腰椎峡部裂机翼型记忆合金节段内固定器的生物力学评价

目的　评价一种新型腰椎峡部裂机翼型记忆合金节段内固定器的生物力学性能,为其临床应用提供理论依据。 方法　采用8例新鲜猪腰椎标本的L4/5脊柱功能单元进行生物力学实验,先后制作正常脊柱组、峡部裂组、Buck螺钉固定组、Nicol钢丝捆绑组、机翼型记忆合金固定组5组实验模型。利用脊柱三维运动实验机,分别测试5组模型在前屈/后伸、左/右侧弯及左/右轴向旋转6种运动的活动范围。 结果　在前屈/后伸及左/右旋转状态下,峡部裂组稳定性最差,同其他4组有显著差异（P<0.05）。而使用机翼型记忆合金节段内固定器可明显恢复峡部裂腰椎稳定性,同正常脊柱组及其他2种内固定组无显著差异（P>0.05）。在左/右侧弯状态下5组腰椎标本均无显著性差异（P>0.05）。 结论　该新型记忆合金内固定器可维持峡部裂腰椎正常的三维运动稳定性,并且操作简单,具有很好的应用前景。     

腰椎峡部裂机翼型记忆合金节段内固定器研制的解剖学基础

目的　解剖测量L1～5, S1形态学参数为研制腰椎峡部裂机翼型记忆合金节段内固定器提供解剖学依据。 方法　采用20套正常成人腰骶椎标本测量L1～5,S1的相关参数,据此设计机翼型记忆合金节段内固定器。 结果 以L4/L5为例：(1)腰椎棘突下面两侧缘与椎板的交点至同侧横突根部上缘的距离(DITR)为(35.30±2.38)mm;(2)腰椎横突根部上缘前后两侧面的夹角(AFR)为(30.47±6.38)°;横突根部上下缘宽度(WRT)为(11.43±1.76)mm;(3)腰椎两侧横突、上关节突及椎弓根交界处中心点间距(DTAP) 为(46.44±2.55)mm;(4)腰骶椎棘突的厚度(TSP)为(9.04±1.12)mm;(5)腰骶椎棘突间距 (DAP)为(7.10±1.83)　mm;(6)腰椎棘突下面两侧缘与椎板的交点到横突根部、上关节突、椎弓根交界处中心点的连线和相应棘突下面侧缘的夹角（ATL）为(58.31±7.02)°;(7) 腰骶椎棘突后面到椎板的距离（LSP）为(20.40±2.80)mm。该内固定器由“U”形体部及两侧翼构成,初步设计大、中、小3个型号。 结论 机翼型记忆合金节段内固定器的设计在形态学上具有可行性,且利用了镍钛合金的记忆效应、超弹性、耐腐蚀等特性,是一种牢靠安全,操作简便的新型内固定器。     

腰椎椎弓峡部裂病因学的应力分析

本文采用三维有限元方法建立了腰椎活动节段的力学模型,着重分析椎弓峡部的应力分布情况。结果发现椎弓峡部在人体直立法、屈曲位和伸展位均出现明显的应力集中,其中以伸展位时的应力水平最高。作者认为,椎弓峡部裂实质上主要是由局部应力增高而引起的疲劳骨折,而腰椎后伸与其关系最为密切。     

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。     

双侧峡部裂对腰椎稳定性影响的实验研究

目的：研究双侧峡部裂对腰椎三维稳定性的影响。方法：实验材料为８具成人新鲜腰椎标本,切断Ｌ２双侧峡部,通过脊柱三维运动试验机,对标本施加前屈／后伸、侧弯和轴向旋转等６种力偶矩（１０Ｎ．ｍ）,由脊柱三维运动分析系统得到腰椎节段的运动范围。结果：双侧峡部断裂后,腰椎前屈／后伸及左／右旋转运动范围分别增加２６．６％、５５．９％、１００．９％、１１５．８％,较正常标本有显著性增大,而左／右侧弯变化不大。结论：峡部对腰椎三维稳定具有重要的力学作用,双侧峡部裂导致腰椎不稳。     

