羊颈椎半椎板切除、全椎板切除及椎板回植成形的实验研究

目的 研究半椎板切除、全椎板切除及椎板回植成形对颈椎稳定性的影响。方法 将14例新鲜成年绵羊颈椎标本（C2～7）分为两组,每组7例。每例标本均被施加前屈后伸、左右侧弯和左右轴向旋转6个方向3.0 N·m载荷,测量C3～6运动节段在不同载荷下的运动范围（range of motion, ROM）及中性区（neutral zone,NZ）。对第1组进行完整状态、C5半椎板切除和C4～6半椎板切除3种状态下标本ROM和NZ的测量。对第2组进行完整状态、C4～6全椎板切除和C4～6椎板回植成形3种状态下标本ROM和NZ的测量。结果 与完整状态比较,C5半椎板切除和C4～6半椎板切除状态下标本ROM和NZ没有明显差异,且C5半椎板切除和C4～6半椎板切除两种状态之间标本ROM和NZ也没有显著性差异。与完整状态比较,C4～6全椎板切除与C4～6椎板回植成形状态下在前屈后伸载荷下ROM有显著增大（P <0.05）。C4～6椎板回植成形与C4～6全椎板切除状态比较,标本在后伸载荷下ROM明显减小（P<0.05）;而其余载荷下,椎板回植成形和全椎板切除ROM之间没有显著性差异。结论 半椎板切除后,颈椎标本ROM和NZ无明显增加,并不影响颈椎的稳定性。全椎板切除后,颈椎标本在前屈后伸载荷下的ROM和NZ明显增加,颈椎稳定性受影响。椎板回植成形术并没有明显改善椎板切除术后颈椎的稳定性。     

椎板切除对腰椎融合后邻近节段生物力学的影响

目的从生物力学角度研究后路不同程度椎板切除对腰椎融合手术后邻近节段的影响。方法在完整腰椎有限元模型基础上,建立3种椎板切除程度不同的手术模型:双侧小关节切除(Bi-TLIF)、半椎板切除(PLIF)、全椎板切除(LAM-PLIF)。对不同模型在生理载荷下的生物力学响应进行研究,对比手术模型椎间活动度、椎间盘内压以及小关节接触力相对于正常模型的变化。生理载荷采用400 N随动载荷+7.5 N·m力矩的方式施加在L1节段上终板上,加载过程中对骶髂关节面上的6个自由度保持约束。结果前屈状态下,手术组Bi-TLIF、PLIF、LAM-PLIF相邻节段L3～4生物力学变化明显,其椎间活动度比正常组依次增大1.0%、9.3%和24.5%,而椎间盘内压依次增大1.4%、4.3%、10.0%,在其他姿态下影响不明显。对于小关节接触力,Bi-TLIF、PLIF在L3～4节段有明显增加,而在L5～S1节段则不明显。结论椎板切除会增加腰椎融合手术后的邻近节段椎间活动度、椎间盘内压以及小关节接触力,这些生物力学变化可能会增大邻近节段退变的风险。椎板切除范围越大,对邻近节段产生的影响越大。因此,更多地保留后部结构复合体,对于减少腰椎融合后邻椎病的发生具有积极的意义。     

前路椎体次全切除减压融合术治疗下颈椎的有限元分析

目的建立人体下颈椎C3~7节段前路椎体次全切除钛网植骨融合术的三维有限元模型,分析术后椎体稳定性及内固定器械的应力分布。方法建立前路椎体C5节段次全切除钛网植骨钢板螺钉内固定颈椎C3~7节段有限元模型,同时建立C3~7节段下颈椎原始模型。对术后模型分别施加0.5、1.0、1.5、2.0 N·m扭矩,分析前屈、后伸、侧弯及轴向旋转时关节活动度(range of motion,ROM)、关节突关节最大应力与内固定器械整体应力分布情况。结果前路椎体次全切除减压融合术(cervical corpectomy and fusion,ACCF)后,C5重建节段ROM随扭矩的增大而增加,与无损模型在1.0 N·m、预载荷50 N工况下相比,C5重建节段、C3~4,C6~7和C3~7节段ROM分别下降81%、62%、58%和80%;C5重建节段后方关节突关节最大应力减小,临近节段关节突关节应力显著升高;钛网应力主要分布于运动受压侧,螺钉根部承受较大载荷。结论 ACCF术式会较大提升颈椎稳定性,降低手术节段后方关节突关节应力,对于减缓因脊髓型颈椎病引起的脊髓压迫有较好疗效。研究结果可为ACCF手术的临床应用研究提供理论依据。     

