犬上颈椎融合后C_(2-3)椎间盘内Ⅰ型胶原蛋白的变化

目的建立活体犬上颈椎融合模型并观察术后3个月C_(2-3)内Ⅰ型胶原蛋白的变化。方法将成年雄性健康家犬12只随机分为实验组和对照组(各6只),实验组行寰枢椎融合术,对照组不做处理。术后3个月处死动物并获取C_(2-3)椎间盘,行HE染色观察椎间盘纤维环的形态,并进行评分。行椎间盘免疫荧光染色观察Ⅰ型胶原蛋白。采用Image-Pro Plus 6.0软件将荧光图像转换为灰度图像,并进行光密度测量,获得每个椎间盘的平均光密度值。对上述两组椎间盘进行独立样本t检验。结果实验组C_(2-3)椎间盘纤维环排列散乱,对照组C_(2-3)椎间盘纤维环排列整齐,两组椎间盘平均评分实验组为1.5,对照组为0.5,两组评分比较差异有统计学意义(~2=3.105,P0.05)。实验组内Ⅰ型胶原蛋白的光密度值为(391 052.98±18 869.81),较对照组的光密度值(312 945.42±22 400.47)显著升高(t=6.532,P0.001)。结论上颈椎融合能加速C_(2-3)椎间盘的退变。     

犬上颈椎融合后C2-3椎间盘内I型胶原蛋白的变化*

目的建立活体犬上颈椎融合模型并观察术后3个月C_(2-3)内Ⅰ型胶原蛋白的变化。方法将成年雄性健康家犬12只随机分为实验组和对照组(各6只),实验组行寰枢椎融合术,对照组不做处理。术后3个月处死动物并获取C_(2-3)椎间盘,行HE染色观察椎间盘纤维环的形态,并进行评分。行椎间盘免疫荧光染色观察Ⅰ型胶原蛋白。采用Image-Pro Plus 6.0软件将荧光图像转换为灰度图像,并进行光密度测量,获得每个椎间盘的平均光密度值。对上述两组椎间盘进行独立样本t检验。结果实验组C_(2-3)椎间盘纤维环排列散乱,对照组C_(2-3)椎间盘纤维环排列整齐,两组椎间盘平均评分实验组为1.5,对照组为0.5,两组评分比较差异有统计学意义(~2=3.105,P0.05)。实验组内Ⅰ型胶原蛋白的光密度值为(391 052.98±18 869.81),较对照组的光密度值(312 945.42±22 400.47)显著升高(t=6.532,P0.001)。结论上颈椎融合能加速C_(2-3)椎间盘的退变。     

青少年颈椎椎间盘MRI测量的应用解剖学研究

目的通过MRI对青少年颈椎椎间盘的测量,为人工间盘设计、置换及椎间盘相关疾病诊治提供理论依据。方法用SIGNA MR/1.5T磁共振对40例正常青少年(14~17岁)颈椎间盘矢状位多层面的高度及前后径测量:以颈椎正矢状面为中心,分别向两侧以3 mm为间隔,扫描5组矢状位图像,选择正中层面测量椎间盘中心高度与前后径,由两名MRI副主任医师测量后取平均值。结果 (1)颈椎间盘前后径为(14.036±1.812)mm,中心高(4.111±0.813)mm;(2)从C_(2~3)到C_(6~7)各组椎间盘前后径和中心高组间比较均无统计学差异(均P0.05)。(3)按性别各组椎间盘前后径和中心高组间比较均无统计学差异(均P0.05)。结论 (1)14~17岁青少年颈椎椎间盘高度、前后径各值从C_(2~7)呈渐增趋势,各测量值间无统计学差异。(2)MRI可直观显示青少年颈椎间盘形态,测量数据能够满足人工椎间盘选择需要。     