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。     

胸腰椎前后路短节段内固定器的生物力学评价及其意义

为了对比研究胸腰椎前后路内固定器的生物力学特性,为临床选择提供依据,我们采用人尸体脊柱标本进行离体生物力学实验,了解Kaneda和AF器械的稳定能力和载荷屈服强度。结果显示半椎体切除模型,AF在屈伸和左侧弯方向上的稳定性优于Kaneda(P<0.05);全椎体切除模型,AF在屈曲、左侧弯和轴向旋转方向上优于Kaneda(P<0.01)。从失稳趋势分析,椎体全切除时,Kaneda抗旋转稳定性明显下降,AF则无明显变化。Kaneda、AF和对照组平均屈服强度(M)分别为477.3、544.4、493.6kg,两实验组失稳时无器械的变形和松动。这一结果表明,AF器械的稳定性优于Kaneda;全椎体切除使Kaneda旋转失稳;两器械均可有效恢复脊柱的承载能力。     

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。     

记忆合金椎间融合器对腰椎节段稳定性的生物力学研究

目的 :评价植入记忆合金椎间融合器 (SMAcage)后腰椎节段的即时稳定性。方法 :8具青年男性新鲜尸体脊柱腰 3、4节段标本 ,制成包括正常腰椎、SMAcage和其它 3种不同类型椎间融合器在内的5种状态的试验模型。测试其前屈 ,后伸 ,左右侧屈和左右旋转方向的运动范围 (ROM )。结果 :植入SMAcage后各向ROM值分别为完整状态的 66%、84%、65 %和 12 5 %,在前屈和侧屈方向上较正常腰椎的稳定性明显提高 (P <0 .0 0 1) ;后伸方向一致 (P =0 .117) ;旋转方向则降低 (P <0 .0 0 1)。与其它 3种融合器的稳定性相比 ,在前屈、后伸方向一致 (P >0 .0 5 ) ;侧屈方向与 2种方形融合器无明显差别 (P =0 .12 2 ) ,高于螺纹状融合器 (P =0 .0 0 4) ;旋转方向与螺纹状融合器一致 (P =0 .861) ,高于 2种方形融合器(P <0 .0 5 )。结论 :SMAcage具有独特的构型和稳定机制 ,其生物力学稳定性高于一般螺纹状和方椎间融合器。     

腰椎管成形术的生物力学研究

目的:研究单个椎板腰椎椎管成形术对腰椎三维运动稳定性的影响。方法:选用6具成人新鲜尸体腰椎（L1~5）标本(南方医科大学解剖教研室提供),采用不同的椎管成形椎板回植技术分为6组：即A正常对照组,B椎板回植后微型钛板固定组,C椎板回植后交叉克氏针固定组,D椎板回植后双股丝线固定组,E不保留后部韧带的椎板回植微型钛板固定组,F不保留后部韧带的椎管减压组,形成6种状态,通过脊柱三维运动试验机施加10 Nm的载荷,使脊柱产生前屈/后伸,左/右侧屈和左/右轴向旋转运动,测量L3/4节段脊柱的相对运动范围。结果： 六种状态下脊柱的屈伸活动分别为(7.03±2.24)°,(7.16±2.95)°,　(7.4±2.47)°,(8.55±3.31)°,(11.1±2.81)°,(10.82±2.82)°,左右侧屈活动范围分别为(8.8±2.68)°,(8.81±2.42)°,　(8.76±1.81)°,(9.55±3.15)°,(9.12±1.97)°,(9.49±2.78)°,左右旋转活动范围(3.96±2.03)°, (5.04±2.82)°, (4.99±　2.60)°,(5.56±2.47)°,(6.03±2.62)°, (6.03±2.73)° 保留后部韧带结构椎管成形不保留后部韧带及椎管减压组组相比能够显著增加脊柱稳定性,尤其在屈伸活动状态下（P<0.05）,其中丝线固定同其他两种固定方式相比对脊柱三维稳定性影响最大（P<0.05）,微形钛板成形及克氏针固定组对脊柱稳定性影响最小。结论: 椎管成形后固定效果较为可靠的是微型钛板及克氏针固定,单纯骨性椎管成形不保留后部韧带和椎板切除椎管减压均显著降底脊柱初期稳定性,椎管成形术需可靠修复后部韧带复合体。     