椎间孔镜下腰椎间盘髓核摘除治疗腰椎间盘突出症的生物力学优势

文题释义：腰椎间盘突出症的手术治疗：腰椎间盘突出症是脊柱外科常见病,手术方式较多。近年来,经皮椎间孔镜腰椎间盘髓核摘除术作为微创治疗方法迅速发展,具有创伤小、出血量少并能快速康复的优点,受到越来越多的关注。 背景：腰椎间盘突出症的手术方式较多,各有优缺点,通过有限元分析方法进行脊柱生物力学研究可以指导临床工作。 目的：建立L_3-5三维有限元模型,分析不同术式在椎间盘摘除后对脊柱力学的影响。方法：选择1名无腰椎病史的35岁男性志愿者,收集腰椎CT数据构建有限元模型并验证。在L₃/L₅脊柱正常模型(模型Ⅰ)的基础上建立L_4/5节段单纯开窗髓核摘除模型(模型Ⅱ)、椎间盘镜手术模型(模型Ⅲ)、经皮椎间孔镜腰椎间盘髓核摘除模型(模型Ⅳ)、关节突关节切除模型(模型Ⅴ),在7种加载工况下测定L₄/L₅节段椎体、椎间盘和左右关节软骨应力分布及L₄椎体位移。 结果与结论：①建立的三维有限元模型有效,方差分析模型有效;②L_4-5椎间盘两两比较后模型Ⅲ、Ⅳ在椎间盘应力集中最小;L₄椎体应力,模型Ⅳ对椎体影响最小;L₄椎体位移,模型Ⅲ和Ⅳ对椎体稳定影响最小;③从加载方式看,关节突关节损伤越小,椎间盘应力越小,模型Ⅳ最小;左侧关节突模型Ⅲ和Ⅳ均保持关节完整;右侧关节左右旋转加载下手术侧关节越完整,应力越大,故模型Ⅳ较大;左右侧倾加载下反而相反,模型Ⅴ最大;L₄椎体应力模型Ⅳ最小;椎体位移,模型Ⅲ和Ⅳ位移最小,接近模型Ⅰ;④提示经皮椎间孔镜腰椎间盘髓核摘除模型在椎体、椎间盘和关节突关节应力分布最小,有明显优势;椎间盘镜手术模型和经皮椎间孔镜腰椎间盘髓核摘除模型位移均较其他手术模型稳定,二者无差异;故经皮椎间孔镜腰椎间盘髓核摘除目前是较理想的术式。　 ORCID: 0000-0002-2604-0049(吐尔洪江·阿布都热西提) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程     

不同单节段颈椎前路椎间融合系统对邻近节段的生物力学影响

目的对比Zero-P零切迹颈椎前路椎间融合固定系统和Cage-Plate融合系统对相邻节段的生物力学影响,为单节段颈椎病的治疗远期临床疗效提供参考。方法选择正常人CT扫描数据建立颈椎C1~7有限元模型,在验证模型的有效性后,分别建立在颈椎C5~6植入Zero-P和Cage-Plate融合系统的有限元模型。分别加载1.5 N·m扭矩模拟颈椎前屈、后伸、侧弯和旋转运动,对比正常情况下颈椎和分别植入Zero-P与Cage-Plate融合系统后相邻节段活动范围(range of motion,ROM)变化和椎间盘髓核、纤维环、终板及小关节上的应力。结果两种颈椎融合器植入后,C4~5椎间ROM增大20%,但C6~7椎间ROM增大120%,C4~5、C6~7髓核上的应力分别增大78%、110%,相邻节段终板和纤维环上的应力均有所增大。结论 Cage-Plate和Zero-P融合系统植入后均会引起相邻节段ROM增大,以及相邻椎间盘髓核、纤维环和小关节上应力增大,长远上会引起邻近节段的病变。但Cage-Plate和Zero-P融合系统对邻近节段的生物力学影响没有本质区别。     

