CT检查椎弓峡部裂的检出率比X线平片的检出率高,X线平片对腰椎滑脱的检出率比CT的检出率高。     

青少年腰椎峡部裂的诊治进展

正腰痛严重影响着人们的生活质量和劳动能力,粗略估计约80%的人在其生命中会受到腰痛的困扰,而青少年的腰痛发病率也在增高~([1])。腰椎峡部裂为人类独有的疾病,被定义为腰椎椎弓上下关节突之间峡部的骨质缺损,多为双侧,是峡部反复应力而导致的疲劳骨折~([2]),多见于青少年和运动员,是引起青少年腰痛常见的原因之一。峡部裂在一般人群中的发病率为4.4%~6%~([3]),而在从事跳水、体操等运动的青少年     

螺旋CT三维重建在腰椎滑脱症诊断及手术中的价值

目的探讨螺旋CT三维重建在腰椎滑脱症诊断及手术中的价值。方法对比47例腰椎滑脱症病人的X线片、CT及螺旋CT三维重建图像，结合术中椎弓根钉定位及对于是否为峡部裂的不同处理，分析螺旋CT三维重建在腰椎滑脱症的诊断价值。结果47例均为腰椎前滑脱，三种检查方法对椎弓峡部的成像存在不同，螺旋CT三维重建可清楚显示椎弓峡部的全貌和裂隙，指导手术定位。结论螺旋CT三维重建能较好地评价椎弓峡部裂所致的病理解剖改变，指导临床制订完善的手术方案，具有很大的优越性及应用前景。     

腰椎峡部裂发生的相关因素分析

目的　分析腰椎峡部裂发生的危险因素,为腰椎峡部裂的预防和治疗提供参考依据。 方法　选取88例滑脱前期L5双侧峡部裂患者为研究对象,分析其体重指数、运动强度、腰椎发育情况及脊柱-骨盆结构相关参数;以88例体检正常者为对照组,进行统计学分析。 结果　研究组与对照组比较,相对代谢率、关节突关节椎弓根角、骨盆入射角、腰椎前凸角、峡部宽度、腰椎骶化、腰骶椎隐裂及家族史有统计学差异（P<0.05）;以滑脱前期腰椎峡部裂为因变量的二分类logistic回归分析表明,相对代谢率、关节突关节椎弓根角、骨盆入射角及峡部宽度是腰椎峡部裂发生的危险因素。 结论　腰椎峡部裂的发生和多种因素相关,全面认识其危险因素,有助于降低其发生率,并预防进一步发展为滑脱。     

腰椎峡部裂发生的相关因素分析

目的　分析腰椎峡部裂发生的危险因素,为腰椎峡部裂的预防和治疗提供参考依据。 方法　选取88例滑脱前期L5双侧峡部裂患者为研究对象,分析其体重指数、运动强度、腰椎发育情况及脊柱-骨盆结构相关参数;以88例体检正常者为对照组,进行统计学分析。 结果　研究组与对照组比较,相对代谢率、关节突关节椎弓根角、骨盆入射角、腰椎前凸角、峡部宽度、腰椎骶化、腰骶椎隐裂及家族史有统计学差异（P<0.05）;以滑脱前期腰椎峡部裂为因变量的二分类logistic回归分析表明,相对代谢率、关节突关节椎弓根角、骨盆入射角及峡部宽度是腰椎峡部裂发生的危险因素。 结论　腰椎峡部裂的发生和多种因素相关,全面认识其危险因素,有助于降低其发生率,并预防进一步发展为滑脱。     

Finite element analysis of the spondylolysis in lumbar spine

Spondylolysis is a fracture of the bone lamina in the pars interarticularis and has a high risk of developing spondylolisthesis, as well as traction on the spinal cord and nerve root, leading to spinal disorders or low back pain when the lumbar spine is subjected to high external forces. Previous studies mostly investigated the mechanical changes of the endplate in spondylolysis. However, little attention has been focused on the entire structural changes that occur in spondylolysis. Therefore, the purpose of this study was to evaluate the biomechanical changes in posterior ligaments, disc, endplate, and pars interarticularis between the intact lumbar spine and spondylolysis. A total of three finite element models, namely the intact L2-L4 lumbar spine, lumbar spine with unilateral pars defect and with bilateral pars defect were established using a software ANSYS 6.0. A loading of 10 N.m in flexion, extension, left torsion, right torsion, left lateral bending, and right lateral bending respectively were imposed on the superior surface of the L2 body. The bottom of the L4 vertebral body was completely constrained. The finite element models estimated that the lumbar spine with a unilateral pars defect was able to maintain spinal stability as the intact lumbar spine, but the contralateral pars experienced greater stress. For the lumbar spine with a bilateral pars defect, the rotation angle, the vertebral body displacement, the disc stress, and the endplate stress, was increased more when compared to the intact lumbar spine under extension or torsion.     

