人工椎间盘置换联合前路融合术治疗多节段颈椎间盘突出症的研究进展

在手术治疗颈椎间盘突出症方面,传统的融合手术虽然能够有效的缓解症状,但术后可能会出现邻近节段活动度(range of motion,ROM)增大,邻椎病患病率增加等问题[1]。有研究表明[2,3],融合术后相邻节段椎间盘内压(intradiscal pressure,IDP)显著增加可能是融合术后邻近节段退变加速的一个原因。     

脊柱融合内固定致邻近节段退变的生物力学机制

目的：从生物力学角度了解融合内固定对腰椎邻近节段的影响。方法：9具新鲜腰1～骶椎尸体标本分别近、远端固定，在脊柱三维运动实验机上施以8Nm纯力偶矩模拟人体行屈伸、左右侧弯及旋转活动，观察L3～4、L4～5、L5～Sl节段运动范围(ROM)；随后进行各种模拟手术并安装内固定，依次测定CD内固定(CD)、CD加椎体间植骨(CD-骨块)、CD加TFC(CD—TFC)状态下各节段ROM值并进行统计学分析。结果：①各融合术式均可使固定节段达到即刻稳定性，L4～5节段ROM值明显减小；②L3～4节段在屈伸、侧弯和旋转时有明显位移增加，L5S1节段在旋转时ROM值明显增加，屈伸和侧弯时ROM值改变无统计学意义。结论：脊柱融合内固定术后，相邻节段位移增加、运动模式改变，易继发不稳和退变。     

新型人工髓核置换对邻近上节段三维运动与椎间盘内压影响的实验研究

目的评价果胶/聚乙烯醇复合水凝胶人工髓核植入对腰椎稳定性的影响;并通过与腰椎前路融合比较,探讨其对邻近节段运动范围和椎间盘内压的影响。方法采用6具新鲜人体腰椎标本(L3～L5)在机器人脊柱测试机上进行生物力学测试。观察正常椎间盘、CoPP人工髓核置换和腰椎前路cage植入3种状态下L4/5和L3/4的运动范围以及L3/4椎间盘内压的变化情况。结果在L4/5手术节段,CoPP组与完整椎间盘组的角位移除左侧屈运动方向差异有显著性外(P<0.05),其他方向两者之间差异均无显著性(P>0.05)。而cage组与完整椎间盘组或CoPP组之间,在所有的运动方向均有显著性差异(P<0.05)。而在相邻上节段L3/4,CoPP组与完整椎间盘组的运动范围除左侧屈运动方向差异有显著性外(P<0.05),其他方向两者之间差异均无显著性(P>0.05)。而cage组与完整椎间盘组或CoPP组之间,在所有的运动方向,L3/4运动范围的差异均有显著性(P<0.05)。CoPP组与完整椎间盘组的椎间盘内压在所有的运动方向两者之间的差异无显著性(P>0.05),而cage组与完整椎间盘组或CoPP组的椎间盘内压在前屈后伸及左右侧屈运动方向两者之间差异有显著性(P<0.05),而在轴向旋转方向,两者之间差异无显著性(P>0.05)。结论 CoPP人工髓核植入能保留手术节段的运动功能,稳定脊柱;相对腰椎融合手术,CoPP对相邻节段运动范围和椎间盘内压无明显影响,从而可降低或避免相邻节段退变的发生率。     

颈椎间盘切除前路钢板内固定术对相邻节段影响的生物力学研究

目的　研究颈椎前路钢板内固定对相邻节段椎体、椎间盘和关节突等结构的生物力学特性的变化。方法　采用5具新鲜人体颈椎标本先作为正常空白的对照组，测试其生物力学特性后再依次进行前路单节段钢板内固定和双节段钢板内固定，测试相邻节段椎间盘和关节突上应变和位移变化。结果　前路钢板内固定后，在固定节段上方相邻节段测试应变、位移除前屈位外均明显增加(P<0.05)，最大变化发生在后伸位。而单节段和双节段钢板固定相比，仅有数值上的差别，无统计学意义(P>0.05)。结论　前路Orion钢板内固定后，固定节段的活动度转移到邻近节段，其上方相邻节段活动度增加，应力集中，负荷增加，当处于后伸位时有明显的提高。固定节段选择统计学差异不明显。     