ROI-C椎间融合器植入对颈椎生物力学的影响

目的研究ROI-C椎间融合器植入颈椎C5~6节段后对下颈椎C3~7整体关节活动度(range of motion,ROM)、椎间盘与椎体生物力学特性及力传导模式的影响。方法采用ROI-C植入和植骨融合钢板内固定两种术式建立颈椎C5~6节段退行性病变的有限元模型,分析两种术式下C3~7颈椎段在前屈、后伸、侧弯和轴向旋转时ROM以及椎间盘、椎体和内植入器械的应力分布情况。结果 ROI-C植入后对邻近节段ROM的影响相对较小,减小了椎间盘的负荷,但椎体应力显著增加,C5椎体应力增加了251%。植骨融合内固定后,手术节段ROM减小86%~91%,邻近节段ROM以及椎间盘和椎体应力均明显增加。结论 ROI-C植入对颈椎ROM和椎间盘应力的影响较小,对椎体应力的影响较大。研究结果可为ROI-C植入和植骨融合钢板内固定临床植入手术方案的设计和研究提供理论依据。     

椎间融合器高度对颈椎生物力学影响

目的研究颈椎前路减压融合术中椎间融合器高度对颈椎生物力学影响,为融合器选择提供参考。方法建立正常颈椎C2~7节段有限元模型并验证,在C5~6节段分别植入高度为5、6、7、8 mm的融合器,施加1.5 N·m力矩使颈椎产生前屈、后伸、侧弯和轴向旋转运动,并探究融合器高度变化对颈椎活动度(range of motion,ROM)、小关节应力、椎间压强等的影响。结果融合器高度每增加1 mm,手术节段的角度值平均增加0.68°。植入融合器后C5~6 ROM范围小于0.44°。融合器高度差异对C4~5的ROM影响大于C6~7,对非融合节段ROM的影响小于7.3%。融合器高度差异对非手术节段ROM、小关节应力、相邻节段椎间压强的影响较小。关节囊韧带、融合器和钉板系统应力均随融合器高度增加而明显增加,6、7、8 mm融合器模型的关节囊韧带、融合器和钉板系统应力均远高于5 mm融合器模型。结论对于需要植入融合器的患者,建议植入物高度比原椎间隙高0~1 mm。     

