机翼型Ni-Ti合金固定峡部裂对椎间盘的影响

目的　在自制机翼型Ni-Ti合金固定器基础之上,建立腰椎峡部裂内固定的有限元模型,分析其对椎间盘的影响。 方法　CT数据建立腰椎峡部裂模型,数字装配固定器,测算人体各工况下椎间盘应力峰值及分布。 结果　在前屈、后伸、左侧屈和左旋转工况下,患椎间盘的最大应力值分别增加到105%、102%、101%和111%,在使用机翼型Ni-Ti合金内固定技术重建后,患椎间盘最大应力值分别减少至67%、55%、88%和83%。 结论　机翼型Ni-Ti合金固定器构造特别,可有效减少同节段及相邻节段的椎间盘应力,防止椎间盘远期退变,具备良好的生物力学特性,有望进入临床应用,为腰椎峡部裂的治疗提供更多的选择。     

椎间融合与双侧经椎弓根经椎间盘螺钉置入后腰椎生物力学的有限元分析

背景：腰椎经椎弓根经椎间盘螺钉是一种新的微创脊柱内固定技术，与传统双侧椎弓根螺钉固定相比，单侧只需1枚螺钉固定1个节段，具有经济微创、操作便捷等优点。但目前探讨应用双侧经椎弓根经椎间盘螺钉联合改良经椎间孔入路腰椎椎间融合(transforaminal lumbar interbody fusion,TLIF)术式的研究仍很少见。目的：通过建立改良TLIF无内固定(cage alone)、改良TLIF联合双侧椎弓根螺钉内固定(cage+BPS)和改良TLIF联合双侧经椎弓根经椎间盘螺钉内固定(cage+BTPTDS) 3种有限元模型，评估改良TILF联合不同内固定对椎间融合器(cage)、内固定、椎间盘、下终板的应力分布及腰椎活动度的影响。方法：采集成人腰椎薄层CT扫描图像，通过Mimics、Geomagic和SolidWorks软件建立3种有限元模型：cage alone模型、cage+BPS模型和cage+BTPTDS模型。采用ANSYS Workbench模拟施加人体前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左侧旋转、右侧旋转6种不同运动载荷，计算3种模型cage及内固定、下终板、椎间盘应力分布...     

脊柱胸腰段骨折后路经伤椎单节段固定与常规短节段固定的力学性能比较

目的 应用三维有限元技术构建胸腰椎骨折经伤椎单节段固定及常规短节段固定模型,研究经伤椎单节段固定的生物力学特点,论证其在胸腰椎骨折治疗中应用的可行性。方法 选取青壮年健康男性志愿者,利用CT扫描数据建立脊柱T10~L2正常模型、T12骨折模型以及经伤椎单节段固定和短节段固定模型;分析在轴向压缩、前屈、后伸、侧屈及轴向旋转下各个节段的最大位移差及内固定物的应力情况。结果 骨折模型T10~11、T11~12、T12~L1的最大位移差较正常模型在大多数加载情况时明显增大,经短节段或者经伤椎单节段固定后,该值明显减小,两种固定方式无显著差异。内固定物应力方面：在轴向压缩及前屈时,经伤椎单节段固定模型中螺钉应力明显低于短节段固定;而在后伸、侧屈及轴向旋转时,螺钉应力无明显差异。对于固定棒,轴向压缩及前屈时,两种固定方式无差异;后伸及侧屈时经伤椎节段固定应力高于短节段固定,而旋转时则恰恰相反。结论 对于胸腰段单节段不完全骨折,经伤椎单节段固定可以提供与常规短节段固定相近的生物力学稳定性,是治疗胸腰椎不完全骨折的一种良好的选择。     

腰椎间盘退变对软骨终板生物力学特性影响的有限元分析

目的　研究腰椎终板不同位点的压应力分布规律,分析腰椎间盘退变对软骨终板压应力的影响。 方法　选取一青壮年男性新鲜尸体的腰椎运动节段标本,螺旋CT机对腰椎运动节段进行连续CT扫描,利用有限元分析方法,建立L4/5运动节段有限元分析模型,在此基础上建立椎间盘退变模型。模拟椎间盘正常状态和椎间盘退变状态,在L4、L5椎体终板上选择具有代表性的结点,分别代表椎体终板正中部、左右侧边缘、后中部和前中部,对上下软骨终板压应力分布进行有限元分析。 结果　椎间盘退变组较正常组的终板压应力均显著增大,上下终板在轴向加载、前屈、后伸、左旋和右旋加载时椎间盘退变组较正常状态时应力分布均显著增大,具有统计学意义（P<0.05）。 结论　腰椎椎间盘退变因素对终板的应力分布有明显影响, 随着椎间盘退变,椎间盘软骨终板应力显著增大。     