不同腰椎生理曲度下牵引的三维有限元分析

文题释义：腰椎牵引：是指令患者平卧于治疗床上,使用束带将患者前臂固定,达到医者固定患者双臂的目的;波浪式滚动气柱以腰背部为作用点进行顶推,控制多层气柱叠加高度使受试者腰部逐渐过伸牵引脊柱关节,实现对软组织的牵伸,并结合自身重力过伸牵引脊柱关节,能够增大椎间隙及调整椎小关节,最终达到理筋整复的作用。 三维有限元分析：是指在获取腰椎的CT图像数据,并导入到Mimics等软件当中建立的有限元模型基础上,将L₃的发生的位移变化带入MSC.Nastam软件中,高度仿真模拟人体在不同生理曲度下,计算分析出全腰椎各节段椎体、椎间关节、椎间盘、前纵韧带的应力值及分布情况的变化。 背景：近年来利用有限元分析方法研究腰椎生物力学成为热点,研究认为腰椎生理性前凸可减少腰椎间盘压力负荷,而对腰椎起保护效应。 目的：研究腰椎在正常生理曲度、屈曲位及最大过伸位下进行腰椎牵引时对L₁-L₅腰椎各节段的生物力学效应,并评估腰椎牵引的最佳生理曲度。 方法：选取1名健康男性志愿者,26岁,身高174 cm,体质量60 kg,既往体健,排除腰椎骨骼异常疾病。以受试者L₃为作用点徒手操作南少林倒盖金被法,利用DR机分别获得受试者腰椎起始位和最大过伸位的腰椎侧位片,构建全腰椎有限元模型。计算腰椎不同生理曲度下全腰椎各节段椎体、椎间关节、椎间盘、前纵韧带的应力值及分布情况的变化。研究方案的实施符合福建中医药大学附属康复医院相关伦理要求,受试者对试验过程完全知情同意。 结果与结论：①模拟腰椎前屈、后伸,左右侧弯,左右旋转6种工况活动度：L₁-L₂的前屈与后伸活动度之和为9.31°,左右侧弯9.84°,左右旋转4.43°;L₂-L₃：前屈与后伸10.22°,左右侧弯12.35°,左右旋转4.57°;L₃-L₄的前屈与后伸的活动度之和为11.20°,左右侧弯11.63°,左右旋转5.32°;L₄-L₅前屈与后伸活动度之和13.16°,左右侧弯11.58°,左右旋转5.05°;②在正常生理曲度牵引腰椎时,腰椎各个结构的应力值远大于过伸位牵引的应力值;前纵韧带应力值正常曲度是2.47 MPa,过伸位是21.20 MPa;L₃的椎体应力值达到最大,是过伸位牵引应力值的4倍;L₂-L₃的椎间关节及椎间盘的应力值在腰椎各个节段是最大的;③结果说明,腰椎在过伸位较正常生理曲度牵引下椎体、椎间关节、椎间盘的压力减轻更大,而且前纵韧带的压力值始终在安全范围内。腰椎在过伸位牵引时可能获得更好的临床疗效,同时具备一定的安全性。 ORCID: 0000-0002-4468-1464(李民) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建;骨细胞;软骨细胞;细胞培养;成纤维细胞;血管内皮细胞;骨质疏松;组织工程     

轴向振动时节段曲度对腰椎间盘应力演化的影响

研究人体腰椎运动节段承受长期轴向振动载荷时节段曲度对腰椎间盘应力演化的影响。基于人体腰椎L4～5节段CT扫描数据,建立人体腰椎L4～5节段的有限元模型。对腰椎间盘赋予多孔材料属性,并验证有限元模型的有效性。基于有限元模型,模拟L4～5节段以3种不同节段曲度(中立位、伸展2°、弯曲2°)承受时长为1 000 s的轴向振动的过程,得到这3种节段曲度下腰椎间盘的应力演化情况。各个曲度下腰椎间盘纤维环部分的峰值轴向应力均出现在其后外侧。在受载过程中,各个曲度下纤维环峰值轴向应力均呈非线性增大,且增速不断减小,至1 000 s时已趋于稳定。1 000 s时,伸展2°下纤维环峰值轴向应力比中立位下大39%,比弯曲2°下大109%。在受载过程中,各个曲度下髓核轴向应力亦呈非线性增长,增速不断减小。1 000 s时,伸展2°下髓核的轴向应力略小于其他两种情形。当L4～5节段以伸展2°的状态受载时,腰椎间盘受到的损伤最为严重;而当其以弯曲2°的状态受载时,腰椎间盘受到的损伤最小。当长时间处于全身振动条件下时,应尽量避免使腰椎处于向后伸展的姿态,而腰椎的小幅前屈可以保护腰椎间盘。     

