基于有限元模型研究椎骨错缝对颈椎病患者关节应力的影响

目的：应用颈椎三维有限元模型,探讨颈椎＂椎骨错缝＂对颈椎病患者关节和椎间盘应力的影响。方法：选取颈椎病患者,通过颈椎动静态触诊和X线判定发生＂椎骨错缝＂的患者1例（男,28岁）,CT扫描C1-C7（层厚0.75mm）,基于CT数据,应用特定三维有限元分析软件对椎骨错缝节段（C4-C6）进行三维有限元模型创建,基于本模型应用软件模拟临床手法矫正＂错缝椎骨＂C5,然后应用有限元分析软件计算和分析这一形变过程关节突关节和椎间盘的应力变化。结果：错缝节段C5对相邻节段C4,5、C5,6的椎间盘和关节突关节的应力均发生改变,且C5,6椎间盘和关节突关节的应力均明显大于C4,5椎间盘和关节突关节受到的应力。结论：＂椎骨错缝＂后易引起相应关节突关节和椎间盘的异常应力,而手法矫正＂椎骨错缝＂能有效改善异常应力分布。     

弯腰挺立手法治疗腰骶关节紊乱的有限元分析

目的:分析腰骶关节紊乱患者有限元模型及施加弯腰挺立手法后的位移、应力及作用机制。方法 :建立1例腰骶关节紊乱患者的三维有限模型,运用有限元分析方法对模型进行轴向、34°斜向上、垂直向上3种工况加载进行观察分析。结果:腰骶关节紊乱模型应力分布,L_5椎体集中在下终板中央、椎间盘集中在间盘中央,S_1及相关结构应力集中分布在椎体前后缘。模拟手法后应力主要集中在L_5椎体上终板前缘、后缘和下终板中央圆形区域,椎体后部相关结构集中在椎弓根腹侧、峡部和椎板背侧,椎间盘应力分散于椎体后缘;S_1椎体相关结构集中在骶骨椎体后缘和骶骨嵴上。位移结果:腰骶关节紊乱模型中左侧横突、上下关节突和棘突左侧部分向左明显移位,椎间盘向前突出移位。模拟手法后:L_5椎体下切迹向前上方移位,椎间孔面积增大,L_5椎体下关节突向前移行,骶骨上关节突向前下方移位,关节突关节距离加大,骶骨位移最大集中在椎体后缘和骶正中嵴上。结论:腰骶关节建模成功可进行有限元分析;弯腰挺立手法作用机制明确,用于治疗腰骶关节紊乱有效、安全可施。     

L4/5关节突关节融合后椎间盘应力变化的三维有限元分析

目的 :建立正常人L3~L5三维非线性有限元模型,运用有限元分析方法模拟分析L4/5双侧关节突关节未融合与融合后L4/5椎间盘的应力分布情况和L4/5节段活动度。方法:选取1例健康成年男性志愿者,年龄27岁,身高175cm,体重70kg,既往无腰痛病史。采用64排螺旋CT对T12~S1行薄层平扫,得到Dicom格式数据,经Mimics软件选取L3~L5椎体二维图像数据,再经Geomagic软件简化、光滑处理,3-matic软件划分面网格和体网格,Mimics软件赋值,最终导入Ansys软件中重建腰椎关节突关节未融合和融合(融合L4/5双侧关节突关节)的三维有限元模型。利用Ansys软件约束L5椎体下表面各向活动度,给予L3椎体上表面垂直向下的面载荷500N,并给予7.5N·m的力矩模拟正常人体垂直压缩、前屈、后伸、左侧屈、右侧屈、左旋转、右旋转7种运动状态,对L4/5双侧关节突未融合与融合后L4/5椎间盘的应力分布情况和L4/5节段活动度进行分析。结果:成功建立了正常人L3~L5关节突关节未融合和融合的三维有限元模型,未融合模型L3/4、L4/5节段活动度与既往文献中腰椎活动度趋势一致。与未融合模型比较,关节突关节融合模型在各运动状态下L4/5椎间盘后方应力明显减小,差异有统计学意义(P0.05);前方应力未见明显改变。关节突关节融合模型L4/5节段活动度明显减小。结论:腰椎关节突关节融合可以降低融合节段椎间盘后方应力,减少融合节段的活动度,有利于维持节段的稳定性。     