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。     

原位及复位融合腰椎滑脱的三维有限元分析

背景：由于脊柱结构复杂,对复位或原位融合后融合的腰椎节段应力分布变化特点的精确生物力学分析一直是个难点。 目的：通过建立L₄/₅节段退变性滑脱原位椎间融合椎弓根钉内固定和复位椎间融合椎弓根钉内固定的三维有限元模型来比较腰椎滑脱原位融合和复位融合两种手术方式在各种载荷下的生物力学变化及其对腰椎稳定的影响。 方法：根据健康成年男性的下腰椎CT数据,利用mimics,Catia和Patran,Marc等软件建立起L₄/₅节段的三维有限元模型,利用此模型模拟退变性腰椎滑脱,在此基础上建立L₄/₅节段原位椎间融合椎弓根钉内固定和复位椎间融合内固定模型,分析两模型在各种载荷下的应力分布特点,并比较异同。 结果与结论：L₄/₅节段退变性滑脱原位椎间融合椎弓根钉内固定和复位椎间融合椎弓根钉内固定三维有限元模型在前屈后伸侧屈旋转负荷下,该节段各部结构,包括椎体,椎弓根钉内固定器和椎间融合器上的应力变化没有显著差异。两模型都显示椎间融合器和椎弓根螺钉内固定器上分布的应力最大。结果表明退变性腰椎滑脱,行原位椎间融合内固定和复位椎间融合内固定后,复位与否对该节段生物力学没有显著影响。     

单枚Cage 行经椎间孔腰椎椎间融合术的有限元分析

探究单枚融合器行经椎间孔腰椎椎间融合术的植入位置对单侧椎弓根螺钉固定腰椎生物力学特性的影响。本研究建立人体腰椎L_4～5节段融合器不同植入位置的经椎间孔腰椎椎间融合术式模型,采用有限元方法比较分析各模型在前屈、后伸、左右侧弯和左右轴向旋转工况下,腰椎活动范围、椎间融合器和椎弓根螺钉系统的应力分布等生物力学特征。结果表明,各术式模型中融合节段的活动范围均较无损模型至少降低82%,融合节段稳定性显著提高。椎间融合器和椎弓根螺钉的应力分布随工况和融合器放置位置不同而存在差异,融合器距离椎弓根螺钉系统越远,融合器和椎弓根螺钉的等效应力值就越大。因此,从腰椎融合稳定性及内固定应力峰值来看,融合器入路侧植入时融合器和椎弓根螺钉两者结合达到相对较好的术式效果。     

腰椎后路椎间融合内固定有限元模型的建立及内固定物力学分析

目的　建立腰骶椎椎间融合椎弓根钉内固定的有限元力学模型,并对椎弓根螺钉和融合器的应力分布进行生物力学评价。 方法　通过CT扫描、Mimics三维重建、Freeform表面处理和Ansys前处理等方法建立正常腰骶椎L4~S1节段有限元模型,并据此建立去除L5~S1椎间盘后椎弓根钉后路固定加椎间融合模型固定。并对模型进行前屈、后伸、侧弯和旋转加载分析,观察模型的钉棒结构、Cage在4种加载状态下的应力分布情况。 结果　前屈、后伸、侧弯和旋转加载时椎弓根钉应力主要集中在钉的尾部和钉棒交界处。 Cage在旋转加载时应力集中在中部,在其它三种状态下的应力集中在前缘。在4种加载状态下棒钉结构和椎间融合器的最大应力值分别如下,前屈：2.96×107 N/m2 , 5.65×106 N/m2 ; 后伸：2.98×107 N/m2 , 6.08×106 N/m2;侧弯：3.06×107 N/m2 ,9.71×106 N/m2;旋转：2.96×107 N/m2, 1.00×106 N/m2; 结论　本实验成功建立了L4~S1节段后路椎间融合内固定的有限元模型,模型加载后的内固定应力分布符合临床观察,具有一定临床指导意义。     

