聚醚醚酮棒与钛棒在后路腰椎椎间融合中的有限元分析北大核心

背景:聚醚醚酮棒是一种新型的半刚性固定材料,但是其在后路腰椎椎间融合术中的生物力学性能仍不清楚。目的:对比聚醚醚酮棒与钛棒在后路腰椎椎间融合过程中的生物力学性能,尝试回答聚醚醚酮棒是否有潜力成为钛棒的替代品,尤其在前柱支撑不充分的情况下。方法:利用有限元方法构建完整的人腰椎(L)模型,并进一步构建4个后路腰椎椎间融合模型:①聚醚醚酮棒+cage;②钛棒+cage;③聚醚醚酮棒+纯植骨;④钛棒+纯植骨。比较不同模型中节段活动度、相关结构应力以及应变。结果与结论:①所有手术模型在限制L节段活动度方面无明显差异;②与钛棒相比,聚醚醚酮棒增加了椎间植骨的平均应变、增加了终板以及cage的峰值应力,同时降低了螺钉以及骨-螺钉界面的峰值应力;聚醚醚酮棒的峰值应力与屈服应力之比为6%-26%,高于钛棒的3%-12%;③在L节段上,聚醚醚酮棒仅轻微地降低了节段活动度与椎间盘峰值应力;④因此与钛棒相比,聚醚醚酮棒可能降低假关节、螺钉断裂与松动的风险,但是也可能导致终板塌陷、cage损坏以及棒断裂的风险更高;聚醚醚酮棒在延缓邻近节段退变中可能较钛棒有微弱的优势;在不使用cage而仅采用骨移植物进行椎间融合时,聚醚醚酮棒也许是一个可供选择的方案。     

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。     

退变性腰椎不稳症手术治疗临床探讨

目的探讨退变性腰椎不稳症手术方法改进和临床疗效。方法回顾我院93例腰椎不稳症患者经椎板扩大开窗或全椎板切除减压,摘除髓核,椎体间植骨,后路钉棒系统加压内固定及椎间融合术治疗后效果,对治疗结果进行统计分析。结果93例术后随访8~48个月,平均26个月。X线示骨性融合,症状完全消失78例,基本消失8例,无显著缓解者7例（可4例,差3例）;有5例断钉及松动。根据JOA评分法,优良率92.5%。结论椎弓根螺钉内固定加椎管减压,椎体间植骨融合是治疗腰椎不稳症的可靠方法。     

解剖型纳米羟基磷灰石/聚酰胺66椎间融合器在腰椎XLIF/OLIF手术中的三维有限元分析

目的　建立L3~5有效的三维有限元模型,研究解剖型纳米羟基磷灰石/聚酰胺66椎间融合器在XLIF/OLIF手术中的生物力学属性。 方法　建立正常人L3~5有限元模型,模拟XLIF/OLIF手术过程分别装配子弹头cage和新型解剖型cage,并对模型进行赋值得到最终有限元模型。对模型施加400 N 的轴向压缩及8 Nm 力矩的预载荷,使模型产生前屈、后伸、侧弯、旋转运动,分析两种cage的最大应力值和应力分布情况,以及两组L4-L5椎体活动度。 结果　在6种不同工况下,子弹头cage的最大应力值分别为134.83、79.17、71.31、114.96、76.85、78.77 MPa,解剖型cage最大应力值分别为56.91、61.78、35.82、52.28、31.76、32.45 MPa,解剖型cage比子弹头cage的应力分布要小且分散;两组L4-L5椎体活动度均明显小于正常人活动度,且解剖型cage组活动度要小于子弹头cage组。 结论　在腰椎XLIF/OLIF微创手术中应用新型解剖型纳米羟基磷灰石/聚酰胺66椎间融合器可以降低最大应力值,避免应力集中,减少椎体活动度,具有较好的生物力学性能。     

UPASS钉棒系统治疗腰椎弓峡部裂性腰椎滑脱症

目的探讨UPASS钉棒系统内固定加椎间植骨融合治疗腰椎弓峡部裂性腰椎滑脱症疗效。方法行UPASS椎弓根螺钉系统复位内固定加椎间植骨融合术治疗腰椎弓峡部裂性腰椎滑脱症18例。结果18例均获满意复位,术后随访时间平均16个月,优良率88．89％。结论UPASS钉棒系统纵向撑开力及复位拉力大,能撑开椎间隙和使滑脱的椎体最大限度复位,固定可靠;滑脱椎体间植骨具有较高的融合率,是腰椎弓峡部裂性腰椎滑脱症较理想的治疗方法。     