新型腰椎后路动态内固定的生物力学评价及其对邻近节段的影响

目的 应用新鲜人体标本,对新型腰椎后路动态内固定进行体外生物力学试验,进一步明确动态内固定对受试节段及邻近节段的活动度影响,最终为临床应用动态内固定治疗腰椎退行性疾病提供参考提供.方法 选用6具腰椎尸体标本,固定于脊柱生物力学试验机上,测试的状态依次为完整腰椎状态、失稳腰椎状态、动态内固定状态及坚强内固定状态,分别在前(后)屈、左(右)侧弯和左(右)旋转3个运动平面上施加7.5 N·m的力矩,计算并比较腰3-腰4、腰4-腰5、腰5-骶1之间3个运动平面的脊柱运动范围(range of motion,ROM)及中性区(neutral zone,NZ).结果 在所有的3个运动平面上(侧弯、屈/伸、轴向旋转),与完整腰椎状态对比,失稳腰椎状态增加了ROM和NZ(P<0.05).坚强内固定和动态内固定状态均使侧弯和屈曲ROM和NZ较正常腰椎减少1个数量级(P<0.05),屈/伸时,坚强内固定组ROM和NZ明显减小(P<0.05),动态固定组的ROM和NZ较完整腰椎状态无明显改变(P>0.05).轴向左右旋转时,坚强内固定状态ROM和NZ明显减小,动态内固定状态ROM则较正常腰椎状态有所增大,但差异无统计学意义(P>0.05).腰3-腰4及腰5-骶1邻近节段的3个运动平面上(侧弯、屈/伸、轴向旋转)的ROM和NZ均未明显受到固定节段的影响(P>0.05).结论 相对坚强内固定,动态内固定能够稳定失稳的脊柱节段,允许更多的节段活动,可考虑将动态内固定作为坚强内固定的替代治疗方法.     

脊柱外固定器治疗相邻双节段腰椎骨折的生物力学测试

背景：胸腰椎骨折固定后相邻节段退变发生的一个重要因素是相邻运动节段出现过度活动,导致该节段应力集中,并且相邻节段的头侧较尾侧更容易发生退变,固定节段数量越多,相邻节段的应力越集中,退变概率越大。 目的：通过对相邻双节段腰椎爆裂性骨折经皮椎弓根螺钉外固定进行生物力学测试,评价脊柱外固定器的即刻生物力学稳定性以及上位相邻椎体的运动范围退变情况。 方法：选取6具新鲜成年猪脊柱标本(T₁₄-S₁,猪胸椎共有14个椎体)。每具标本均按以下顺序进行生物力学测试：正常组、骨折组(L₃,_L4椎体制作成爆裂性骨折模型)、外固定组(L₂,L₅椎体行脊柱外固定器固定)、内固定组(取出脊柱外固定器后行_L2,L₅椎体传统开放后路内固定)。测试标本的固定节段(L₂-L₅)和上位相邻节段(L₁)应用跨相邻2伤椎4钉外固定与内固定后的前屈、后伸、侧屈、轴向旋转角位移运动变化。 结果与结论：骨折组各方位角位移运动范围均大于正常组,差异有显著性意义(P < 0.05);两种固定状态下固定节段(L2-L5)各方位角位移运动范围均显著小于正常状态和骨折状态,差异有显著性意义(P < 0.01),且两种固定状态下各方位的即刻稳定指数比较,差异均无显著性意义(P > 0.05);与正常组比较,两种固定状态上位椎体(L₁)的各方位角位移运动范围均增加;外固定组与正常组上位椎体(L₁)三维运动范围比较：前屈、后伸时差异无显著性意义(P > 0.05),侧屈、旋转时差异均有显著性意义(P < 0.01);内固定组与正常组比较：前屈、后伸、侧屈、旋转时差异均有显著性意义(P < 0.01)。结果可见应用脊柱外固定器治疗相邻双节段腰椎爆裂性骨折,其即刻生物力学稳定性与传统开放后路内固定系统相当;两种固定方式均能引起上位正常相邻椎体侧屈、旋转的角位移增加,但脊柱外固定器较传统内固定在前屈、后伸时不会引起上位相邻椎体的运动范围显著增加。     