腰椎小关节的生物力学研究：三维有限元分析

作者对于腰椎小关节进行了三维有限元分析。结果表明,腰椎小关节在直立位、前屈位和后伸位时,均出现明显的应力集中。而腰椎间盘退变时,其应力水平又较正常时升高。作者认为,腰椎小关节过载可能是引起腰背疼痛的原因之一。腰椎间盘退变可使小关节承载加大。引起小关节的一系列病理变化,进而导致神经根管狭窄及神经根卡压。     

三维有限元法分析前纵韧带对腰椎生物力学影响

该文基于人体 DICOM 图像建立了更符合人体解剖结构的 L4/5 节段腰椎三维有限元模型,模拟腰椎前屈、后伸、 侧弯及扭转 4 种运动状态下的生物力学响应。前纵韧带（ALL）受损后腰椎的关节活动度（ROM）增大,后伸时增大最显著。ALL 受损后应力减小且分布发生改变,后伸时应力最大位置由韧带上部转移至韧带下部,侧弯时应力作用范围明显缩小。ALL 受损后应变分布发生不同程度的改变,产生明显的纵向形变。除扭转外,其他运动状态下 ALL 应变增大,后伸和侧弯应变增加量最大。ALL 主要限制后伸运动,ALL 受损后腰椎稳定性下降。ALL 受损后进行后伸和侧弯运动时可能会加重已有的损伤,因此 ALL 受损患者应尽量减少过度后伸和侧弯运动。该文的仿真实验可对韧带损伤疾病的诊断治疗提供支持和参考。     

Wallis腰椎非融合系统的有限元分析**☆

背景：目前Wallis非融合系统临床应用短期效果明显。 目的：构建Wallis腰椎非融合系统有限元模型,分析Wallis腰椎非融合在腰椎不同生理运动情况下的应力分布。 方法：选取8例腰椎间盘轻度退变的志愿者采用连续螺旋CT扫描,导入Materialise Mimics 10.01软件,三维重建L4~5椎体及椎间盘三维模型,与文献结果进行对比,验证模型有效性。在AutoCAD 2009软件中建立Wallis系统模型,导入Materialise 3-Matic 4.3 软件,将重建的Wallis模型按标准手术模式与腰椎模型拟合,导入Abaqus 6.9软件,生成有限元模型,并进行分析腰椎前屈、后伸、侧屈及旋转运动时Wallis腰椎非融合系统的应力变化。 结果与结论：实验所建立的腰椎三维有限元模型共有233 438个单元,48 174个节点;所建立的Wallis系统的三维有限元模型,共有11 857个单元,3 398个节点,将二者拟合,模型共有245 295个单元,51 572个节点,重建的三维模型可以精确地模拟Wallis非融合系统固定情况。通过应力云图显示前屈、后伸、侧屈及旋转运动下Wallis系统的应力分布情况,此模型说明Wallis系统参与了腰椎不同方向的活动,与腰椎很好地匹配,顺应了腰椎的运动,位于上下棘突之间的部分应力较大,且与下位椎体棘突相接触部分的应力最高。说明应用CT扫描技术及Mimics软件能直接与Abaqus软件进行对接,并能根据CT值直接赋值使Wallis腰椎非融合系统有限元模型的建立更加快捷和精确,Wallis棘突间撑开器植入后可分担椎间盘应力和小关节压力,Wallis系统本身和棘突应力升高,有棘突骨折及植入物疲劳性断裂的可能性。     