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。     

后路固定术治疗胸腰椎爆裂骨折的生物力学研究

为了给胸腰椎爆裂性骨折病人手术方式的选择提供理论支持和临床依据,建立T10-L2节段正常脊柱模型、爆裂性骨折模型,经伤椎单节段固定模型、经伤椎双节段固定模型和跨伤椎短节段固定钉模型。在T10上表面施加400 N的压缩载荷和7.5 N·m的力矩,模拟人体前屈、后伸、左/右侧弯和左/右侧旋转6种生理活动,利用有限元方法分析3种手术固定方式的生物力学特性。结果表明,与完整的正常脊柱模型相比,3种固定模型在所有运动状态下的活动度(ROM)均有所减少。相比经伤椎双节段内固定模型,经伤椎单节段内固定模型在前屈、后伸、左弯、右弯、左旋和右旋6种受力状态下,椎弓根螺钉上的应力分别增加了78.1%、87.8%、90.5%、81.3%、51.3%,72.3%。经伤椎单节段固定术系统的活动度和正常脊柱最为相似,其在恢复脊柱稳定性的同时可最大可能地保护脊柱原有的力学属性,但其钉棒的最大应力远高于经伤椎双节段固定术。对于失稳严重的损伤,经伤椎双节段固定术可明显降低螺钉应力,同时提高脊柱的稳定性。     

新型多孔面螺钉研究及在腰椎峡部裂内固定的远期效果

目的　探讨新型多孔面螺钉在单个腰椎峡部裂内固定的临床远期效果。 方法　在新型多孔面螺钉理论研究的基础上,总结20年来新型多孔面螺钉内固定治疗腰椎峡部断裂患者237例,117例患者得到随访,平均随访(8.2±7.8)年。所有病例均为椎体的双侧峡部裂,其中L3 17例,L4 31例,L5 69例,无滑脱100例,伴Ⅰ°滑脱20例,Ⅱ°滑脱7例。所有病例采用神经根管减压,峡部硬化骨、疤痕组织切除术+神经粘连松解+峡部植骨+多孔面螺钉内固定术。 结果　本组117例随访时,112例症状完全消失,恢复术前工作,腰部活动不受限。Oswestry功能障碍指数由术前28.37±3.99减少至随访时5.33±2.70,术前与随访时差异有统计学意义（P<0.01）。JOA评分由术前19.00±2.78增加至随访时28.08±1.04,术前与随访时差异有统计学意义（P<0.01)。117患者的治疗改善率90.34%。峡部愈合率达99%,腰椎滑脱纠正率达80%。随访病例未出现螺钉松动及断裂现象,未发生邻近节段退变等并发症。 结论　多孔面螺钉通过直接固定峡部断裂,重建脊柱单个运动单元的完整性,有效避免了松动、断钉以及邻近节段病的发生,可长期置留体内。     

V型钛缆结合椎弓根钉内固定系统治疗青年第五腰椎峡部裂的疗效分析

目的 探讨V型钛缆结合椎弓根钉内固定系统治疗青年第五腰椎(L₅)峡部裂的近期临床疗效。方法 回顾性分析2018年1月—2019年6月新疆军区总医院收治的37例应用Ⅴ型钛缆结合椎弓根钉内固定系统治疗的青年L₅峡部裂患者的临床资料。患者均为男性,年龄18~34(25.19±4.92)岁,手术前腰痛时间5~60(21.62±13.01)个月,峡部裂伴椎体滑脱(Meyerding分类Ⅰ度)8例、单纯性峡部裂29例,术前MR检查Pfirrmann分级Ⅰ级20例、Ⅱ级10例、Ⅲ级7例。观察患者手术时间、术中出血量、伤口引流量、并发症;定期随访,比较患者术前及术后3、6、12个月疼痛视觉模拟评分法(VAS)、Oswsetry功能障碍指数(ODI)、骨盆入射角(PI),末次随访采用MacNab标准评价疗效,并评估内固定失效及峡部愈合情况。结果 所有患者随访12~24(16.21±3.97)个月,术中未出现腰椎节段动脉破裂、硬膜囊撕裂及神经脊髓损伤等严重并发症,术后均未发生手术部位感染。手术时间(89.19±24.45)min、术中出血量(137.84±58.79)mL、术后伤口引流量(98.65±43.47)mL。患者术后不同时间点与术前比较,腰腿痛VAS评分和ODI均较术前显著降低,差异均有统计学意义(F=332.470、287.029, P值均＜0.01),而PI差异均无统计学意义(F=0.868, P＞0.05)。随访终末期:MacNab疗效评价优19例、良15例、可2例、差1例,优良率91.89%(34/37);内固定失效2例,失效率5.41%(2/37);峡部骨性愈合33例,愈合率89.19%(33/37)。结论 应用V型钛缆结合椎弓根钉内固定系统治疗青年L₅峡部裂,在椎间盘损伤不大或合并轻微滑脱的腰椎峡部裂患者中手术安全性好,整体优良率及峡部愈合率较高,内固定失效率较低,可作为一种新的手术方式为临床提供参考。     