新型股骨转子间骨折内固定器(记忆合金钉板)的生物力学评价

目的:对治疗骨质疏松性股骨转子间骨折的新型内固定器进行生物力学评价。方法:设计一种新型的股骨转子间骨折内固定器,用福尔马林固定的经X线片证实为骨质疏松并排除骨折和肿瘤的尸体股骨标本11根,模拟股骨转子间骨折,随机分为记忆合金钉板固定组(6例)和DHS固定组(5例)并进行生物力学测试,比较两组股骨头垂直位移1mm时的压缩刚度、加载350N时的股骨头垂直位移、股骨颈扭转1°时的扭矩、扭矩为3.5Nm时股骨颈的扭转角度。结果:记忆合金钉板与DHS固定比较,上述指标经统计学分析,P值分别为0.930、0.248、0.417、0.622,差异无显著性意义;但记忆合金钉板较DHS固定,骨质的进一步破坏少,能保持股骨近段结构上的完整性。结论:记忆合金钉板内固定骨质破坏少、固定可靠,能有效治疗骨质疏松性股骨转子间骨折。     

空心拉力螺钉治疗腰椎峡部裂的三维有限元分析

背景:空心拉力螺钉技术治疗峡部裂有很多优势,但依然存在内固定的断裂、松动的风险。目的:通过三维有限元软件建立L₄-S正常模型、峡部裂模型及空心拉力螺钉治疗腰椎峡部裂模型,分析空心拉力螺钉治疗腰椎峡部裂的生物力学稳定性。方法:选择1名男性健康青年军人志愿者,对志愿者腰椎、骶椎进行三维CT扫描,获取影像学数据并保存为Dicom格式。将CT数据导入Mimics research 21.0软件初步建立几何模型,并进行偏差分析,将所得模型以STEP格式输出;再导入Solidworks 21.0软件分别建立L₄-S节段正常、L₅双侧峡部裂、空心拉力螺钉治疗峡部裂3组模型,分别用A,B,C表示,比较轴向压缩、前屈、后伸、左侧弯、左旋转5种工况下3组模型的生物力学特点。结果与结论:①相比于A,C模型,B模型在轴向压缩、前屈、后伸、左侧弯、左旋转5种工况下的整体最大位移均为最大,而A,C整体最大位移相差不明显;②C模型去除内固定之后,最大应力趋势与A模型相近,而B模型在左侧弯及左旋转时应力明显高于A,C模型;③3组模型的整体最大转角表明,...     

椎间盘髓核摘除对腰椎间小关节承载功能影响的实验研究

目的分析椎间盘髓核摘除后腰椎小关节受力大小及变化情况。方法采用8具新鲜脊柱腰骶段(L1~S1)标本,在MTS系统上用压敏片分别测量L3-L4、L4-L5两个节段小关节面在中立位和前屈、后伸位时受力大小;摘除L4-L5椎间盘髓核,重复测量。结果完整脊柱标本中,L4-L5与L3-L4节段关节面受力大小相似:中立位时受力占轴向压缩载荷的15%;前屈10°、20°时受力占压缩载荷的比例减为9%、5%;后伸10°、20°时受力占压缩载荷的比例增至23%、33%。L4-L5椎间盘髓核摘除后,L4-L5节段小关节面在各个运动状态下受力均显著增大,而L3-L4节段小关节受力也有增加的趋势。结论腰椎小关节有一定的承载功能。腰椎间盘切除术后,同一平面及相邻平面小关节受力增加,可能引发腰痛。     

