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。     

腰椎融合术中椎弓根螺钉损伤关节突关节的研究进展

目的 探讨腰椎融合术中椎弓根螺钉损伤关节突关节的生物力学、发生率及相关影响因素的研究进展。方法 在PubMed、Springerlink、Medline、CNKI、万方数据等数据库中,以“腰椎融合术、椎弓根螺钉、关节突关节损伤”和“lumbar interbody fusion、pedicle screw、facet joint violation”为关键词,检索2003年1月—2015年12月有关腰椎融合术中椎弓根螺钉损伤关节突关节的相关研究成果,针对椎弓根螺钉损伤关节突关节的生物力学、发生率及相关影响因素的研究进行分析总结。结果 关节突关节是维持脊柱运动节段稳定的重要结构,其损伤可导致关节突关节挛缩、僵硬及骨性关节炎,从而加速邻近节段退变的发生。手术创伤是造成关节突关节损伤的重要因素,尤其是以术中植入椎弓根螺钉内置物损伤关节突关节为主。无论是开放置钉还是微创置钉,螺钉损伤关节突关节的发生率均较高。影响椎弓根螺钉损伤关节突关节的因素包括年龄、性别、体质量、融合节段、融合数量、手术方式、术中CT导航、置钉方位、置钉方法和螺钉类型等。结论 关节突关节损伤继而增生退变是导致邻近节段退变的重要危险因素,无论是开放还是微创置入椎弓根螺钉均可增加关节突关节损伤的发生,因此外科医师在置钉时需要注重关节突关节的保护,规避不良置钉影响因素。     

腰椎关节突关节融合：从植骨融合到螺钉和融合器的应用

背景：腰椎关节突关节是脊柱后柱的重要结构,其固定与融合在腰椎后路手术被广泛应用。 目的：阐述了各种腰椎关节突关节融合技术的优缺点和疗效。 方法：应用计算机检索PubMed数据库、CNKI数据库中有关腰椎关节突关节融合方法的文献。 结果与结论：传统的关节突关节融合方法为关节突关节V形开槽,然后植入松质骨,不需要作大范围的剥离,创伤小,所需植骨量较少,融合率高,缺点是即刻的稳定性较差。经关节突关节螺钉固定联合横突间融合可以提高植骨融合率,但存在融合失败、术后症状缓解不明显、螺钉松动和断裂、硬膜撕裂、螺钉穿刺到椎管引起神经损伤等并发症。圆柱体嵌入椭圆体的融合器有利于融合器与关节面充分的接触,同时提高了融合器的稳定性和抗移位能力。目前对腰椎关节突关节融合的研究远没有对后外侧融合的研究那么充分,系统的生物力学研究和中远期临床疗效及并发症的研究有待深入研究。     

腰椎关节突结构差异影响腰椎退变机制的生物力学研究现状

<正>腰椎退行性病变导致的腰腿痛是当今社会造成劳动力丧失和残疾的常见原因之一,严重影响患者的生活质量,产生了巨大的医疗费用支出。腰椎关节突关节作为腰椎应力传导和运动控制的重要部分,其复杂的解剖结构和生物力学特点决定其在腰椎退变过程中起到了重要作用。关节突结构差异可能通过对关节突退变和椎间盘退变的影响进而加速腰椎整体退变的进程。通过影像学观察发现,这种差异与部分腰椎退行性病变的发生存在相关性[1-6],提示关节突结构差异通过特殊的     

青少年正常腰椎与腰椎间盘突出症关节突关节有限元分析

目的 探讨13～18岁正常与青少年腰椎间盘突出症(ALDH)关节突关节不对称对腰椎生物力学的影响。方法 联合应用软件MIMICS 21.0、3-Matic Medical 13.0、Geomagic Wrap 2017、HYPERMES 2019和有限元软件ABAQUS 2021建立下腰椎正常与ALDH三维有限元模型,根据关节突关节左右之差,选择13～18岁正常青少年和ALDH患者资料各3例,共计6例,分析比较施加不同力矩载荷下(中立位、侧屈和旋转工况)椎间盘应力大小。结果 1.建立6例男性正常与ALDH患者的L₃～L₅节段三维有限元模型,获得中立位、前屈、后伸、侧屈和旋转工况正常与ALDH应力、位移云图;2.正常青少年关节突关节角左右对称在中立位时,L_4～5纤维环后侧应力增大;3.不同工况下,椎间盘应力纤维环均大于髓核,纤维环应力前屈>中立位>后伸;4. ALDH患者下腰椎关节突关节左侧大于右侧10°模型,后伸工况L_4～5节段纤维环后侧应力明显增大。侧屈工况下,左侧屈纤维环左侧应力与右...     

