“X”形弹性脊柱内固定与传统椎弓根内固定的应力分析

背景:目前国内外许多学者研发了多种动态弹性脊柱内固定器,经过生物力学研究、动物实验及临床应用发现,尚无一种脊柱弹性内固定器得到临床上的普遍认可。目的:比较自制"X"形弹性内固定器与传统椎弓根螺钉内固定的应力差异。方法:根据成人脊柱影像学资料,分别建立"X"形弹性脊柱内固定器与传统椎弓根螺钉内固定系统三维有限元模型,比较两组模型在垂直压缩、屈、伸、侧屈、扭转时的力学差异。结果与结论:两模型在垂直压缩状态应下的应力均小于屈、伸、侧屈及扭转状态下的应力;在垂直压缩、前屈、后伸、侧弯及旋转时,"X"形弹性脊柱内固定器的应力更多集中在"X"形连接棒上,而传统椎弓根螺钉内固定的应力更多集中在螺钉近棒段,且"X"形弹性脊柱内固定器螺钉所受应力明显小于传统椎弓根螺钉内固定(P0.001)。表明"X"形弹性内固定器较传统椎弓根螺钉内固定系统更能分担螺钉应力,减少螺钉术后应力集中情况。     

基于CosmosWorks有限元分析在腰椎弹性内固定棒中的应用

背景:引起假体松动的原因主要有力学因素和生物因素,所以应力分布和松动的机制是目前研究热点。目的:应用有限元分析腰椎"U"型弹性内固定器的力学特征。方法:运用solidworks2008三维建模软件建立弹性内固定棒的实体模型,并借助其中的CosmosWorks工具进行有限元分析,分别施加压缩、前屈及拉伸等各种生理载荷,观察模型在不同载荷下弹性内固定器的应力分布,内固定棒在变形过程中其本身结构中各节点、单元的受力、位移情况。结果与结论:"U"型弹性内固定器的应力分布在"U"型连接棒的"U"型区上,应力应变曲线表现出较好的弹性作用。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

下胸椎前路单钉棒固定系统有限元分析

目的建立T11～12前路病灶清除植骨+单钉单棒固定系统三维有限元模型,分析单钉单棒所受应力对其进行改进。方法对一名成年男性进行螺旋CT扫描,将所得数据导入计算机,通过Mimics13.0软件和Ansys11.0有限元软件建立T11～12前路病灶清除植骨+单钉单棒固定系统三维有限元模型,并在在椎体上表面施加500N压力和10Nm的力矩模拟腰椎前屈、后伸、侧屈和旋转四种生理载荷,观察不同载荷下固定器械的应力分布,并对其进行比较。结果下位椎体钉尾部与连接棒下段为应力较集中部位,两部位在侧弯时最小,旋转时最大,旋转运动容易导致这两部位疲劳性断裂。结论侧前方单钉棒固定系统应增粗螺钉尾部与连接棒的下端或术后严格限制腰椎的各方向活动尤其是旋转,以减小两部位的应力,降低螺钉疲劳断裂的可能性。     

下胸段单钉T11~12镍钛合金弹性内固定系统有限元分析及临床意义

目的　建立T11~12前路病灶清除植骨+单钉单棒镍钛合金弹性固定系统三维有限元模型,分析弹性固定系统所受应力对其进行改进。 方法 对一名成年男性进行螺旋CT扫描,将所得数据导入计算机,通过Mimics13.0软件和Ansys11.0有限元软件建立T11~12前路病灶清除植骨+单钉单棒镍钛合金弹性固定系统三维有限元模型,并在椎体上表面施加500 N压力和10 Nm的力矩模拟腰椎前屈、后伸、侧屈和旋转4种生理载荷,观察不同载荷下固定器械的应力分布,并对其进行比较。 结果 单钉单棒弹性固定系统在用于侧前方固定时,其下位螺钉根部与“U”形棒中段承受应力始终较大,而螺钉的中部与“U”形棒的上部则较小。螺钉根部在4种运动状态下,旋转运动加载的应力最大,而侧弯运动时最小,“U”型棒中部在4种运动状态下应力均较大。但均小于镍钛合金的屈服强度。 结论 T11~12运动节段前路椎间植骨单钉单棒弹性固定患者在正常运动状态下不会由于定械某部位应力过高而导致断钉断棒。     