三维CT对颈椎病的诊断价值

目的:探讨三维CT对诊断颈椎病的价值。方法:采用三维CT技术检查300例颈椎病患者,观察颈椎骨质增生情况、椎间孔大小、椎动脉和颈椎骨质增生的关系、骨性椎管狭窄的改变。其中,神经根型145例,椎动脉型41例,脊髓型40例,混合型73例,食管压迫型1例。结果:21.3%的患者有颈椎椎体骨质增生,42.3%的钩突关节和16.2%的小关节突有骨质增生,有12个小关节突有错位改变。在145例神经根型颈椎病例中,发现椎间孔狭窄438处。其中,C6/7和C5/6椎间孔狭窄占81.3%。椎间孔狭窄的原因有钩突关节骨质增生、椎间盘突出、椎体肥大、小关节突骨增生/错位等。椎动脉型颈椎病表现为骨赘压迫椎动脉(22.0%)、椎动脉变细或粗细不均(51.2%)和椎动脉迂曲(14.7%)。脊髓型颈椎病三维CT表现为颈椎椎管狭窄、椎体后缘骨质增生、后纵韧带钙化、椎间隙狭窄和颈椎间盘突出等。结论:三维CT能全面评价颈椎间盘退变及其产生的颈椎骨质增生对神经、血管和脊髓的影响,是一种诊断颈椎病的实用影像学检查方法。     

退变性腰椎滑脱力学模型建立及分析

目的对L4,5退变性腰椎滑脱（degenerative lumbar spondylolisthesis,DLS）椎体的应力分布特点进行分析研究。方法利用有限元方法,通过Simpleware与Ansys软件建立DLS有限元模型,计算模拟不同加载条件下滑脱椎体力学特性,并通过平均刚度进行模型验证。结果腰椎轴向负载情况下,L4/L5椎间盘应力大于L5/S1,L4,5关节突受力小于L5、S1。L5椎弓根峡部应力集中最为显著,前屈位及后伸位峡部的应力均明显增大,前屈位更为显著。平均刚度的计算与文献报道相比差异无统计学意义,证明了有限元模拟的有效性。结论L4,5椎体退变性滑脱后该节段椎间盘压应力集中分布在前部纤维环,而远端L5、S1关节突关节则承受了较多的轴向载荷。各种加载条件下L5椎弓根峡部应力集中最为显著,是一个局部的高应力集中区域,使腰椎滑移程度有加大的趋势。     

人工腰椎间盘植入后椎体应力分布的比较研究

目的 通过三维有限元的方法研究正常腰椎间盘、髓核摘除术后腰椎间盘、人工腰椎间盘3组椎体的应力分布,探讨人工腰椎间盘植入对椎体应力分布的影响。方法 利用有限元软件MSC．MARK,建立正常腰椎间盘、髓核摘除、人工腰椎间盘及L4-5运动节段的三维模型,然后模拟腰椎节段的运动,进行椎体应力分布的比较研究。结果 人工腰椎间盘植入后在各种运动状态下椎体松质骨的应力水平显著低于正常腰椎间盘及髓核摘除术后腰椎间盘,且应力呈均布状态,但髓核摘除后椎体松质骨的应力水平较正常腰椎间盘组有所提高,并且在不同运动状态下应力的分布状态有所不同,前屈时,应力集中于椎体松质骨的前部,后伸时集中于椎体松质骨的后部,右侧弯时集中于椎体松质骨的右侧,压缩、旋转时,应力较为均布。结论 从人工腰椎间盘植入对椎体的生物力学影响来看,用人工腰椎间盘置换术重建椎间盘的功能是合理的。     