腰椎行椎间孔入路椎间融合术固定的有限元分析

目的 利用有限元方法分析经单侧椎间孔入路腰椎间融合术治疗腰椎退行性病变的临床可行性。方法 基于正常人L3~5节段的CT扫描数据,利用Mimics、Pro/E、ANSYS软件分别建立L3~5正常生理状态有限元模型、L4/5左单侧椎弓根螺钉内固定加椎间融合器模型(单侧TLIF)、L4/5双侧椎弓根螺钉内固定加椎间融合器模型(双侧TLIF)。在L3上表面施加500 N的人体重力和10 N?m力矩,模拟人体直立、前屈、后伸、左侧弯和右旋5种生理活动,观察不同工况时椎体、椎间盘、螺钉及融合器上变形及应力分布情况,比较两种固定方法力学性能上的差异。结果 各种工况下单侧TLIF、双侧TLIF的L3~5节段变形量均较生理状态模型减少,单侧TLIF、双侧TLIF模型均在后伸运动时融合器的应力达到最大值,且单侧TLIF模型椎弓根螺钉上的应力峰值在各种工况中均明显高于双侧TLIF,后伸工况时应力峰值达到463.39 MPa。结论 单侧TLIF可作为腰椎退变性疾病的一种固定方法,但应力峰值均明显高于双侧TLIF模型,故系统稳定性差于双侧TLIF模型,提示患者在康复过程中应减少后伸运动,以免发生手术失效或螺钉断裂。     

新型关节突钉板系统联合单侧椎弓根螺钉固定的生物力学研究

目的研究经椎间孔入路椎体间融合术(transforaminal lumbar interbody fusion,TLIF)结合新型关节突钉板系统(articular process fixation system,APFS)的腰椎稳定性。方法在已验证的有限元模型L3～S1完整节段(模型A)上,模拟TLIF手术,建立双侧椎弓根螺钉固定TLIF模型(模型B)、右单侧椎弓根螺钉固定TLIF模型(模型C)、APFS联合右侧椎弓根螺钉固定TLIF模型(模型D)。观察不同工况下腰椎模型的活动度(range of motion,ROM)以及椎弓根螺钉、APFS、椎间融合器应力分布情况。结果不同工况下,模型B、C、D整体ROM相当,均小于生理状态模型。模型D与模型B、C相比,右侧椎弓根螺钉及椎间融合器最大压应力在不同工况下最小或介于模型B、C之间。模型D在前屈状态下APFS及右侧椎弓根螺钉应力峰值均最大。结论 APFS联合对侧椎弓根螺钉固定可作为腰椎TLIF手术的一种新型固定方式。     

n-HA／PA66生物活性人工Cage植骨融合术治疗腰椎退变61例

目的探讨纳米羟基磷灰石／聚酰胺66（n-HA／PA66）生物活性人工Cage植骨融合术治疗腰椎退变的临床疗效。方法从2007年6月～2012年2月,对腰椎退变失稳定性疾患,需要后路手术＋椎间植骨融合的患者,采用n-HA／PA66复合生物活性椎间Cage植骨融合、经椎弓根钉棒系统内固定,共61例70个椎间隙。用M-JOA评分的症状改善率评价患者治疗效果;术前、术后1周及3月、6月、12月分别摄x射线片及CT,观察椎体间高度、融合节段前凸弧度及植骨融合情况。结果随访6～48个月（平均28个月）,术后3-4个月开始产生骨融合,术后12月69个节段得到骨性融合（98．57％）,椎间隙高度无降低,症状无复发。结论纳米羟基磷灰石／聚酰胺66（n_HA／PA66）复合椎间Cage植骨融合内固定术,可有效重建退变腰椎的稳定性,Cage内外的植骨可与相邻椎体有效融合并形成完整整体,是一种理想的椎间植骨融合方式。     

肾型n-HA/PA66腰椎间融合器在经椎间孔腰椎椎体间融合术中的有限元分析

目的　设计一种新型的“肾形”n-HA/PA66腰椎间融合器(cage),通过三维有限元分析,研究其在经椎间孔腰椎椎间融合术(TLIF)中的生物力学特性。 方法 建立正常人体L3-L5节段三维模型,模拟经椎间孔腰椎椎间融合术,采用有限元分析方法进行应力分析,比较肾型与子弹头型n-HA/PA66腰椎间融合器应力分布的差异。 结果　在前屈、后伸、左右旋转工况下两种不同cage的TLIF手术模型对比,子弹头型cage最大应力分别为32.8、32.8、31.4、31.3、32.8、34.2 MPa,肾型cage最大应力分别为13.2、11.4、10.9、10.1、11.7、11.1 MPa;而且肾型cage应力集中区域小于子弹头型cage。 结论　肾型n-HA/PA66腰椎间融合器固定的椎体应力分布小而均匀,理论上可有效降低cage沉降率。     

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.     