脊柱中胸段（T 6~8）经肋椎单元固定系统有限元分析

目的　建立T6～8椎体病灶清除植骨+后路经肋椎单元固定系统三维有限元模型,分析系统所受应力对其进行改进。 方法　获得1例男性（身高172 cm,体质量71 kg,39岁）T7椎体结核病患进行螺旋CT扫描,将所得数据导入计算机,通过Mimics13.0软件和Ansys11.0有限元软件建立T6～8后路病灶清除植骨+经肋椎单元固定系统三维有限元模型,并在在椎体上表面施加500 N压力和10Nm的力矩模拟腰椎前屈、后伸、侧屈3种生理载荷,观察不同载荷下固定器械的应力分布,并对其进行比较。 结果　在前屈和后伸运动状态下,螺钉尾部是应力最为集中的部位,上位螺钉大于下位螺钉,对于纵连棒,上端总是大于下端,且下端应力为零;侧弯位,螺钉尾部应力均较前屈和后伸位减小;纵连棒上下端应力相当。同一部位三种运动状态下比较,螺钉尾部总是后伸位大于前屈位,侧弯位最小;纵连棒E,F点,总是前屈大于后伸,侧弯最小;侧弯位纵连棒末端最小。 结论　T6～8运动节段后路椎间植骨经肋椎单元内固定的病人在做前屈和后伸运动时上位螺钉尾部及纵连棒的上端最容易发生疲劳性断裂。     

新型腰椎后路动态稳定系统的三维有限元分析

目的对新型腰椎后路动态稳定系统进行三维有限元分析,研究其在稳定节段及邻近节段的生物力学影响,为下腰痛的脊柱内植物的设计和应用提供参考。方法基于正常腰椎有限元模型,构建腰椎不稳损伤模型,即腰椎切除腰4和腰5之间的双侧小关节、腰4椎板下1/2、后纵韧带,形成脊柱失稳模型,分别在失稳模型上进行坚强内固定系统和后路动态稳定系统,比较两种术式对手术节段和临近阶段的活动度、各个节段的弯曲刚度、椎间盘应力水平、前纵韧带应力水平及小关节韧带拉力的变化情况。结果对内固定桥接节段(腰4/腰5)应用新型腰椎后路动态稳定系统和坚强内固定系统后,在屈伸、侧屈、轴向旋转方向上的活动度均明显减小,但坚强固定后活动度减小更明显,应用动态稳定系统活动度更接近于正常腰椎节段;腰4/腰5椎间盘最大应力均减小,但坚强固定后活动度减小更明显,应用动态稳定系统活动度更接近于正常腰椎节段;对邻近节段(腰3/腰4、腰5/S1)应用新型腰椎后路动态稳定系统和坚强内固定系统后,在屈伸、侧屈、轴向旋转方向上的活动度均有所增大,但坚强固定后活动度增加更明显,应用动态稳定系统邻近节段活动度更接近于正常腰椎节段;邻近节段椎间盘最大应力均增大,但坚强固定后增大更明显,应用动态稳定系统更接近于正常腰椎节段;应用腰椎内固定后,邻近节段的小关节应力峰值增大,并且应用腰椎坚强内固定模型的小关节应力增大更多;应用腰椎动态固定的模型邻近关节应力峰值更加接近完整腰椎模型。结论新型腰椎后路动态稳定系统对比坚强内固定系统能够使失稳节段的活动更加接近于正常,减小邻近节段的活动度增加,减小邻近节段椎间盘及小关节压力,说明新型腰椎动态稳定系统达到设计要求。     

脊柱后路经椎弓根螺钉动态固定系统的临床应用及生物力学研究进展

采用后路刚性椎弓根螺钉固定将使脊柱载荷更多地传递到后柱,导致固定器械的应力集中;同时由于固定节段的活动限制,造成邻近节段过多活动,增加了邻近节段的退变。临床上采用动态内固定来减少这些问题,很多的研究从临床和生物力学阐述各种动态固定的应用效果和作用机制。理想的动态内固定应该能够提供固定节段足够的稳定性;通过增加前柱椎体的应力,从而减少固定器械的应力承载;减少邻近节段的退变;控制固定节段的水平剪切应力。本文回顾了后路动态内固定的生物力学特点及临床应用情况,并比较不同动态内固定的生物力学作用机制。     

胸腰椎骨折单侧固定的有限元探讨

目的:通过有限元运算方法探讨胸腰椎骨折单侧固定的生物力学效果和可行性.方法:采用正常健康志愿者数据构建胸腰椎骨折有限元模型,装配单侧固定系统和双侧固定系统,对其进行有限元运算模拟.结果:通过有限元运算获得的结果分析,采取单侧固定的静态应力、最大应力与最大位移都明显提示较双侧固定不稳定(P<0.05).结论:胸腰椎骨折采取单侧固定后其有限元运算的结果提示其生物力学效应较差,在临床应用中单侧固定选择需要慎重,避免矫形复位手术的失败.     