坐位腰椎旋转手法时腰椎单元内在应力和位移的实时监测

目的:用三维有限元法,分析施行坐位腰椎旋转手法时退变腰椎单元的内在应力及位移分布的特点,以探讨手法的作用机制、安全性及其合理性。方法:使用正常L4,5腰椎CT片,以Mimics软件系统逐层重建,建立L4,5三维有限元模型。根据手法原理,将坐位腰椎旋转手法进行分解,把各项力学参数代入三维有限元模型进行计算分析。观察手法作用时腰椎间盘的位移和内在应力的变化。结果:最大的应力集中点分布于环椎体峡部、椎弓根、上位椎体小关节面的下端。椎间盘的应力集中分布于环前外侧部,右后外侧部应力大于左后外侧部。最大位移出现在上位椎体的上关节。左侧小关节面相对位移较大,左侧椎间孔变大;右侧椎小关节面间移位小,右侧椎间孔变小,椎间盘右后外侧部向后突出。结论:模拟坐位腰椎旋转手法时,向健侧旋转优于向患侧旋转。     

角度人工颈椎间盘置换对关节突应力的影响

目的探讨带角度人工颈椎间盘置换后关节突及相邻关节突应力变化。方法选择400名西北地区40岁以上人群颈椎侧位X线片,计算机辅助设计软件测量颈椎间盘角,设计10°人工颈椎间盘;对已建立的C4、C5两节段带椎间盘的正常颈椎有限元模型、C4、5置换0°椎间盘假体和置换10°椎间盘假体后的颈椎模型进行轴向加压、前屈/后伸、侧弯、扭转加载,对比观察C4、5关节突应力变化;对已建立的C4～C6三节段带椎间盘的正常颈椎有限元模型、C4、5置换0°椎间盘假体和置换10°椎间盘假体后的颈椎模型同样方式进行加载,对比置换节段及相邻节段的关节突应力变化。结果 C3～C7椎间盘角分别为:C3、4(9.97±3.64)°,C4、5(9.95±4.34)°,C5、6(8.59±3.75)°,C6、7(8.49±3.39)°,各椎间隙之间椎间盘角两两比较,C3、4与C4、5,C5、6与C6、7差异无统计学意义(P>0.05),其余各椎间隙之间差异均有统计学意义(P<0.05)。C4、C5两节段模型加载中,轴向加载下三者等效剪应力(Se)无明显差异;前屈/后伸时正常模型Se最大,10°假体置换组最小;侧弯时正常椎体Se最大,10°假体置换组最小;扭转时10°假体置换组更接近正常椎体生理状态力学特性。C4～C6三节段模型加载中,C4、5节段的关节突关节Se在轴向加载、前屈/后伸、侧弯时较正常椎体明显减小;扭转时减小不明显,接近正常状态。相邻下位节段C5、6关节突应力在轴向加载和侧弯时应力明显减小,扭转时应力减小较少,前屈/后伸时无明显改变,接近正常节段力学特性。结论 10°椎间盘假体植入椎间隙对颈椎相邻节段的关节突应力影响小,接近正常颈椎间盘力学性能。     

神经根型颈椎病的三维CT诊断

目的 探讨三维CT对神经根型颈椎病的影像学诊断价值。方法 采用体积重建、最大密度投影和曲面重建方式进行重建，显示方法：采用椎间孔内口、外口、轴位显示及斜位重建，观察颈椎骨质增生及神经根走行情况。结果 128例神经根型颈椎病患者中发现狭窄的椎间孔421个，其中81．3％位于C5-6、C6-7。椎间孔狭窄的原因包括钩突关节骨质增生、椎间盘突出、椎体肥大、小关节突骨质增生或错位。结论 三维CT能立体多角度地展现椎间孔的形状及其相邻结构的解剖关系，能较容易地断定病变的程度和范围，是一种诊断神经根型颈椎病有效影像学检查方法。     