前路腰椎间融合后路关节突螺钉固定术螺钉应力的有限元研究

目的：建立L4.5节段的三维有限元模型，比较研究前路腰4／5椎间双枚椎间融合器（cage）融合加后路两种关节突螺钉内固定（TLFS和TFPS）后的应力特点。方法：选择一名青年自愿者的正常腰椎，进行螺旋CT层厚0．625mm的连续水平扫描，将所得的数据以Dicom格式转入计算机，借助Mimics11．1软件，建立L4.5节段的几何模型。将几何模型转入Simpleware2．1软件，同时将螺钉和cage以STL格式转入Simpleware软件进行匹配，模拟前路椎间双枚cage融合加后路TLFS固定、前路椎间双枚cage融合加后路TFPS固定等两种临床术式，从而建立TLFS和TFPS有限元模型，导入Abaqus6．51进行分析，在L4椎体上表面施加500N压力模拟轴向压缩、再施加10Nm的力矩模拟腰椎前屈、后伸、侧屈和旋转等各种生理载荷，观察不同载荷下螺钉的应力分布，并由此对两种关节突螺钉应力的特点进行比较。结果：两种关节突螺钉在关节突关节部应力集中明显；在每种螺钉中，其关节突关节部应力值均在轴向压缩载荷下最小，在侧屈时最大；两种关节突螺钉的关节突部应力在各种生理载荷下比较，TLFS均明显大于TFPS（P〈0．01）。结论：在前路椎间融合的前提下，从减少螺钉疲劳断裂可能性角度，应首选TFPS辅助固定。两种关节突螺钉辅助固定术后均需有效外固定以减少螺钉应力集中可能引起的螺钉断裂。     

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。     

不同后路内固定治疗颅底凹陷寰枢椎脱位的生物力学研究

目的 探讨两种后路内固定治疗颅底凹陷寰枢椎脱位(basilar invagination with atlantoaxial dislocation, BI-AAD)的生物力学差异。方法 基于BI-AAD患者枕颈CT数据和临床手术方案,建立寰枢椎关节间融合器+后路枕骨板+C2椎弓根螺钉(Cage+C2PS+OP)和Cage+C1侧块螺钉+C2PS(Cage+C1LMS+C2PS)有限元模型,分析不同运动工况下寰枢关节稳定性、C2终板和植入器械应力分布特征。结果 与Cage+C1LMS+C2PS模型相比,Cage+C2PS+OP模型在前屈、后伸、侧弯和旋转工况下寰枢关节活动度分别降低了5.26%、33.33%、43.75%、-5.56%,钉棒系统应力峰值分别降低了47.81%、60.90%、48.45%、39.14%。两种内固定方式下C2终板和融合器应力均主要分布于运动受压侧,螺钉与椎体接触处和螺钉尾部都承受较大的载荷。结论 两种内固定方法都能提供相似的稳定性,但Cage+C1LMS+C2PS中钉棒系统应力集中较明显,螺钉松动和断裂发生的可能性较大。     

椎间融合与双侧经椎弓根经椎间盘螺钉置入后腰椎生物力学的有限元分析

背景：腰椎经椎弓根经椎间盘螺钉是一种新的微创脊柱内固定技术，与传统双侧椎弓根螺钉固定相比，单侧只需1枚螺钉固定1个节段，具有经济微创、操作便捷等优点。但目前探讨应用双侧经椎弓根经椎间盘螺钉联合改良经椎间孔入路腰椎椎间融合(transforaminal lumbar interbody fusion,TLIF)术式的研究仍很少见。目的：通过建立改良TLIF无内固定(cage alone)、改良TLIF联合双侧椎弓根螺钉内固定(cage+BPS)和改良TLIF联合双侧经椎弓根经椎间盘螺钉内固定(cage+BTPTDS) 3种有限元模型，评估改良TILF联合不同内固定对椎间融合器(cage)、内固定、椎间盘、下终板的应力分布及腰椎活动度的影响。方法：采集成人腰椎薄层CT扫描图像，通过Mimics、Geomagic和SolidWorks软件建立3种有限元模型：cage alone模型、cage+BPS模型和cage+BTPTDS模型。采用ANSYS Workbench模拟施加人体前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左侧旋转、右侧旋转6种不同运动载荷，计算3种模型cage及内固定、下终板、椎间盘应力分布...     