一种新型人工颈椎间盘置换的生物力学研究

目的研究新型人工颈椎间盘(Pretic-I)置换和颈椎前路椎间固定对颈椎活动范围(Range of motion,ROM)及邻近节段椎间盘髓核内压力(Intradiscal Pressures,IDPs)的影响。方法新鲜尸体颈椎标本6具,先后依次作为完整组(A组)、C_(5/6)人工椎间盘置换组(B组)和C5/6前路椎间固定组(C组)进行生物力学测试。给予75N跟随载荷,前屈/后伸、左/右侧弯及左/右轴向旋转均施加2.0Nm的纯力矩载荷,在0.2Nm/S的变化条件下测量手术节段及邻近节段ROM,以及邻近节段IDPs。结果 B组与A组在手术节段及邻近节段的ROM相比均无显著性差异(0.05)。在C_(5/6)节段,C组的ROM明显小于A组和B组(0.05)。在C_(4/5)、C_(6/7)节段,C组的ROM则明显大于其他两组(0.05)。B组和A组的C_(4/5)及C_(6/7)节段IDPs相比均无显著性差异(0.05),而C组的C_(4/5)和C_(6/7)节段IDPs均较其他两组显著增加(0.05)。结论 Pretic-I人工颈椎间盘置换术较好的维持了手术节段及邻近节段的活动范围,并保持了邻近节段椎间盘髓核内压力。     

人工颈椎间盘置换术后邻近下位关节突关节压力变化的生物力学研究

目的:探讨人工颈椎间盘置换术后邻近下位关节突关节内压力的变化,为其在临床应用提供生物力学依据,方法:在11具保留C3至T1的新鲜成人颈椎标本上,采用自行设计的圆片状微阻电式传感器测量C5/6椎间盘完整、椎间盘摘除、人工椎间盘置换和椎间融合4个模型组C6/7关节突关节内的压力负荷.结果:人工椎间盘置换组C6/7关节突关节内的压力在轴向(16.98±3.74)N、左侧弯(26.87±5.78)N、右侧弯(12.91±3.50)N、前屈(20.88±5.77)N、后伸(20.63±5.30)N,与完整组接近,差异无统计学意义(P>0.05),高于椎间盘摘除组(P<0.05),低于椎间融合组(P<0.05).结论:人工颈椎间盘置换后邻近下位关节突关节内的压力接近正常,提示人工椎间盘置换符合颈椎正常生物力学要求.     

人工颈椎间盘置换早期运动学分析:55例资料验证

背景:颈椎前路椎间盘切除椎间融合被认为是治疗颈椎病的金标准,但是融合后产生临近节段的加速退变。采用人工颈椎间盘置换治疗颈椎病和颈椎间盘突出症在解除患者脊髓压迫的同时保持了颈椎的活动度和稳定性,恢复椎间盘正常的生物力学特点,防止邻近椎间盘的加速退变。目的:观察颈椎Prodisc人工颈椎椎间盘置换的临床应用效果及术后的运动学变化。方法:选择55例69个椎间盘,其中双节段受损14例;男29例,女26例,年龄48(31～76)岁;脊髓型颈椎病32例,神经根型颈椎病9例,混合型颈椎病14例。取颈椎前横切口或斜切口入路行Prodisc人工颈椎间盘置换。于置换前、置换后3,6,12,24个月观察颈椎正侧位、过伸过屈、左右侧屈位片,JOA评分分析置换前后椎间盘功能改善情况。结果与结论:随访55例69个椎间盘,41例行单节段人工颈椎间盘置换,14例行双节段人工颈椎椎间盘置换。置换后随22(56～48)个月。置换后JOA评分显示椎体功能改善率达56%。置换后手术节段椎间盘矢状面、冠状面活动度与置换前比较差异无显著性意义(P=0.45,0.74),并保持了和邻近间隙同样的活动度和稳定性。说明颈椎人工椎间盘置换后保留了原来的椎间盘的活动度,患者恢复快,对邻近椎间盘的影响小。     

不同方式颈椎融合手术对上颈椎Jefferson骨折稳定效果的影响

目的建立人体上颈椎C0～3节段Jefferson骨折有限元模型,分析后路寰枢椎融合(posterior atlantoaxial fusion,PSF)和枕颈融合(occipitocervical fusion,OCF)对颈椎椎体生物力学特性和钉棒系统力传导特性的影响。方法基于CT图像建立人体上颈椎C0～3节段Jefferson骨折模型,依据临床手术方案实施PSF、OCF1和OCF2内固定术,施加50 N集中力和1.5 N·m力矩于枕骨底部,研究上颈椎C0～3节段在前屈、后伸、侧屈和旋转运动时,颈椎椎体的应力分布和关节活动度(range of motion,ROM)、钉棒系统最大应力以及椎间盘的应力分布情况。结果 OCF1和OCF2椎体ROM较PSF增加,钉棒应力减少,OCF具有较好的固定效果。结论 PSF、OCF1、OCF2固定术式均可减少上颈椎ROM,重建上颈椎的稳定性,使椎体和椎间盘应力分布趋向正常水平。研究结果可为临床手术方案提供理论依据。     