腰椎髓核摘除后小关节应力分析

[目的]研究L4、5正常腰椎节段、髓核摘除术后腰椎节段小关节的应力大小和分布情况.[方法]利用有限元软件Ansys,建立L4、5正常节段和髓核摘除术后三维有限元模型.固定模型L5椎体下终板,在L4椎体上终板施加400 N的轴向压缩载荷,并在L4椎体上终板分别向模型施加前屈、后伸和右旋转力,力矩大小均为6 Nm.分析各个状态下腰椎小关节的应力分布情况.[结果]建立了L4、5腰椎节段正常、髓核摘除术后的三维有限元模型.小关节处理为三维接触模型,线性、面接触单元,无摩擦,由上下关节突关节面及韧带结构组成.正常模型两侧小关节在右旋转时均产生较大应力,而以左侧小关节产生应力更大.髓核摘除模型在前屈、后伸、旋转时小关节的应力均增加.[结论]在腰椎不同的运动状态下,两侧小关节面各个部位的接触情况是不同的,应力大小和分布也是变化的.髓核摘除后腰椎前柱的承载功能减弱,小关节等后柱结构分担载荷增大.     

颈椎前路椎间盘切除融合术治疗神经根型颈椎病

目的 探讨颈椎前路椎间盘切除融合术（ACDF）治疗神经根型颈椎病（CSR）的临床疗效。方法 2017年6月—2019年6月,采用ACDF治疗CSR患者43例,患者病程为8~28个月,病变位于C_4,5节段12例、C_5,6节段14例、C_6,7节段11例、C₇~T₁节段6例。评估并比较术前及术后3、6个月颈椎功能障碍指数（NDI）及颈部和上肢疼痛视觉模拟量表（VAS）评分;测量并比较术前及术后3、6个月颈椎曲度（C_2-7 Cobb角）、椎间高度和颈椎活动度（ROM）,观察并发症发生情况。结果 所有患者术后颈椎曲度、NDI、颈部和上肢疼痛VAS评分均较术前改善,差异有统计学意义（P < 0.05）;椎间高度、颈椎ROM与术前相比,差异无统计学意义（P > 0.05）。发生脑脊液漏2例,术后血肿及感染2例。结论 ACDF治疗CSR可取得较好的疗效,其可改善颈椎曲度,恢复神经功能。     

脊髓损伤后神经轴突导向分子Semaphorin 3A表达的研究

目的:研究后脊髓损伤大鼠Semaphorin 3A表达的变化,探索脊髓损伤后轴突再生受到抑制的可能机制。方法:40只雌性健康SD大鼠,8周龄,体质量(210.00±9.88)g,随机分为对照组(A组,20只)和模型组(B组,20只)。A组仅切开T10全椎板及T9、T11部分椎板,对脊髓未作其他处理;B组切开T10全椎板及T9、T11部分椎板采用脊髓横切法制作脊髓损伤的动物模型。两组分别在术后3、7、14、28、42 d(每组每个时间点4只)进行灌注、获取脊髓组织,然后进行HE染色,同时按照SP试剂盒的操作步骤进行Semaphorin 3A的表达。结果:单纯脊髓横切损伤后,损伤局部发生出血坏死,局部水肿,神经变性、坏死以及囊腔形成,胶质细胞增生胶质瘢痕形成。对照组Semaphorin 3A只在灰质区有低水平表达。模型组术后3 d脊髓损伤损伤区Semaphorin 3A无表达,14 d时脊髓损伤损伤区Semaphorin 3A的表达显著增加,处在较高的水平,28 d时Semaphorin 3A的表达呈中等水平,42 d时Semaphorin 3A阳性表达恢复到正常水平。结论:脊髓损伤后Semaphorin 3A表达升高,可能是抑制轴突再生的机制之一。     