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。     

Prestige LP和Discover人工颈椎间盘的生物力学有限元分析

目的探讨人工颈椎间盘的结构设计对人工颈椎间盘置换前后生物力学变化的影响。方法基于中国可视化人研究项目的首例男性CT扫描数据图像建立人体颈椎C5-C6节段的有限元模型,使用已有文献数据验证该模型以确保计算结果准确。选用PrestigeLP和Discover分别作为不固定旋转中心和固定旋转中心结构的代表建模,在之前所建的双节段颈椎模型上模拟人工颈椎间盘置换术,对置换前后颈椎在常见运动情况下的颈椎生物力学变化进行计算和分析。结果人工椎间盘置换后,手术节段运动范围有所增大,活动度随之上升,过度运动会给后部小关节带来压力,同时导致韧带张力增加,远期可能导致脊柱失稳和手术节段退变。结论不固定旋转中心的假体运动范围大于固定旋转中心的假体,适当限制运动范围可能更有益于人工椎间盘置换后的远期疗效。     

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。     

颈椎连续三节段 Hybrid 手术与融合术的生物力学研究

目的 比较颈椎连续三节段Hybrid手术[颈前路减压植骨融合(anterior cervical discectomy and fusion, ACDF)+人工颈椎间盘置换(cervical disc arthroplasty, CDA)]与三节段ACDF对颈椎生物力学的影响。方法 基于CT数据建立C1～T1颈胸椎有限元模型,通过植入Prestige LP和Zero-P假体模拟3种模型,包括两种Hybrid模型(AFA:C3～4、C5～6节段植入Prestige LP,C4～5节段植入Zero-P;FAF:C3～4、C5～6节段植入Zero-P,C4～5节段植入Prestige LP)和三节段ACDF模型(FFF)。比较各模型前屈、后伸、侧弯以及轴向旋转时相邻节段及整体活动范围(range of motion, ROM)以及相邻节段椎间盘内压力(intradiscal pressure, IDP)及小关节接触力(facet contact force, FCF)的变化。结果 AFA模型相邻节段及整体ROM都更接近完整模型,FAF、FFF模型相邻节段ROM最大增幅分别为15.0%和23....     

Effects of degenerated intervertebral discs on intersegmental rotations,intradiscal pressures,and facet joint forces of the whole lumbar spine

The effects of intervertebral disc (IVD) degeneration on biomechanics of the lumbar spine were analyzed. Finite element models of the lumbar spine with various degrees of IVD degeneration at the L4-L5 functional spinal unit (FSU) were developed and validated. With progression of degeneration, intersegmental rotation at the degenerated FSU decreased in flexion–extension and left–right lateral bending, intradiscal pressure at the adjacent FSUs increased in flexion and lateral bending, and facet joint forces at the degenerated FSU increased in lateral bending and axial rotation. These results could provide fundamental information for understanding the mechanism of injuries caused by IVD degeneration.     