骶椎腰化患者脊柱-骨盆矢状面解剖学参数测量及下腰椎有限元力学分析

目的 基于EOS影像系统测量无症状骶椎腰化患者脊柱-骨盆矢状面解剖学参数,同时利用有限元分析方法评估弯腰情况下骶椎腰化患者下腰椎的受力情况。 方法 共纳入经EOS影像系统检查的44例受试者,其中骶椎腰化患者11例,依据性别及年龄且按照1∶3的比例纳入正常受试者33例。两组患者均测量并比较脊柱-骨盆矢状面参数：腰椎前凸角（LL）、骨盆投射角（PI）、骨盆倾斜角（PT）及骶骨倾斜角（SS）,采用Pearson检验分析两组受试者PI与LL间相关性。同时利用有限元分析的方法,建立骶椎腰化下腰椎的有限元模型,分析前屈、后伸、左右弯腰动作时下腰椎模型的受力情况。 结果 两组患者PI、PT、SS及LL比较,差异均具有统计学意义（P＜0.05）。相关性研究发现,两组受试者PI与LL均成正相关,其中骶椎腰化组（r=.0.69,P<0.05）、正常组（r=0.52,P<0.05）。 模型进行前屈、后伸、左侧弯腰、右侧弯腰状态下,弯矩均为2 Nmm,应力集中现象均由下向上逐渐减小,最大应力集中点位于下关节突处。 结论 骶椎腰化患者的腰椎生理曲度及受力分布较正常者具有明显差异,尤其移行椎椎间盘与关节突关节应力集中现象明显,容易出现脊柱早期退变。     

腰椎椎间融合联合邻近节段半刚性固定的有限元分析

文题释义： 半刚性椎弓根螺钉固定系统：一种经椎弓根的半刚性金属固定系统,介于软固定和坚强固定之间,可以联合融合术,也可单独使用。其椎弓根螺钉之间连接依赖于金属棒,这种金属棒具有一定弹性或者是可以微动的,一定程度上可以起到动态固定的作用,主要包括ISObar系统、Flex系统、DSS系统等。 腰椎邻近节段退变：是指腰椎融合后融合区邻近节段退行性改变,包括椎间隙狭窄、椎间盘信号降低、关节突退变、骨赘形成等异常改变,如果患者同时出现不稳定、椎管狭窄、增生性小关节炎、脊柱侧凸、椎体压缩骨折等,并伴有相应的临床症状称之为邻近节段退行性疾病。 背景：临床中腰椎退行性疾病的发生多伴有多节段病变,为减缓腰椎融合后邻近节段退变,腰椎杂交手术成为一种较好的选择。以往临床观察中WavefleX系统单节段应用取得一定的效果,其在腰椎杂交手术中的应用缺乏生物力学研究结果支持。 目的：应用有限元方法分析腰椎融合联合上一位椎体置入WavefleX系统对邻近节段的生物力学影响。 方法：利用64排西门子螺旋CT机对静止仰卧志愿者行腰椎薄层扫描,扫描范围为T₁₁-S₁,志愿者对实验过程完全知情同意,且得到医院伦理委员会批准。将L_3-5水平CT扫描数据依次导入到Mimics医学图像处理软件及Geomagic Studio逆向工程软件中进行处理,于CAD软件SCDM中构建L_3-5的腰椎实体模型。在已通过验证的L_3-5腰椎模型基础上,分别构建后路椎体间融合模型与Hybrid模型,对3种模型进行赋值和负荷加载,在前屈、后伸、左右侧屈、左右旋转工况下进行有限元分析研究。 结果与结论：①在前屈、后伸、侧屈、旋转状态下,相较后路椎体间融合模型,Hybrid模型L_3-4椎间盘应力值均有明显减小,后伸状态降幅最大,最大值减少约46%;②各状态下,相较后路椎体间融合模型,Hybrid模型L_3-4节段活动度均有明显减小,平均减小约26%,并小于完整模型;③各负荷下,应力云图显示WavefleX系统的连接棒上均有明显的应力集中,双侧的弹性系统的U形开槽凹面处应力明显增大;④位移云图显示,Hybrid模型中WavefleX系统的置入使得其前屈中心后移至弹性结构处;⑤上述结果说明,后路椎体间融合+WavefleX半刚性固定可有效降低上一位邻近节段的椎间盘应力并限其制过度活动,一定程度上维持了腰椎的正常运动特点。 ORCID: 0000-0001-5752-6546(王啸) 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     

人体腰椎间盘的三维有限元分析

本文报道了应用三维有限元方法对腰椎间盘应力分布的分析结果。正常椎间盘纤维环在人体直立位、前屈位和后伸位时应力明显集中于后侧与后外侧,平均应力水平以后伸位时最高(P<0.01)。当椎间盘退变后,纤维环的平均应力水平比正常时显著降低(P<0.01)。这些结果具有一定的临床意义。作者认为,腰椎间盘突出症的发生与其局部应力异常增高有关,而椎间盘的退变又将增大腰椎其余部分的承载。作者还就腰椎屈伸活动对于椎间盘的作用进行了讨论。