颈椎前路融合手术中钢板摆放角度对颈椎稳定性影响的有限元分析

目的:利用有限元分析的方法,比较颈前路融合手术中钢板偏离颈椎长轴与钢板标准摆放的生物力学性能。方法:选取一名健康女性志愿者并进行CT扫描(C1-T1),应用Mimics 19.0,Geomagic Studio 2015,Solidworks 2018,Ansys Workbench 17.2等软件建立下颈椎(C3-C7)模型进而验证模型的可靠性,随后置入不同角度、不同长度的颈前路钢板,从而建立颈前路椎间盘切除减压融合术(anterior cervical discectomy fusion,ACDF)模型,在C3上施加73.6 N轴向压力及1 NM的纯力矩,使模型产生屈曲、后仰、侧弯及旋转活动,观察模型应力云图,记录器械最大应力值及椎间活动度并进行分析比较。结果:建立下颈椎(C3-C7)有限元模型,与已发表的关于颈椎活动度的文献相对比,验证了模型的有效性。钢板摆放偏移轴线对内固定器械的应力分布、最大应力值及椎间活动度影响较小;单节段钢板相比于双节段钢板对钢板偏移的力学影响更小。结论:在颈椎前路钢板与颈椎长轴存在角度时对颈椎的力学稳定性影响不大。在临床手术钢板倾斜小于20°时,无须重新调整钢板位置。     

下颈椎骨折脱位伴关节突交锁的手术治疗

目的：探讨手术治疗下颈椎骨折脱位伴关节突交锁的临床疗效及手术入路的选择。方法：2000年2月至20108年2月手术治疗57例下颈椎骨折脱位伴关节突交锁患者,男45例,女12例;年龄18-73岁,平均39．5岁。致伤原因：交通伤35例,坠落伤17例,压砸伤5例。骨折脱位节段：C3-C4 4例,C4-C5 13例,C5-C6 32例,C6-C7 8例。骨折脱位类型：单侧小关节脱位32例,双侧小关节脱位25例。神经损害程度按美国脊髓损伤学会（ASIA）评分：A级9例,B级17例,C级19例,D级12例。手术入路：14例前路手术,11例后路手术,32例前后联合手术。结果：所有患者获随访,时间3-26个月,平均11个月。临床效果按神经功能（ASIA）评分：平均提高1-2级。骨折脱位节段完全复位,颈椎序列与曲度恢复正常,无节段性不稳,前路植骨融合均于术后12周获骨性融合。结论：单节段新鲜骨折脱位,颈椎牵引容易复住者或爆裂性骨折、严重成角畸形,选择前路手术;颈椎椎板或关节面骨折,压迫以后方为主或多节段颈椎损伤,选择后路手术;对于脊髓受到前后夹挤性压迫时,宜选择前后联合手术。     

前路分段减压手术治疗多节段脊髓型颈椎病的疗效分析

目的:探讨前路分段减压手术治疗多节段脊髓型颈椎病的疗效。方法 :对2005年8月至2016年3月收治的多节段脊髓型颈椎病84例患者的临床资料进行回顾性分析,根据手术方式分为对照组和观察组,每组42例。对照组男26例,女16例,年龄(56.87±11.89)岁,病程(7.91±3.71)年,病变节段C3-C636例,C4-C76例。观察组男24例,女18例,年龄(54.58±12.56)岁,病程(8.03±3.52)年,病变节段C3-C634例,C4-C78例。对照组行后路椎管扩大成形术治疗,观察组行前路分段减压法治疗。观察两组患者的手术时间、术中出血量、住院时间、植骨融合时间及并发症发生率;比较两组患者术前和术后3、6、12个月的JOA评分和融合节段Cobb角。结果:观察组的手术时间、术中出血量、住院时间及并发症发生率明显低于对照组(P0.05);观察组的植骨融合时间也明显低于对照组(P0.01);术后3、6、9个月,观察组的JOA评分和融合节段Cobb角均明显高于对照组(P0.01)。结论:前路分段减压法治疗多节段脊髓型颈椎病具有椎体切除少、减压彻底、术后稳定性好、并发症少等优点,可有效促进脊髓功能及椎体稳定性恢复。     