前路齿状突螺钉固定与后路寰枢椎融合修复齿状突骨折的Meta分析

BACKGROUND: Many studies concern the comparison of anterior screw fixation and posterior cervical fusion for odontoid fractures, but the sample size of many studies has limitations. There is lack of objective evaluation on advantages and disadvantages of two surgical methods.     

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。     

腰椎关节突关节和椎间盘内应力测量方法的研究

目的：探寻动态载荷下对腰椎关节突关节和椎间盘内应力进行直接测量的方法及其可行性,为进一步研究各种运动状态下关节内应力变化规律提供实验基础。方法：采用自行研制的微型压电晶体传感器,以长腰椎节段作为研究对象,对在六种工况下的讯号进行采集、转换和分析。分析和检验输出讯号和仪器的特性。结果：实验中我们得到是一种复杂的非周期性瞬态讯号。整个实验装置具有拾取动态讯号、灵敏度高、响应频率大、稳定性高和重复性好的特性。结论：本方法是一种新的可行的生物力学研究方法,更直接更实际地反映关节内的应力变化。     

切除不同范围钩突后颈椎关节突的有限元对比分析

背景：钩突增生常导致颈椎病发生,无需内固定的钩椎关节切除术具有重要意义,但尚存诸多问题。目的：建立全颈椎(C₀-T₁)三维有限元模型,切除钩突不同范围后,探究颈椎关节突的应力变化特点和规律,为临床颈椎病的手术治疗提供理论依据。方法：对40岁男性正常成人志愿者进行全颈椎螺旋CT轴位薄层扫描来获得原始数据,应用Mimics、Geomagic Studio、Hypermesh、Abaqus等软件技术建立C₀-T₁全颈椎三维有限元模型,在C₅椎体上构建单侧钩突切除50%、100%和双侧钩突切除100%的3种模型组,然后加载相同力矩赋予前屈、后伸、左右侧屈和左右旋转6种工况,以观测切除不同范围钩突后颈椎关节突关节在不同状态下的应力与位移变化。结果与结论：(1)通过构建全颈椎正常与切除钩突不同范围后的有限元模型,加载相同力矩后发现颈椎关节突的受力集中区由正常组的C₆处上移至切除不同范围钩突组的C₅处,得出关节突的受力随椎序增加呈现递增趋势;(2)...     

腰椎关节突关节结构异常与腰椎间盘突出北大核心

背景:腰椎关节突关节结构异常(方向及不对称)对腰椎间盘突出的影响作用是目前的研究热点。目的:综述腰椎关节突关节方向及不对称对腰椎间盘突出影响作用的相关研究,并阐明该研究领域仍然存在的问题。方法:以"腰椎关节突关节,腰椎间盘突出,关节突关节方向与不对称;lumbar facet joints,lumbar disc herniation,facet orientation and tropism"为检索词,应用计算机分别检索1967年1月至2017年1月发表与腰椎关节突关节异常对腰椎间盘突出影响作用的相关文章。根据入选标准及排除标准摘选42篇进行综述。结果与结论:(1)腰椎关节突关节的方向与不对称是否与腰椎间盘突出有关目前尚无定论,腰椎间盘突出方向是否朝向不对称关节突中的特定一侧也没有定论;(2)造成该领域研究无法得出确定结论的主要原因在于:"正常对照组"设计欠合理,缺乏正常人群腰椎关节突关节角参数;研究对象的年龄跨度太大,导致退变引起的角度改变掺杂进数据统计;腰椎关节突关节不对称的衡量标准仍不统一。     

Three dimensional stress analysis of diabetic insole: a finite element approach.