有限元模拟全内镜下精准椎板开窗减压术及生物力学分析

文题释义： 全内镜下精准椎板开窗：在内镜可视下及术中影像学实时监测下,对椎板开窗切除范围精准可控。 有限元分析：是一种采用较简单的小问题来替代较复杂的大问题,从而只需对简单的小问题进行求解的分析方法,可对脊柱的形状、材料属性及边界条件等进行描述,是一种研究人体力学的有效科学手段。 背景：目前内镜微创减压手术已应用于腰椎管狭窄症的治疗,但对镜下精准椎板开窗范围的研究较少。 目的：利用退变腰椎有限元模型,评估分析全内镜下不同分区精准椎板开窗减压手术对腰椎活动度及应力分布的影响。 方法：随机选取1名腰椎管狭窄症患者,采集CT数据,使用相关生物力学软件建立腰椎L_4-5节段有限元模型(M1),并进行有效性验证。继而有限元模拟内镜可视下精准椎板开窗减压手术,结合腰椎管狭窄症临床病理分型,建立椎板开窗减压相应范围L_4-5节段手术模型,分别为L₄椎板下缘+L_4-5关节突关节部分切除模型(M2)、L_4-5部分关节突关节+L₅椎板上缘切除模型(M3)、L₄椎板下缘+L_4-5部分关节突关节+L₅椎板上缘切除模型(M4)、L₄椎板下缘+L_4-5部分关节突关节+L₅椎板上缘+ Over-the-Top对侧部分关节突切除模型(M5)及L₄椎体下缘+L_4-5关节突关节1/2以上+L₅椎板上缘切除模型(M6)(以上椎体均保留峡部,除M6外,关节突关节均保留50%以上的关节面)。分别对完整脊柱(M1)及5种模拟手术模型(M2、M3、M4、M5、M6)施加相同载荷边界条件,进行前屈、后伸、左/右侧弯、左/右旋转6种工况下腰椎活动度及椎间盘等效应力的对比分析。 结果与结论：①与完整脊柱M1模型比较,M2、M3、M4及M5模型在各工况下活动度值相近,但M6模型的活动度值较M1明显增大,为M1活动度的151%-264%,特别是后伸和旋转工况为甚;②在椎间盘等效应力方面,M2、M3、M4及M5模型在椎间盘前区、左/右区工况下等效应力上升趋势不明显,在椎间盘后区、中区等效应力有所增加,最大增加幅度达53%,但未出现较大应力集中的情况;而M6模型椎间盘各区域等效应力均出现较大程度上升趋势,特别在前屈工况下最大达完整退变模型(M1)的3倍;③结果表明,过大椎板开窗明显影响腰椎稳定性,同时相应节段椎间盘应力增加,易加速椎间关节退变。内镜微创减压手术精准可控,针对不同类型腰椎管狭窄症采用个性化治疗方案,保证减压效果的同时,可有效维持手术节段的生物力学特性。 ORCID: 0000-0001-8935-3117(蒋强) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程     

动态稳定器植入术后颈椎生物力学的有限元分析

本文研究动态稳定器(DCI)植入术对下颈椎邻近节段的关节活动度(ROM)、椎间盘与椎体的生物力学特性及力传导模式的影响。首先采用DCI植入和椎间植骨融合两种术式建立颈椎C5、6节段退变治疗的有限元模型,分析两种术式下C3~7段颈椎在前屈、后伸、侧弯和旋转时的ROM及椎间盘和椎体的应力分布情况。结果表明DCI植入后手术节段ROM保留效果明显(减小幅度25%),对邻近节段运动学特性影响较小。植骨融合后手术节段的ROM丧失86%~91%,邻近节段的ROM和椎间盘、椎体应力均显著增加,C5椎体应力增加达171.21%。因此DCI植入对颈椎ROM和应力影响较小,本文结果可为DCI植入与植骨融合的临床手术提供理论依据。     

椎板不同切除范围对腰椎生物力学影响的有限元分析

建立全腰椎有限元模型,模拟三种后路手术方式,分析不同椎板切除范围对腰椎生物力学的影响。综合利用三维重建自编软件和Hyper Mesh软件,建立腰椎(L1-L5)有限元模型并与前人所作体外实验数据比较,验证本模型的有效性。在此基础上模拟全椎板切除、半椎板切除及椎板开窗减压术,比较减压节段的运动范围及相应椎间盘的应力改变。L3-4、L4-5节段后部结构切除后,腰椎运动范围与椎板切除大小成正比,纤维环应力最大变化发生在前屈、后伸和左右旋转运动时,而在侧屈运动时无明显的变化。腰椎运动范围的增加与腰椎后部结构的切除程度有关。在彻底减压的同时,最大程度的保留腰椎后部结构,可以减小术后椎间盘应力,减轻关节突等结构的进一步退变。     