颈前路减压支撑融合钢板内固定术治疗脊髓型颈椎病

目的 探讨颈前路减压、椎体间植骨支撑融合或颈椎椎间融合器（钛网或Cage）支撑融合、钢板内固定术治疗脊髓型颈椎病的临床方法及疗效。方法 回顾分析66例脊髓型颈椎病患者行颈前路减压后，分别采取骼骨植骨支撑融合、颈椎间融合器（钛网或Cage）植入支撑融合，钢板内固定术，随访时间平均32个月，采用Zdeblick影像学判定椎体间融合的标准，贾连顺的评定法评定术后临床疗效。结果 在颈前路减压、钢板内固定术治疗脊髓型颈椎病方法中，自体骼骨植骨融合优良率87．5％，供区并发症12．1％，椎间盘退变椎问高度丢失7．6％；颈椎间融合器支撑融合优良率96．1％，无供区并发症和椎问盘退变椎间高度丢失。结论 颈前路减压、椎体间植骨融合或颈椎间融合器支撑融合、钢板内固定术治疗脊髓型颈椎病临床疗效满意。钢板内固定术后颈椎即刻稳定；植骨融合手术操作简单，费用少，但存在供区并发症、椎问高度丢失；椎间融合器融合稳定、牢固，椎间高度丢失少，后者疗效优于前者。     

Anatomical study of cervical intervertebral foramen in patients with cervical spondylotic radiculopathy

PurposeTo determine the underlying anatomical characteristics in patients with cervical spondylotic radiculopathy (CSR) by comparing those of surgically treated CSR patients with those of healthy subjects.MethodsComputed tomography (CT) scans of the cervical spine in 42 patients who underwent decompression surgery for CSR were investigated. As a control group, 42 age- and sex-matched healthy subjects were randomly selected from the 1272 subjects who underwent CT examinations of the entire spine as their routine medical check-up. Image measurements included C2-7 sagittal Cobb angle, spinal canal diameters, and angles of the nerve root groove at each level from C3 to C7, and the size of the intervertebral foramen and the size of osteophytes at each level from C3/4 to C7/T1. As for the frequency of osteophytes at the surgical level, we compared the operated and nonoperated intervertebral foramina among the CSR patients, and all other parameters were compared with the corresponding segments in the control group.ResultsForty-eight intervertebral segments were surgically treated in the CSR group. There was a higher incidence of osteophytes in the operated foramen (70.8%) than in the nonoperated foramen (28.2%, p < 0.01) in the patients with CSR. The anteroposterior diameter (width) of the foramen was significantly smaller at all levels in the CSR patients, whereas the height of the foramen did not significantly differ between the two groups.ConclusionIt can be speculated that the width of the intervertebral foramen (developmental factor) and the formation of osteophytes (spondylotic factor) were related to the onset of the CSR.     

角度人工椎间盘置换后对相邻下位椎间隙应力的影响

目的：探讨带角度人工颈椎间盘置换后椎间隙及相邻椎间隙应力变化。方法：根据已有的测量结果,设计角度人工椎间盘。对已建立的C4,5两节段带椎间盘的正常颈椎有限元模型、C4,5置换0°椎间盘假体和置换10°椎间盘假体后的颈椎模型进行轴向加压、前屈/后伸、侧弯、扭转加载,对比观察C4,5椎间隙应力变化;对已建立的C4-C63节段带椎间盘的正常颈椎有限元模型、C4,5置换0°椎间盘假体和置换10°椎间盘假体后的颈椎模型同样方式进行加载,对比置换节段及相邻节段的椎间隙应力变化。结果：C4,5两节模型加载中,轴向加载、前屈/后伸时80 MPa/0°假体与80 MPa/10°假体等效剪应力（Se）大小近似,较正常颈椎增大,侧弯时80 MPa/0°假体Se与正常颈椎接近,80 MPa/10°假体Se较正常颈椎增大。扭转时加载时扭转切应力（Szx/Szy）80 MPa/0°假体和80 MPa/10°假体接近正常颈椎。在C4-C63节段模型加载时,C4,5椎间隙置换80 MPa/10°假体后,轴向加载、前屈后伸、侧弯时,相邻下位节段（C5,6）的椎间隙Se均减小,扭转加载时Szx/Szy接近正常颈椎模型。结论：10°椎间盘假体植入椎间隙对颈椎相邻节段的椎间隙应力影响小,接近正常颈椎间盘力学性能。