新型形态记忆合金颈椎夹钩治疗寰枢椎不稳的生物力学测试

目的:测试研究新型形态记忆合金颈椎夹钩治疗寰枢椎不稳的生物力学稳定性。方法:采用上颈椎新鲜尸体标本8例依次参加4组试验,正常状态组、寰枢椎不稳组、新型形态记忆合金颈椎夹钩固定组、德国蛇牌SSE挂钩固定组,利用SPSS13.0软件包进行重复测量的方差分析,组间两两比较采用LSD法,差异标准置于0.05。结果:新型形态记忆合金颈椎夹钩固定组与德国蛇牌SSE挂钩固定组屈伸稳定性相当,差异无统计学意义(P=0.595);新型形态记忆合金颈椎夹钩侧弯稳定性(1.45±0.25)°不及德国蛇牌SSE挂钩(0.79±0.15)°,新型形态记忆合金颈椎夹钩旋转稳定性(5.08±0.68)°优于德国蛇牌SSE挂钩(8.01±1.21)°。侧弯和旋转稳定性差异有统计学意义(P<0.05),结论:新型形态记忆合金颈椎夹钩组具有与德国蛇牌SSE挂钩相当的术后即时稳定性。     

Significance of interfacet distance, facet joint orientation, and lumbar lordosis in spondylolysis

The aim of this study is to reveal the association between lumbar spondylolysis and several radiologic parameters, which had been suggested to be significant. The authors examine interfacet distance (IFD), facet joint orientation (FJO), and lumbar segmental lordosis (LSL) all together on the basis of lumbar computed tomography (CT) scan of 35 patients with L5 spondylolysis and 36 unaffected control groups. Thirty-five Korean military recruits, aged 19-23 (mean 20.9 years), were diagnosed as L5 spondylolysis by lumber CT scans. As a control group, 36 male Korean military recruits, aged 18-25 (mean 21.3 years), were reconfirmed as not affected by lumbar spondylolysis by CT scan when they visited our hospital complaining of back pain. This study compares IFD, FJO, and LSL for each lumbar segment between the spondylolytic and unaffected groups. We also propose the use of normal mean data of IFD, FJO, and LSL of lumbar vertebrae from 36 Korean young military recruits because each measurement has power as an absolute value, like data from an osteologic collection in other studies. Comparison of IFD between spondylolytic and unaffected individuals reveals significant differences at the L3, L4, and L5 level (P = 0.0384, P = 0.0219, and P < 0.0001, respectively). In the group of spondylolysis, the increase of IFD from L4 to S1 was less pronounced (P < 0.0001) and the LSL at L5-S1 was more lordotic (P = 0.0203). Interfacet distance and lumbar lordosis were significantly different between patients with L5 spondylolysis and individuals without pars defect on L5. In the spondylolysis group, and the increase of IFD from L4 to S1 was less pronounced and the LSL at L5-S1 was more lordotic.     

腰椎峡部裂机翼型记忆合金固定装置的有限元分析

目的　以正常人体CT影像数据为基础,建立腰椎峡部裂弹性固定有限元模型,分析内固定器受力并对其进行改进。 方法 采用分辨率0.625 mm薄层CT扫描数据,导入 Mimics10.0软件建立三维几何面网格模型,通过Geomagic studio12.0、HyperMesh 10.0前处理,最终导入Abaqus10.1软件生成腰椎峡部裂记忆合金固定模型,并在椎体上表面施加500N压力和7.5 Nm力矩,模拟前屈、后伸、侧屈和旋转四种生理载荷,观察并比较不同载荷下固定装置的应力分布。 结果　机翼型记忆合金固定装置应力集中于侧翼,尤其是侧翼和底座的接合部位,后伸和旋转时最大,容易导致疲劳性断裂。 结论　提高镍钛合金材料质量和工艺水准,术后延长腰围保护时间,以避免机翼型记忆合金固定装置断裂的风险。