不同扭矩对腰椎融合后邻近上节段生物力学影响的实验研究

目的　探讨腰椎融合后不同扭矩对邻近上节段椎间盘内压、关节突关节压力的影响。 方法　选取12具猪腰椎,随机分成2组,比较融合（L4/5）前、后两种状态下三种不同扭矩加载邻近上节段（L3/4）椎间盘内压、关节突关节压力的差异。 结果 融合后随着扭矩的增加椎间盘内压增加,扭矩越大椎间盘内压变化越明显(P=0.023); 非融合组及融合组伴随着扭矩的增加关节突关节压力逐渐增加, 扭矩越大关节突关节压力越大。融合组较非融合组关节突关节压力变化明显（P=0.046）。 结论 腰椎融合后, 随着扭矩的增加邻近上节段腰椎间盘内压呈增高趋势; 关节突关节压力随着扭矩的增加关节突压力而增加。     

Biomechanical comparison between lumbar disc arthroplasty and fusion

The artificial disc is a mobile implant for degenerative disc replacement that attempts to lessen the degeneration of the adjacent elements. However, inconsistent biomechanical results for the neighboring elements have been reported in a number of studies. The present study used finite element (FE) analysis to explore the biomechanical differences at the surgical and both adjacent levels following artificial disc replacement and interbody fusion procedures. First, a three-dimensional FE model of a five-level lumbar spine was established by the commercially available medical imaging software Amira 3.1.1, and FE software ANSYS 9.0. After validating the five-level intact (INT) model with previous in vitro studies, the L3/L4 level of the INT model was modified to either insert an artificial disc (ProDisc II; ADR) or incorporate bilateral posterior lumbar interbody fusion (PLIF) cages with a pedicle screw fixation system. All models were constrained at the bottom of the L5 vertebra and subjected to 150N preload and 10Nm moments under four physiological motions. The ADR model demonstrated higher range of motion (ROM), annulus stress, and facet contact pressure at the surgical level compared to the non-modified INT model. At both adjacent levels, ROM and annulus stress were similar to that of the INT model and varied less than 7%. In addition, the greatest displacement of posterior annulus occurred at the superior-lateral region. Conversely, the PLIF model showed less ROM, less annulus stress, and no facet contact pressure at the surgical level compared to the INT model. The adjacent levels had obviously high ROM, annulus stress, and facet contact pressure, especially at the adjacent L2/3 level. In conclusion, the artificial disc replacement revealed no adjacent-level instability. However, instability was found at the surgical level, which might accelerate degeneration at the highly stressed annulus and facet joint. In contrast to disc replacement results, the posterior interbody fusion procedure revealed possibly accelerative degeneration of the annulus and facet joint at both adjacent levels.     

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。     

腰椎融合后邻近节段影像学评估方法的应用随访

背景：目前多数研究只分析了脊柱融合治疗紧邻融合区域头尾侧节段的术后改变,未对其他紧邻内固定的未作融合节段进行对照研究。 目的：探讨腰椎邻近节段的测量方法,对腰椎后外侧融合后邻近节段的改变进行长期随访影像学评估。 方法：选取尸体骨架6具,以不同投照方式和标本位置行腰椎侧位数字化标准X射线片共计42次(每具标本投照7次)。随访57例腰椎后外侧融合患者,随访时间1.5~4年,拍摄融合前及末次随访时的数字化标准X射线片,所有资料用失真代偿X射线分析法测量椎体间矢状角度、椎间盘高度、椎体间前后移位。 结果与结论：失真代偿X射线分析法测量邻近节段矢状曲度、椎间盘高度、椎体间前后移位时,不同投照方式比较差异均无显著性意义(P > 0.05)。固定节段尾侧椎体间未发现显著的影像学改变,固定节段头侧的多个椎体间矢状角度、椎间盘高度均有明显的改变。提示腰椎后外侧融合后影像学的改变提示固定节段头侧多个椎间盘加速退变。     