Current research in foot biomechanics includes studies on prevention of recurrence of neuropathic foot ulcers. This paper attempts to prescribe accommodative insoles, which reduce plantar pressure levels particularly under the hallux. There is little quantitative information available regarding the effects of insole materials on reduction of plantar pressure. The insole models available in the literature are mostly two-dimensional (2-D). Hence, there is a need to develop a 3-D model with actual geometry which includes sufficient details. In this study a three-dimensional (3-D) model of the insole was constructed. A linear and non-linear static analysis using finite element method (FEM) was performed. Results were compared for different materials such as Silicon Gel, Plastozot, Polyfoam, and Ethinil Vinyl Acetate (EVA). Our 3-D finite element model was constructed using 16170 ten-node tetrahedral, mixed U-P (displacement-pressure), hyperelastic, solid elements. Four different hyperelastic and foam materials were used and compared and the loading condition was based on the mid-stance phase of the gait. This research has shown that most of these materials are very effective in terms of reduction of plantar stress concentrations. The technique used in this research provides a promising approach to understanding of behavior of insole materials and suggests a design guideline for therapeutic footwear and orthoses.     

面向个性化椎间融合器生物力学评价的有限元建模因素影响分析

目的有限元分析已广泛应用于个性化椎间融合器生物力学的评价和优化。针对有限元建模过程中存在的耗时长、计算要求高、参数选择依赖主观经验的问题,本文研究有限元建模因素对仿真结果的影响,为提高个性化椎间融合器生物力学评价中有限元建模效率提供科学依据。方法以L3、L4节段腰椎融合器设计与优化为例,选择韧带模拟方式、模型网格大小、椎体皮质骨厚度、椎体松质骨材料赋值、椎体小关节摩擦系数、融合器与椎体连接方式六种不同建模因素作为分析对象,根据相关文献中对不同因素的处理方法,采用正交实验设计建立18个有限元模型,比较不同因素对计算结果影响。结果采用融合器上的最大von Mises应力为分析指标时,韧带模拟方法、椎体小关节摩擦系数、融合器与椎体连接方式对计算结果有显著影响;采用椎间融合器最大沉降位移为分析指标时,韧带模拟方式、融合器与椎体连接方式对计算结果有显著影响;在满足一定条件下,网格大小、皮质骨厚度、松质骨材料属性对上述两种指标的影响不显著。结论在本文所研究的腰椎融合器有限元建模的6个因素中,韧带的模拟类型、椎体小关节间摩擦系数、融合器与椎体连接方式是需要重点考虑的因素。本文提出的基于正交实验设计的评价建模因素影响的方法,可以为个性化植入介入器械有限元建模过程的参数优化选择提供参考。     

有限元法仿真计算多种工况下的肛提肌应力

背景：构建盆底软组织的有限元模型对其进行有限元分析从而阐述其生物力学发生机制,在盆底肌肉及骨盆的生物力学方面有着独特的优势。 目的：建立肛提肌有限元模型,分析多种工况下肛提肌的应力分布,为从力学角度认识女性盆底功能障碍性疾病提供参考。 方法：基于MRI影像资料用MIMICS三维重建软件重构肛提肌几何结构,用有限元分析方法仿真计算肛提肌的应力分布。 结果与结论：各工况下肛提肌中最大应力出现位置接近,休息状态肛提肌主动收缩压力为零时最小,剧烈张力且肛提肌主动收缩压力最大时肛提肌内的最大应力也最高。说明不同状态下肛提肌的高腹压会对肛提肌产生较大的应力,容易造成肛提肌的组织损伤。     

人工颈椎间盘置换与前路颈椎间盘切除融合后邻近节段椎间盘应力分布的有限元对比

BACKGROUND: Previous clinical follow-up study showed that disc degeneration of adjacent segment after anterior cervical discectomy and fusion was faster than that of artificial cervical disc replacement. Compared with the anterior cervical discectomy and fusion, artificial cervical disc replacement can maintain a good range of motion of replacement segment. Further investigation should be taken to compare the difference between stress and fusion after replacement.      