人工颈椎间盘置换术后异位骨化三维有限元模型的建立与意义

目的建立包含完整下颈椎(C_3-C_7)的C_(5/6)节段人工颈椎间盘置换(cervical disc replacement,CDR)术后异位骨化(heterotopic ossification,HO)三维有限元模型,为CDR术后HO生物力学相关研究提供基础模型。方法将健康志愿者颈椎CT的DICOM格式数据依次使用Mimics 16.0、Geomagic 12.0及Pro/Engineer 5.0软件构建包含C_3-C_7颈椎的C_(5/6)节段CDR术后HO三维有限元模型,并观察HO对手术节段活动度和小关节压力的影响。结果本研究建立了CDR术后HO三维有限元模型,共包含394 198个单元和765 411个节点。运动加载结果显示HO发生后手术节段活动度有不同程度的下降,曲伸、侧弯及旋转活动较无HO模型减少分别20.6%、14.3%及11.3%;手术节段后方小关节应力在HO发生后在不同工况下有不同程度的下降,后伸、左侧弯、右侧弯、左旋转及旋转活动较无HO模型减少分别4.1%、3.7%、10.7%、26%及12.1%。结论本研究成功构建了包含C_3-C_7下颈椎的C_(5/6)节段CDR术后HO三维有限元模型,为CDR术后HO的生物力学相关研究提供了基础模型。     

颈椎椎间盘的解剖学测量

颈椎椎间盘退变及病变是引起颈肩痛的常见原因之一。近年来许多学者对颈椎椎间盘的形态学及生物力学特征作了较系统的研究。但以往认为颈椎间盘突出症较少见。对颈椎髓核位置、椎间盘前、中、后三部分高度解剖学测量的文献报道较少。本研究在青年新鲜尸体的颈椎上。对颈椎髓核位置、椎间盘前、中、后三部分高度等,做了较为系统的解剖学测量。旨在为人体解剖学积累资料,为临床应用提供形态学依据;并对其临床意义进行了讨论。     

人工髓核治疗颈椎间盘病变的动物实验研究

目的通过动物体内实验对生理状态下人工髓核在颈椎功能单位稳定性中的作用进行评估。方法实验动物为健康杂种犬30只,分为完整组（A组）、人工髓核组（B组）、颈椎间盘病变组（C组）,颈椎间盘病变组和人工髓核组分别经前路行髓核摘除术和人工髓核植入术,术后3个月处死动物,取标本固定,应用脊柱三维运动生物力学机测试时,施加最大载荷为1.0 N.m的6个方向上的力偶,使测试节段产生前屈、后伸、左右侧弯和左右轴向旋转运动,测量运动范围（ROM）和中性区（NZ）,然后施加0 N和100 N的轴向载荷下测量椎间隙高度变化。结果人工髓核组同完整组相比较,节段活动无显著差异（P〉0.05）;颈椎间盘病变组同完整组相比较,颈椎节段活动明显增加,稳定性下降（P〈0.05）。人工髓核组在0 N载荷下,椎间隙高度较完整组平均升高0.2 mm,100 N载荷下椎间隙高度较完整组平均升高0.1 mm。结论植入人工髓核能有效满足颈椎的稳定性和维持椎间隙高度,可考虑将其应用于治疗颈椎间盘病变。     

Evaluation of the role of ligaments, facets and disc nucleus in lower cervical spine under compression and sagittal moments using finite element method.

Cervical spinal instability due to ligamentous injury, degenerated disc and facetectomy is a subject of great controversy. There is no analytical investigation reported on the biomechanical response of cervical spine in these respects. Parametric study on the roles of ligaments, facets, and disc nucleus of human lower cervical spine (C4-C6) was conducted for the very first time using noninvasive finite element method.A three-dimensional (3D) finite element (FE) model of the human lower cervical spine, consisted of 11,187 nodes and 7730 elements modeling the bony vertebrae, articulating facets, intervertebral disc, and associated ligaments, was developed and validated against the published data under three load configurations: axial compression; flexion; and extension. The FE model was further modified accordingly to investigate the role of disc, facets and ligaments in preserving cervical spine motion segment stability in these load configurations. The passive FE model predicted the nonlinear force displacement response of the human cervical spine, with increasing stiffness at higher loads. It also predicted that ligaments, facets or disc nucleus are crucial to maintain the cervical spine stability, in terms of sagittal rotational movement or redistribution of load. FE method of analysis is an invaluable application that can supplement experimental research in understanding the clinical biomechanics of the human cervical spine.     