一种新型经椎弓根螺钉动力内固定系统的设计和力学测试

[摘要]目的设计一种新型经椎弓根螺钉动力内固定系统，并测试其对失稳腰椎的稳定性效果及对相邻节段的作用。方法 1采用6具人新鲜尸体腰椎标本，测试各个节段的活动度，为新型动力内固定系统的设计提供参数支持。2以钛合金棒、钛缆和钛合金碟片弹簧为主要结构，根据正常腰椎各节段的活动度，参照文献报道的相关测试结果，设定动态连接棒屈曲范围0~10°，旋转范围0~5°，并对其进行了相关力学测试。3制作腰椎失稳模型，测试新型动力内固定系统固定后失稳腰椎固定节段及相邻节段的运动范围（ROM）和中性区（NZ），并与坚强固定对比，同时测定其上邻节段软骨终板下压力，探讨其稳定性及对相邻节段的作用。结果 与完整脊柱相比，新型动力内固定系统固定后屈伸和侧屈方向的ROM和NZ较完整脊柱减小（P<0.05），但旋转方向的ROM和NZ与完整脊柱无显著性差异（P>0.05）。与坚强固定组相比，新型动力内固定组三个主方向的ROM和NZ均显著增加，差异有显著性意义（P<0.01）。疲劳试验后的结果表明，固定节段在三个主方向上的ROM和NZ均较疲劳前显著增加（P <0.05），但与失稳脊柱相比，差异仍具有显著性意义，与完整脊柱相比，动力内固定屈伸方向的ROM和NZ仍较小，两组相比差异显著（P <0.05），侧屈与旋转方向的ROM和NZ与完整脊柱无显著性差异（P >0.05）。结论 新型动力内固定系统可控性强、可靠性好、能够提供足够的活动度。新型动力内固定系统能对失稳腰椎提供各方向上的稳定性，尤其对前屈后伸的稳定效果最好，疲劳试验后也能提供足够的稳定性。相邻节段的ROM和上邻节段终板下压力与固定方式无显著相关。     

STB后路椎弓根内固定系统在腰椎不稳外科治疗的应用

目的:报道应用STB胸腰椎椎弓根内固定系统在腰椎不稳治疗中的应用效果。方法:2001年1月～2003年1月间收治18例腰椎不稳患者,平均年龄42.5岁,双侧峡部裂伴腰椎Ⅰ°、Ⅱ°滑脱8例,双侧峡部裂合并椎间盘突出症6例,退变性腰椎不稳4例,单节段14例,双节段4例,均经动力位X线摄片明确有腰椎不稳。手术均采用STB后路椎弓根内固定系统,内固定并横突间植骨融合5例,其余13例行后路减压、椎间盘摘除、椎体间或横突间植骨融合并内固定。结果:随访12～24个月(平均18个月),患者临床症状明显改善,术后3个月全部恢复正常工作或日常活动,X线摄片检查示内固定牢靠,稳定性良好,无松动及断钉。结论:在有效减压及植骨融合基础上,应用STB后路椎弓根内固定系统治疗腰椎不稳具有确切的临床疗效,该系统操作简便,可以满足早期脊柱稳定性重建的生物力学要求。     