腰椎爆裂骨折椎体松质骨内力学分布特点的有限元研究

目的运用有限元方法模拟腰椎爆裂骨折的过程,观察腰椎在轴向压缩载荷作用下松质骨内的应力分布情况。方法建立正常人体胸腰段(T12~L2)运动节段的三维有限元模型,在T12椎体上表面施加不同等级的压力(0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 k N),模拟腰椎爆裂骨折发生时椎体承受的不同等级的轴向压缩载荷。将连接椎体上下终板凹面顶点的连线7等分,在此基础上将L1椎体中的松质骨划分为7个具有统计节点的层面,每个统计层面划分成6个统计区。分别测量L1椎体松质骨内3个层面(第1、4、7层面)18个统计区的平均应力。在同一等级载荷下对3个层面内的平均应力进行单因素方差分析,分析腰椎椎体松质骨内不同载荷作用下的应力分布情况。结果在5个不同等级载荷下,第1、7层松质骨平均应力分别与第4层比较有统计学意义(P0.05),而第1、7层平均应力比较无统计学意义(P0.05)。轴向加载时,相比第1、7层应力,椎体松质骨中间层面(第4层)应力最小。结论腰椎在轴向压缩载荷作用下,椎体松质骨内存在应力集中的现象,接近椎体上下软骨板的松质骨应力较大,而椎体松质骨中间层面应力较小,椎体内应力集中分布在上下软骨板的特点与腰椎爆裂骨折所致终板破裂的生物力学机制相一致,提示腰椎椎体骨结构损伤可能与椎体内应力集中有关。     

The orientation of the articular facets of the zygapophyseal joints at the cervical and upper thoracic region

Knowledge of the orientation of facet joints in the cervical and upper thoracic region is important for understanding the biomechanical properties and clinical conditions relevant to the neck. The study was undertaken on dry macerated bones from 30 adult male human vertebral columns. The orientation of the superior articular facets in relation to their inclination with the sagittal and transverse planes was examined between C3 and T3 vertebrae in each column. The linear dimensions of the superior articular facets and the width/height ratio were also calculated. The results show that all vertebrae at C3 level and 73% at C4 level displayed posteromedially facing superior articular facets. Similarly at T1 level (C7/T1 joint) and below, all columns showed posterolaterally facing superior articular facets. The level of change in orientation, from posteromedial to posterolateral facing superior facets, was not constant and occurred anywhere between C4 (C3/C4 joint) and T1 (C7/T1 joint). The change in orientation followed 2 different patterns, i.e. sudden or gradual. The C6 vertebra (C5/C6 joint) was the most frequent site to show the transition. The shape of the superior articular facets was circular to oval at C3, C4 and C5 levels and gradually changed to a transversely elongated surface at C7 and T1. These findings correlate well with various cervical movements and associated clinical conditions.     

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。     

跨伤椎与经伤椎固定治疗胸腰椎爆裂性骨折的有限元分析

[摘要]目的 利用三维有限元方法研究跨伤椎4钉内固定与经伤椎6钉内固定两种方法治疗L1椎体爆裂性骨折的应力分布情况。方法 选取1例外伤致L1椎体爆裂性骨折患者,AO分型：L1：A4（N0;M1）。利用CT扫描数据建立T12-L2节段脊柱模型,在此基础上分别建立跨伤椎4钉内固定模型和经伤椎6钉内固定模型,两组模型均未使用横连接。分别对其施加相同载荷以模拟屈伸、侧屈和旋转等动作,记录模型最大位移和螺钉应力峰值。结果 成功建立了跨伤椎4钉与经伤椎6钉两种内固定模型。位移云图显示不同载荷下两种模型最大位移无明显差异,仅右旋时4钉模型较6钉模型最大位移值增加7.0%,而在其他5种姿势下两模型最大位移相差不超1.5%;应力云图显示不同载荷下4钉模型中螺钉应力峰值均较6钉模型明显增加,增加范围为24.6% ～ 38.1%。结论 跨伤椎4钉内固定和经伤椎6钉内固定均可有效恢复节段的稳定性,经伤椎6钉模型应力更加分散,可能减少内固定失败的发生。     