单节段腰椎活动度对邻近节段运动的影响

背景：有研究报道腰椎融合后其邻近节段运动范围和压力会明显增大;但也有报道腰椎融合与动态固定非融合或正常腰椎相比,其邻近节段运动范围和压力未见明显增加,甚至出现减少。然而,腰椎的活动度多少到底对邻近节段会有什么影响呢？ 目的：观察单节段腰椎不同范围活动度对邻近关节运动范围的影响。 方法：取6具新鲜成人L2~S2腰椎标本,依次对成人L4~L5椎体进行不同方式处理形成5种不同活动度状态：完整标本状态;部分失稳状态;动态固定状态;完全失稳状态;刚性固定状态。在脊柱三维运动试验机上,采用“载荷控制”法进行屈伸、侧弯和旋转等运动方向测试,分别将其他4个状态与完整标本状态进行比较。 结果与结论：处理节段L4~L5椎体在各处理状态的下运动范围明显不同,形成了完全不同范围的活动度。与完整标本状态相比较,其他4个状态旋转时,上方邻近节段L3~L4的运动范围在刚性固定状态下明显减少;下方邻近节段L5~S1各方向和上方邻近节段L3~L4其余方向的运动范围无显著性差异。单节段腰椎刚性固定状态下,整个脊柱标本的运动范围明显减少。说明在“载荷控制”方法的实验下,单节段腰椎活动度多少对邻近节段的屈伸、侧弯等运动范围影响不明显,对上方邻近节段的旋转运动范围影响较大;腰椎刚性固定融合后,不一定要恢复到正常腰椎的活动范围,也许对预防邻近节段病有利。     

下颈椎全脊椎切除术后两种内固定重建方法的有限元分析

研究下颈椎C5椎体全脊椎切除术(TS)之后,前后路不同联合内固定重建方法对颈椎稳定性的影响。基于CT图像建立下颈椎C3-C7节段完整无损模型,在无损模型基础上,建立C5全脊椎切除术后两种内固定重建模型：一为钛网重建+前路钢板+后路单节段椎弓根螺钉模型(TM+AP+SPS);二为钛网重建+前路钢板+后路双节段椎弓根螺钉模型(TM+AP+DPS)。对模型分别施加0.5、1.0、1.5、2.0 N·m的扭矩,分析两种模型在前屈、后伸、左右侧弯和左右扭转等工况下的关节活动度（ROM）以及钛网、钢板、椎弓根螺钉的应力分布情况。结果表明,重建节段ROM随着扭矩的增大而增加,呈现出非线性的趋势,TM+AP+SPS模型的增加幅度较大。1.0 N·m工况下,两种模型重建节段ROM均减少83%以上;TM+AP+SPS模型在后伸、侧弯和扭转时,邻近节段的ROM均增加11%以上,C6-C7节段的ROM在扭转时增加41.79%,TM+AP+DPS模型的邻近节段ROM则显著降低。TM+AP+SPS模型和TM+AP+DPS模型中钛网应力分别集中于受压侧和后方。TM+AP+SPS模型的邻近节段有较大的代偿活动,TM+AP+DPS模型各节段ROM均大幅度减小,TM+AP+DPS模型的稳定性更好。     

椎间盘不对称切除对小关节压力及腰椎稳定性的影响

目的探讨腰椎间盘不对称切除对小关节压力及腰椎稳定性的影响。方法采用7具人体脊柱标本(L2~3),制备完整椎间盘组、1/4椎间盘切除组、1/2椎间盘切除组,对标本施加7.5 N·m的屈伸、侧弯和轴向旋转方向的纯力偶矩,记录腰椎运动范围(range of motion,ROM)和小关节压力。结果后伸方向,1/4椎间盘切除状态下非切除侧小关节压力显著性增大;侧弯方向,1/2椎间盘切除状态下的两侧小关节压力均有显著性增大;轴向旋转方向,1/2椎间盘切除状态下仅切除侧小关节压力显著性增大。1/4椎间盘切除、1/2椎间盘切除状态下的ROM均大于完整椎间盘,但前屈方向各组间ROM无差别,各组间侧弯和轴向旋转的ROM在左、右侧无差别。结论腰椎间盘不对称切除导致腰椎除前屈方向外稳定性下降和小关节压力不对称性增大,提示腰椎间盘不对称退变引起腰椎不稳和小关节压力增大可产生腰痛。