椎弓根螺钉长度变化对螺钉-骨复合体模型 应力影响的三维有限元分析研究

目的 利用三维有限元模型研究椎弓根螺钉长度变化对生理载荷下螺钉骨复合体模型的应用影响。方法 建立椎弓根螺钉和L1椎体的三维模型,并对其进行网格划分,设置椎弓根钉长度尺寸的变化范围。模拟生理载荷条件下,对不同长度尺寸的椎弓根钉有限元模型进行应力分析。结果椎弓根螺钉长度在30～50 mm范围内变化时,随着螺钉长度的增大,螺钉骨复合体模型的骨质部分承担的应力均减小,而螺钉承担的应力则增加。螺钉最大平均主应变出现在螺钉的尾端,皮质骨发生的最大平均主应力位置出现在螺钉与皮质骨接触面两侧,松质骨发生的最大平均主应力位置出现在螺钉头部与松质骨接触面两侧。当螺钉长度达到50 mm时,载荷力传递到皮质骨和松质骨分别减小了43.1%和42.3%,而螺钉上出现的则增加了38%。当椎弓根螺钉长度大于45 mm时,螺钉骨复合体模型各部分应力变化不明显。结论 椎弓根螺钉长度在30～50 mm范围变化时,在生理载荷下,椎弓根螺钉长度的增大有利于改善螺钉、皮质骨及松质骨上轴向应力的力学分布;只要骨量允许,临床选择椎弓根螺钉的长度应不小于45 mm。     

Biomechanical analysis of the lumbar spine with anterior interbody fusion on the different locations of the bone grafts

The anterior lumbar interbody fusion is the common procedure in the management of the degenerated disc in the lumbar spine, but the biomechanical behavior of the fused segment would be changed because of the implantation of bone graft at the different locations. To investigate the biomechanical alteration, the study applied the finite element model to undergo the stress analysis.A three-dimensional finite element model of the lumbar spine was established, and modified to the three fusion models consisted of the bone graft at the anterior site, the middle site and the posterior site, respectively. The 12 N m flexion and the 10 N m torsion with pre-load 150 N were imposed on the L1 vertebral body.The results of the finite element model indicated that placing bone graft at anterior site could effectively resist flexion moment, and decreased the tensile force of the posterior ligaments about 15% above. Placing bone graft at posterior site could resist torsional moment, and also led to none of contact force of the facet joint in the fused segment. However, wherever the bone grafts were placed, stress slightly increased on the disc adjacent to interbody fusion about 5% below.     

咬合接触对颞下颌关节生物力学影响的有限元研究

目的建立用于研究咬合接触与颞下颌关节生物力学关系的三维有限元模型,并设计不同的工况来分析不同咬合接触情况下颞下颌关节应力的变化规律。方法尸体头颅1具,平行于眶耳平面作CT扫描;取石膏模型,以三维扫描仪对牙列(牙合)面扫描;将石膏模型扫描参数与CT扫描参数换算到同一坐标系下,在髁突上方设均厚的类关节盘,关节盘顶及下颌角作约束设计,经划分网格生成有限元模型。工况一:左侧下颌不同牙位咬合接触面加载;工况二:在包括左侧下颌第二磨牙的颞下颌关节三维有限元模型上,设计下颌第二磨牙牙尖交错(牙合)、远中方向和颊侧方向三种加载部位的工况,研究不同工况下双侧髁突处应力分布变化的规律。结果(1)建立了包括双侧髁突、类关节盘及下颌牙列在内的用于分析咬合与颞下颌关节关系的三维有限元模型。(2)咬合加载牙位不同,双侧髁突应力效应不同,髁突外、中、前、顶等处为承受较高压强的区域。(3)咬合加载部位牙面承载形态不同,双侧髁突应力效应也不同,其变化包括应力性质和应力的分布特点等方面,远中加载和颊侧加载时分别可致加载侧髁突内极和加载对侧髁突内极应力集中。结论咬合接触部位及方向变化可影响髁突应力分布。     

基于有限元方法的全髋关节假体个体化选型分析

目的 研究ISO 7206标准对全髋关节置换术临床应用的指导意义。方法 建立肌骨数值模型,对正常行走步态进行仿真,以获得下肢的运动学和动力学参数;建立对应的全髋关节假体有限元模型,应用步态载荷进行计算,并对比ISO标准的有限元模型计算结果。结果 正常行走步态下,髋关节力分别在20%和54%步态周期出现峰值,以此作为有限元计算的步态载荷,得到20%步态周期时假体应力最大;松动模型中假体柄上最大应力大于无松动模型中假体柄上最大应力,且应力分布趋势存在差异;分析对比ISO测试和不同体重人体步态载荷下的假体最大应力,得到ISO测试中最大应力水平对应108~142 kg体重载荷下的假体最大应力。结论ISO测试中合格的假体可满足100 kg体重人体正常步态下的强度要求。