椎弓根螺钉PEEK棒动态稳定内固定系统治疗腰椎退行性疾病

目的:探讨椎弓根螺钉PEEK棒动态稳定内固定系统治疗退变性腰椎疾病的临床疗效及对植骨融合时间的影响.方法:退变性腰椎疾病患者40例,随机分为PEEK动态内固定组(A组)20例和坚强内固定组(B组)20例.两组患者均行后路减压椎间植骨融合内固定术,A组用PEEK棒安装于椎弓根螺钉钉尾予以动态稳定内固定,B组以钛棒安装于钉尾进行坚强内固定.比较两组患者的治疗效果及同期椎间植骨融合率等.治疗效果评价采用 Oswestry 功能障碍指数(ODI)评分,同期椎间植骨融合率根据X线片和CT平扫检查结果进行评价.结果:所有患者术后均随访7～16个月,平均12个月.两组患者术后症状均有明显改善,ODI评分与术前相比差异有统计学意义(P＜0.01);A组治疗效果优于B组(P＜0.01).术后3个月A组植骨融合率明显高于B组(P＜0.05),末次随访两组植骨融合率差异无统计学意义(P＞0.05).两组均未出现内固定相关并发症.结论:坚强内固定和椎弓根螺钉PEEK棒动态稳定内固定治疗腰椎退变性疾病均可取得较为满意的短期临床疗效,其中椎弓根螺钉PEEK棒动态稳定内固定术后椎间融合时间更短,治疗效果更优,因此更值得推荐,但其长期疗效仍需要进一步观察.     

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。     

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。     

RF复位固定椎间植骨融合治疗腰椎滑脱症

目的探讨RF提位复位椎弓根固定结合椎间植骨融合治疗腰椎滑脱症的疗效。方法2003年元月～2005年12月收治Ⅱ度以内的腰椎滑脱症37例，均在椎弓根螺钉系统作滑脱提拉复位固定加椎间植骨融合术。随访时，观察固定节段的椎体间有无移位，滑脱是否复发，植骨是否融合，术前症状是否残留或加重。结果随访5～41个月，平均25个月，按侯树勋等疗效评价标准，优良率94．6％。8例Ⅰ度腰椎滑脱患者和29例Ⅱ度滑脱患者术后全部解剖复位，且全部融合，无滑脱复发。结论使用RF提拉复位椎弓根固定结合椎间植骨融合治疗腰椎滑脱症可减少术后断钉和滑脱复发的问题，且术后症状缓解较彻底，是治疗腰椎滑脱症比较理想的手术方式，值得推广。     

棘突间固定辅助内镜下椎间融合治疗重度腰椎管狭窄症的有限元分析

背景：在临床应用中，不附加椎间融合的单纯棘突间固定与椎弓根钉棒融合内固定具有相似固定效果，且可有效降低责任节段活动度及关节突应力，但单纯放置新型棘突间融合固定装置BacFuse后，棘突根部应力较为集中，易发生棘突骨折，若在置入椎间融合器的同时联合棘突间固定，理论上可以分散Von Mises应力，降低棘突骨折风险，但其在有限元仿真模拟下具体的生物力学情况鲜有报道。目的：观察棘突间固定辅助内镜下椎间融合治疗重度腰椎管狭窄症的生物力学稳定性。方法：取一位26岁成年男性志愿者的腰椎CT资料，排除脊柱病变，并使用Mimics、Geomagic、Solidworks、ANSYS等软件构建腰椎L4-L5节段的正常有限元模型M0，在M0的基础上分别建立内镜减压联合椎间融合术后即时模型M1、内镜减压置入棘突间固定装置(BacFuse)模型M2和棘突间固定(BacFuse)辅助内镜下椎间融合模型M3，在4组模型的L4椎体上表面施以相同应力，在L5椎体下表面采用固定支撑，并分析在前屈、后伸、左/右弯、左/右旋转等6种工况下的活动度和终板下骨、椎体后方韧带复合体Von Mises应力极值。结果与结论：(1)与...     

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。