基于Simpleware全颈椎三维有限元模型的构建与分析

目的 利用Simpleware软件构建全颈椎三维有限元模型,并对模型进行验证和分析,为探讨颈椎损伤机制提供可靠模型。方法 基于CT断层扫描图像,利用医学图像处理软件Simpleware、逆向工程软件Geomagic建立C1~7全颈椎三维实体模型,导入Hypermesh进行颈椎网格划分、添加韧带并引入小关节突接触关系等,建立C1~7全颈椎有限元模型,在ANSYS中模拟前屈、后伸、侧弯和轴向旋转工况下颈椎的生物力学性能。结果 建立的模型准确可靠,在前屈、后伸、侧弯和轴向旋转时,活动范围与文献中离体实验和有限元分析结果相近。椎间盘应力集中在椎体受压侧,C4/5最易产生应力集中。结论 建立的C1~7全颈椎有限元模型能够有效模拟颈椎的生物力学特性,为后续颈椎挥鞭样损伤的生物力学研究奠定良好的基础。     

后纵韧带硬化对颈椎力学影响的三维有限元分析

目的利用三维有限元分析探讨后纵韧带(posterior longitudinal ligament,PLL)硬化后对颈椎生物力学的影响,分析探讨其可能引起的颈部稳定性改变。方法对1位健康成年男性进行颈部CT及MR扫描,获取C1—C7节段的断层图片,采用MIMICS(Version 12)软件对颈椎图像进行三维重建,用HYPERMESH 10.0软件对三维几何进行网格划分,后处理计算软件为LS-DYNA3D 971。模型开发和模拟计算在Dell Power Edge 12G M420刀片式服务器上进行,并固定C7,对C1进行前屈、仰伸及轴向旋转运动,加载力矩为3 N·m。比较在前屈、仰伸及旋转运动下,正常以及PLL硬化后颈椎有限元模型的生物力学改变对颈部稳定性的影响。结果颈椎前屈运动中,PLL硬化后椎间盘纤维环最大应力减小6%。颈椎仰伸运动中,PLL硬化后髓核最大应力降低约11%,椎小关节最大应力增大约15.7%。颈椎旋转运动中,PLL硬化椎间盘纤维环最大应力降低24%,最大应力集中在C4/5纤维环旋转方向侧;髓核最大应力降低25%,且最大应力位置由C2/3髓核上方下移至C6/7髓核下方;椎小关节最大应力下降10%。结论 PLL硬化后,前屈及旋转运动使PLL承载更多的力,可能加重已有病变或引起继发损伤;仰伸运动会使最大受力部位转移到椎小关节,导致继发性椎小关节损伤的可能性增加。     

颈椎有限元模型的应用进展

有限元分析法（FEA）是一种在生物力学领域广泛应用的研究方法.近年来,颈椎有限元模型已被广泛应用于研究颈椎损伤、颈椎退变及模拟各种颈椎手术,已日趋完善.回顾了颈椎有限元模型的发展,介绍了颈椎有限元建模与分析在颈椎损伤、人工椎间盘置换、椎间植骨融合、颈椎退变及颈椎失稳等方面的应用进展,展望了未来的发展趋势.     

Cervical spine response in frontal crash

Predicting neck response and injury resulting from motor vehicle accidents is essential to improving occupant protection. A detailed human cervical spine finite element model has been developed, with material properties and geometry determined a priori of any validation, for the evaluation of global kinematics and tissue-level response. Model validation was based on flexion/extension response at the segment level, tension response of the whole ligamentous cervical spine, head kinematic response from volunteer frontal impacts, and soft tissue response from cadaveric whole cervical spine frontal impacts. The validation responses were rated as 0.79, assessed using advanced cross-correlation analysis, indicating the model exhibits good biofidelity. The model was then used to evaluate soft tissue response in frontal impact scenarios ranging from 8G to 22G in severity. Disc strains were highest in the C4–C5–C6 segments, and ligament strains were greatest in the ISL and LF ligaments. Both ligament and disc fiber strain levels exceeded the failure tolerances in the 22G case, in agreement with existing data. This study demonstrated that a cervical spine model can be developed at the tissue level and provide accurate biofidelic kinematic and local tissue response, leading to injury prediction in automotive crash scenarios.     