3种不同后路内固定方式及其横连治疗胸腰段骨折的力学性能比较

目的比较3种不同后路内固定方式及其有无横连杆治疗胸腰段骨折的生物力学性能差异,寻找最优化的后路内固定方式。方法在已验证的正常T12~L2有限元模型基础上,模拟L1椎体爆裂性骨折。将T12椎体上半皮质骨切除并赋予内部松质骨损伤材料属性,分别建立无、有横连杆经伤椎单侧螺钉(模型A1、A2)、常规短节段(模型B1、B2)和经伤椎双侧螺钉(模型C1、C2)6种内固定模型。分别比较6组模型在各种生理应力下的活动范围(range of the motion,ROM)以及螺钉和棒的最大Von Mises应力情况。结果在屈伸和侧屈应力下,经伤椎单侧和双侧螺钉内固定模型组ROM均明显小于常规短节段内固定组;而经伤椎单侧和双侧螺钉内固定组,在屈伸应力下两者ROM无显著差异,在侧屈应力下经伤椎双侧螺钉模型的稳定性优于经伤椎单侧螺钉固定。应力主要集中在上位螺钉钉尾和上位螺钉与伤椎螺钉之间的棒体,经伤椎双侧内固定组上位螺钉最大应力明显低于经伤椎单侧和常规短节段内固定组螺钉最大应力。横连可增加各内固定组在扭转应力下的稳定性,也可降低上位螺钉和棒在扭转应力下的最大应力,而屈伸和侧屈应力下螺钉和棒的最大应力未见明显差异。结论经伤椎置钉后路内固定可获得较好的生物力学稳定性,且添加横连不仅能改善构型扭转刚度,而且能降低螺钉和棒的最大扭转应力,是治疗胸腰椎不稳定骨折良好选择。     

The Establishment and Development of Finite Element Model of Human Cervical Vertebra and Its Application Example

The incidence rate of cervical spondylosis is high, and due to the complicacy of cervical vertebra structure, irregularity of shapes and non-uniformity of components, sometimes it＇ s difficult to achieve planned objectives by experiments in vitro through stress and strain analysis. Besides, the biomechanical factors are of vital significance in the cause of spinal disorders. In this paper the author makes a summary of the present modeling of human cervical vertebra and describes the major methods of establishing the finite element model of human cervical vertebra through several self-constructed models. With the advance of computer technology, the finite element methods have been rapidly developed in cervical vertebra biomechanical researches and have became a major approach for biomechanical researches to simulate more and more clinical conditions.     

Effects of laminectomy and facetectomy on the stability of the lumbar motion segment

A ligamentous, nonlinear, sliding contact, three-dimensional finite element (FE) model of L2-L3 complex was developed to investigate the biomechanical effect of laminectomy with and without facetectomy. The L2-L3 FE model was validated against experimental study under various physiological loadings and found to match well with the experimental data. Four iatrogenic models (unilateral laminectomy, unilateral laminectomy with unilateral facetectomy, unilateral laminectomy with bilateral facetectomy and total bilateral laminectomy) were evaluated under flexion, extension, torsion, lateral bending, anterior and posterior shear load vectors to determine alterations in kinematics and annulus stress. Results show that total laminectomy with facetectomy induces considerable increase in motion and annulus stress, except for lateral bending, whereas unilateral laminectomy shows the least increases.     