三维有限元模型分析3种内固定方式治疗严重腰椎不稳定型骨折的生物力学特点

背景：严重腰椎不稳定型骨折的内固定修复方法未形成统一的观点。 目的：应用三维有限元模型对比分析不同内固定方式治疗严重腰椎不稳定型骨折的生物力学性能。 方法：选取1个健康成年志愿者,用CT图像和Mimics软件建立T12~L2椎体三维模型,模拟L1椎体爆裂性骨折,并分别模拟后路减压短节段椎弓根钉固定、前路减压钛网置入内固定和后路减压内固定+前路椎体次全切除钛网置入内固定3种治疗方法。将模型导入到有限元分析软件Abaqus,施加约束和载荷分别加载260 N压力和10 N•m转矩,模拟3种模型在不同工况下的椎体位移、应力传导情况,以及前后路固定器械的受力情况。 结果与结论：从椎体位移分布情况来看,前后联合内固定方式下的位移要较其他两种内固定方式小。从应力分布情况来看,前后联合内固定方式更加符合载荷分布原则。从生物力学角度来看,前后联合内固定方式优于其他两种内固定方式。     

胸腰椎骨折单侧固定的有限元探讨

目的:通过有限元运算方法探讨胸腰椎骨折单侧固定的生物力学效果和可行性.方法:采用正常健康志愿者数据构建胸腰椎骨折有限元模型,装配单侧固定系统和双侧固定系统,对其进行有限元运算模拟.结果:通过有限元运算获得的结果分析,采取单侧固定的静态应力、最大应力与最大位移都明显提示较双侧固定不稳定(P<0.05).结论:胸腰椎骨折采取单侧固定后其有限元运算的结果提示其生物力学效应较差,在临床应用中单侧固定选择需要慎重,避免矫形复位手术的失败.     

椎弓根单向螺钉及万向螺钉置入内固定修复腰椎骨折的生物力学比较

BACKGROUND: Previous studies have performed three-dimensional finite element analysis on lumbar fracture fixation. However, a few studies concerned three-dimensional finite element analysis of lumbar spinal pedicle screw fixation.     

持续性过载条件下飞行员峡部裂腰椎的动力学响应及损伤预测

目的 在腰椎有限元模型构建及验证的基础上,对飞行员腰椎正常、L5单侧及双侧峡部裂模型动力学响应进行仿真计算和损伤预测,探究持续性飞行过载对飞行员腰椎正常及峡部裂状态下的影响。方法 基于腰椎CT图像,采用逆向工程软件和计算机辅助工程(computer-aided engineering, CAE)技术建立人体腰椎精细的三维有限元模型;利用腰椎静态与动态体外实验验证模型的有效性;开展持续性过载条件下飞行员正常腰椎及峡部裂腰椎生物力学仿真分析,并结合动态响应指数(dynamic response index, DRI)损伤评价预测方法对脊柱损伤情况进行预测分析。结果 单侧及双侧峡部裂模型的L5椎体峡部最大应力分别为105.29、126.32 MPa,明显高于正常模型;峡部裂模型的L4～5和L5～S1节段椎间盘相比正常模型更易出现过早退行性改变;结合DRI脊柱损伤预测方法,正常腰椎、L5单侧及双侧峡部裂的脊柱损伤概率分别为0.001 4%、2.26%和3.21%,峡部裂发生后脊柱损伤概率明显升高。结论 峡部裂加重了飞行过载下腰椎峡部的负荷。研究结果为制定训练方案和防具开发提供更精确的数据支撑,...     

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。