桡骨远端骨折固定夹板外观、材质、固定带等研究的新进展

文题释义： 桡骨远端骨折：是指发生在腕横纹上2.0-3.0 cm的范围内,是临床常见的骨折类型之一,根据病因可分为Colles骨折、Smith骨折以及Barton骨折。 固定夹板：主要是指以传统中医小夹板为蓝本,运用现代科技技术改良设计的外固定夹板,是桡骨远端骨折非手术治疗的重要方式之一。 背景：随着人口老龄化,桡骨远端骨折发病率逐步上升,非手术的外固定夹板可减轻经济负担、精神负担以及防止手术创伤,因此研究桡骨远端骨折外固定夹板具有重要的临床价值与意义。 目的：对桡骨远端骨折固定夹板的研究现状做一综述,为进一步深入研究奠定基础。 方法：由第一作者检索知网、万方、维普中文数据库以及PubMed、Embase、Web of Knowledge英文数据库2000至2019年收录的有关桡骨远端骨折固定夹板的文献,中文检索词为“桡骨远端骨折,外固定,夹板”,英文检索词为“distal radius fracture,external fixation,splint”。 结果与结论：①传统小夹板的外形、材质以及固定带改良设计是目前夹板研究的热点方向,改良设计后的夹板在临床应用中展现了巨大的优势;②随着社会科技的进步,新材料、新技术的涌现以及生物力学研究的不断深入,融入时代科技元素的桡骨远端骨折固定夹板是未来小夹板的发展方向。 ORCID: 0000-0002-4353-7970(颜威) 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     

腰椎椎弓根螺钉内固定对相邻节段运动和椎间盘内压的影响

目的:研究腰椎坚强内固定后相邻节段运动范围和椎间盘内压的变化,并分析二者在相邻节段退变加速发生机制中的作用。方法:取7具小牛腰段脊柱标本(T13~S2),以Tenor椎弓根螺钉系统作为固定器械,在10Nm纯力矩加载下进行生物力学测定,测定各活动节段的运动范围和椎间盘内压,比较完整对照组、L4/5单间隙固定组和L3~L5双间隙固定组间上述指标的变化,并对运动学指标(ROM)和椎间盘内压(IDP)增量进行相关分析和比较。结果:施加内固定后,上方相邻节段在各方向上的位移都明显增加,且随着固定范围的增大而更为明显,下方相邻节段仅在旋转方向上出现了明显的位移增加。比较而言,不论单间隙固定组还是双间隙固定组,也不论在何种运动方向上,椎间盘内压的变化量都极其细微。节段运动的增加与椎间盘内压升高成正相关关系。ROM增加比大于IDP增加比。结论:坚强内固定后相邻节段椎间盘退变加速现象是其运动学改变和椎间盘内压升高等多因素综合作用的结果。相邻节段应力集中、活动代偿增大和稳定性丢失是坚强内固定所带来的最直接、最主要的导致退变加速的生物力学改变。椎间盘内的压力也可因内固定而继发升高,但可能只是一个次要方面。     

桥接组合式内固定系统的应用及研究进展

桥接组合式内固定系统是根据BO理念设计的一套独立的内固定系统，具备生物力学及微创特性，集钉板系统、髓内钉系统及外固定支架优势于一体，自推广应用以来，已经得到许多骨科医师认可，其优异的疗效被大量临床实践所证实，是目前单系统适应证最广的内固定产品。本文从桥接组合式内固定系统的结构组成、生物力学特性及优势、生物力学基础研究、临床应用、并发症、展望等方面进行综述。     

下腰椎融合术后路单、双侧椎弓根固定的有限元比较研究

目的　建立正常人L4~5节段椎间盘切除后单/双侧椎弓根螺钉固定椎间融合的有限元模型,对两者在不同运动载荷下的稳定性和应力分布进行比较研究。 方法　通过正常人L4~5节段CT扫描获取断层图像,然后利用mimics软件重建人体L4~5三维模型,再通过Ansys软件前处理功能建立有限元模型,并在此基础上分别建立椎间盘切除后单侧（A）、双侧（B）椎弓根螺钉固定+椎间Cage融合模型,对两组模型分别施加5 N?m的前屈、后伸、左/右屈曲和左/右旋转载荷,比较分析椎体及植入物在不同工况下的位移及应力峰值。 结果　各种工况下,A组在固定侧侧屈时椎体间位移及椎弓根螺钉应力峰值最大,在后伸时椎体应力峰值最大。B组在后伸时椎体间位移峰值最大,在旋转时螺钉及椎体应力峰值最大。在后伸和固定侧侧屈工况下A组椎体间位移峰值、螺钉及椎体应力峰值较B组相差最大。 结论　与双侧固定相比,单侧固定融合术后在固定侧侧屈及后伸工况下发生不稳及螺钉松动、断钉的潜在风险最大。单侧固定融合术后的病人在椎间骨融合前应特别减少后伸及固定侧侧屈动作,以降低风险。