半限制型人工颈椎间盘置换与植骨融合术后下颈椎生物力学的有限元分析

目的 研究Discover、Prodisc-C人工椎间盘置换术与植骨融合术后下颈椎活动度（range of motion, ROM）、椎间盘应力、韧带张力的生物力学特性以及植入假体力学性能的改变。方法 建立C5~6椎间盘退变3种手术方案：Discover、Prodisc-C人工椎间盘置换和自体髂骨植骨融合有限元模型,同时建立C4~7节段下颈椎原始模型。分析术后下颈椎C4~7节段在矢状面、冠状面及横断面上椎体的生物力学特性变化。结果 术后手术节段关节ROM变化：Discover模型增加12.7%~73.1%,Prodisc-C模型增加74%~98%,植骨融合模型下降55.8%~71.8%。Discover置换后上邻近椎间盘应力无明显增加,下邻近椎间盘应力在前屈、后伸、轴向旋转工况下减少33.2%~54.2%,囊韧带张力增幅比Prodisc-C置换后减少30%~40%。Discover假体最大应力（36.72 MPa）出现在前屈工况下,小于Prodisc-C假体的最大应力（42.66 MPa）。结论 人工椎间盘置换术可以保留手术节段的运动性能,Discover作为新一代人工椎间盘假体,在减少韧带负担和维持脊柱稳定性方面有所进步。研究结果可为颈椎前路融合手术和人工颈椎间盘置换术的临床研究提供理论依据。     

基于有限元分析腰椎内固定的生物力学特征

BACKGROUND: Posterior lamina resection often causes loss of spinal stability, so screw rod internal fixation technology is needed to maintain the stability of lumbar spine. Finite element analysis can be used to simulate the stress distribution of the spine and internal fixation system after spinal surgery. OBJECTIVE: To build three-dimensional finite element model of spinal L1 to L3, analyze the spinal stability and stress distribution after the total laminectomy and insertion of bilateral pedicle screw using finite element method. METHODS: L1-L3 CT data could be collected from an adult healthy male volunteer. Mimics14.01, 3-matic(V6.0) and Ansys 15.0 could be used to set up the intact lumbar spine finite element model of L1-L3 (group A), the L1-L3 finite element model after L2 total laminectomy (group B), and the finite element model of L2 total laminectomy and insertion of bilateral pedicle screw (group C). We used software to simulate flexion, extension, lateral bending and axial rotation, and three kinds of models received finite element analysis. RESULTS AND CONCLUSION: (1) Based on the maximum of Von Mises under different motion states, the maximum stress was significantly lower in group A than in group B (P < 0.05). The maximum stress was significantly lower in group B than in group C (P < 0.05). (2) Based on the total deformation under different motion states, the total deformation was significantly lower in group A than in group B (P < 0.05). The total deformation was significantly lower in group C than in groups A and B (P < 0.05). (3) After the total laminectomy, vertebral body stress increased, especially in the lamina, pedicle and joints. The range of motion of the vertebral body increased, which influenced the stability of the vertebral body. Internal fixation could decrease range of motion. Stress concentrated on the screw. Stress on the vertebral plate and pedicle decreased. The stability of vertebral body increased. Excessive stress concentrated on screw system will increase the risk of screw breakage.      

Hybrid手术对颈椎力传导方式的影响

目的研究人工椎间盘置换(total disc replacement,TDR)合并融合的Hybrid手术后颈椎的力传导模式,从生物力学角度加深对Hybrid手术的认识。方法建立正常颈椎有限元模型(INTACT模型),模拟C4~6节段退变的3种手术方案:上置换+下融合(TDR45模型)、上融合+下置换(TDR56模型)、双节段融合(Fusion456模型)。结果所有手术模型中,融合节段的活动能力完全丧失,置换节段的活动能力有所增加。在160 N轴向力作用下,INTACT模型整个节段后伸4°,而TDR45与TDR56模型的颈椎节段分别后伸8.2°与8.9°。在TDR56模型中,经过C5椎体的力减少20%,经过置换节段小关节的力增加3.8倍。在TDR45模型中,经过置换节段小关节的力增加50%。INTACT模型的最大关节应力为0.8 MPa,而TDR45与TDR56模型置换节段的小关节应力均高达正常颈椎的2倍。结论由于置换节段活动范围的增加,Hybrid术后颈椎曲度在轴向力作用下发生较大改变(后伸)。这种改变将导致经过置换节段椎体的力有所减少,而经过小关节的力有所增加,从而增加置换节段小关节的应力。