影响下颈椎骨折脱位在麻醉下手法复位失败的多因素分析

目的探讨影响下颈椎骨折脱位在麻醉下闭合复位失败的相关影响因素。方法通过回顾我科于2006年1月~2011年1月治疗下颈椎骨折脱位病例85例。分别记录患者的年龄、性别、颅骨牵引重量、颅骨牵引时间、骨折脱位节段、交锁、并发多颈椎骨折、关节突关节骨折、前纵韧带及椎间盘损伤、后方韧带复合体损伤等相关因素,观察患者麻醉下复位的情况,分析引起复位失败原因。结果影响复位失败的相关因素和顺序为关节突关节交锁;前纵韧带及椎间盘损伤;多发颈椎骨折。结论下颈椎骨折脱位伴双侧交锁是麻醉下手法复位的适应症;单侧交锁或多发颈椎骨折受伤是相对禁忌症,选择适当的病例,可以减少医源性损伤,简化手术。     

C 5/6 椎间隙不同撑开高度对临近椎间盘压力的研究分析

目的　研究C5/6椎间隙不同撑开高度对临近椎间盘压力的影响,以期能对临床工作中选择合适的椎间撑开高度提供依据。 方法　选取6具新鲜成人尸体上的颈椎制作标本,将制作好的标本放在BOSE动/静态材料试验机上加载中立、屈伸、侧弯、旋转的多维运动,分别测试在不同运动载荷下C5/6椎间隙撑开前,C5/6椎间隙撑开基准高度100%、120%、140%、160%时C4/5及C6/7椎间盘压力变化,对测得的压力值进行多重统计学比较分析。 结果　所有撑开器位置安装满意,统计分析显示：6例标本C5/6的平均高度值为6.8 mm;在不同椎间撑开高度下,颈椎后伸30°位时椎间盘压力最小(P<0.05),有统计学意义;在120%的基准高度时,颈椎后伸30°位、左右侧弯30°位时C4/5与C6/7椎间盘压力值分别比其它基准高度测得压力值小(P<0.05),有统计学意义;颈椎中立位时C4/5与C6/7椎间盘压力均小于100%、140%、160%时基准高度测得压力值,而大于未撑开前测得的椎间盘压力值;左右侧屈时,120%平均高度时C4/5,C6/7椎间盘压力值小于140%平均高度(P<0.05),且两者与其他3种高度两两比较均有显著性差异(P<0.05);左右旋转：各状态两两比较无显著差异(P>0.05);1例标本在撑开160%的基准高度行前屈30°位时,出现关节突的关节囊韧带轻微撕裂。 结论　C5/6椎间盘摘除行椎间植骨时,选取基准高度的120%作为椎间隙撑开高度,对临近椎间盘压力变化影响较小,为合适的椎间隙撑开高度。     

Posterior distraction forces of the posterior longitudinal ligament stratified according to vertebral level

Introduction Although considered significant in resisting midline intervertebral disc herniation, the posterior longitudinal ligament (PLL) has had relatively few studies performed regarding its morphology and function. We performed the present experiment to discern the amount of posterior tensile force necessary to disrupt the PLL at each vertebral level. Materials and methods Twenty-five adult cadavers underwent laminectomies of vertebrae C1 to S1. After removal of the spinal cord, nerve roots, and dura mater, the PLL was identified for each vertebral level and a steel wire placed around its waist in the midline and a tensile gauge attached and posterior tension applied perpendicular to the spine. Forces necessary to failure of the PLL were noted for each vertebral level. Results The PLL was found to be stronger in the thoracic spine compared to the cervical and lumbar vertebrae (P < 0.05). Dividing the vertebral levels in this manner, we found an average posterior distraction force to failure of 48.3 N in the cervical region, 61.3 N in the thoracic region, and 48.8 N in the lumbar region. Conclusions These findings support clinical observations that thoracic disc herniation is rare. We hypothesize that this clinical observation is partially due to a stronger PLL in the thoracic spine.