腰椎运动节段新型有限元模型研究

目的建立成年男性腰椎L4/5运动节段有限元模型,用于进一步的生物力学研究.方法将CT扫描的腰椎图像结合人体解剖学数据通过3DSMAX建模建立正常中国男性L4/5运动节段的三维模型,用有限元分析软件SAP2000转移成有限元模型.结果建立了正常中国男性L4/5运动节段有限元模型,模型总节点数为2 120个,包括1 728个Solid单元,592个Area单元,50个Link单元.结论通过CT断层扫描、图像数字化处理及计算机辅助设计等方法,可以建立腰椎运动节段的有限元模型,用于脊柱生物力学的研究.     

腰椎间盘摘除新型三维有限元模型研究

目的 建立腰椎L4/5运动节段椎间盘摘除的三维有限元模型,用于进一步的生物力学研究.方法 将CT扫描的腰椎图像结合人体解剖学数据通过3DSMAX建模形成正常中国男性L4/5运动节段的三维模型,用有限元分析软件SAP2000转换成三维有限元模型.去除模型中L4～5椎间盘右后侧1/4的纤维环中部全层及约1/4的髓核单元,以模拟腰椎间盘摘除手术.结果 建立了L4/5运动节段椎间盘摘除的三维有限元模型.结论 通过CT断层扫描、图像数字化处理及计算机辅助设计等方法,可以建立腰椎运动节段椎间盘摘除的三维有限元模型,用于脊柱生物力学的研究.     

利用CT图像和ADINA软件建立新型正常中国男性腰椎运动节段三维有限元模型

目的探讨多节段腰椎有限元模型的建立方法,为脊柱生物力学的研究提供条件。方法选取一正常男性自愿者L3～L5节段为研究对象,通过CT断层扫描、图像数字化分析及ADINA软件处理建立多节段腰椎有限元模型,并模拟力学作用进行模型真实性验证。结果建立了正常中国男性L3～L5运动节段三维有限元模型,模型总结点数为16 532个,包括12 130个Solid单元,208个Truss单元,16个planar单元。结论利用CT图像和ADINA软件建立新型腰椎运动节段三维有限元模型,为腰椎运动节段有限元模型的建立提供了一种简便、准确的方法,为探究腰椎多个运动节段三维有限元模型在各种应力应变状态下的生物力学特性创造了条件。     

基于CT建立早期退变腰椎活动节段的三维有限元模型

目的:基于CT建立了脊柱L4-5活动节段早期退变的三维有限元模型,并对其进行力学性能测试.方法:选择1名39岁慢性下腰部疼痛的中国女性志愿者作为模拟对象,对其脊柱L4-5节段进行层厚0.75 mm的连续扫描,共获得CT断层图像138幅,获取用于建立三维模型的相关数据.将CT扫描的腰椎图像结合人体解剖学数据通过mimics 10.0软件建模形成L4-5运动节段的三维模型后,结合CAD软件CATIA对该活动节段进行数据优化,并形成实体模型.将模型数据导入有限元分析软件Patran转换成有限元模型.模拟中立位该节段的受力环境,将4个100N力以结点负荷形式分别施加于L4椎体旋转轴等距离的内前外后部椎体结点,以观察验证该模型的准确性.结果:建立了腰椎早期退变的L4-5节段的有限元模型,模型总节点数为27 130个,单元数113 834,其中包括Solid单元113 153个,Area 161个,Link单元520个,力学测试显示负荷在椎间盘分布不均,薄弱的纤维环后部受力增加.结论:通过CT断层扫描、图像数字化处理及计算机辅助设计等方法,可以以自动化程度较高的方法建立腰椎早期退变活动节段的高精度三维有限元模型,用于脊柱生物力学的进一步研究.     

退变性腰椎滑脱三维有限元模型的建立

目的建立L4-L5退变性腰椎滑脱节段的有限元模型,用于生物力学研究.方法临床选用L4-L5退变性腰椎滑脱症患者,通过螺旋CT扫描,Adobe Photoshop 5.0系统对图像进行处理,划分节点和单元,建成有限元分析模型.结果建立了L4-L5退变性腰椎滑脱节段的有限元模型,模型总节点数为1162个,总单元数为662个.结论通过CT断层扫描、计算机辅助设计等方法,可以建立退变性腰椎滑脱节段的有限元模型.     

非限制性人工椎间盘假体植入三维有限元模型的建立

目的:建立非限制性人工椎间盘假体(NAD)及腰椎L4~L5活动节段高精度三维有限元(FE)模型,拟为生物力学实验研究提供标准数学模型?方法:在Auto CAD中设计NAD假体,基于CT数据通过Mimics建立腰椎L4~L5节段三维模型,将NAD模型放置于L4~L5椎间盘,数据导入Abaqus采用有限元装配技术转换成有限元模型?观察NAD置换后FE模型的模拟单元?节点及构成组件?采用轴向负荷400 N以模拟L4~L5节段正常的中立位负荷,采用轴向负荷400 N及10 N?m模拟后伸负荷,验证所建立模型的科学性?结果:建立了非限制性人工椎间盘假体放置于腰椎L4~L5活动节段高精度三维有限元模型,包括:腰椎L4~L5活动节段FE模型34 123个节点及162 858个单元,其中椎体161 679个四面体单元,椎间盘?终板共1 053个六面体单元,韧带?关节囊?纤维共126个Link单元;NAD的FE模型1 583个节点及4 927个单元,其中终板共1 053个六面体单元,髓核3 724个六面体单元?力学测试显示中立位负荷及后伸负荷时所建立FE模型力学分布与现有结果一致?结论:通过计算机辅助设计可以自动化程度较高的方法建立高精度NAD假体有限元模型,Mimics通过基于阈值算法及参数化建模提供精确腰椎活动节段模型,两者可以基于有限元装配技术转换成有限元模型,该模型可用于脊柱生物力学的进一步研究?     

模拟L4～5全椎板减压的生物力学实验研究

目的 分析髓核摘除和全椎板减压对腰椎节段稳定的即刻效应.方法 6具T12～S1 人尸体腰椎标本用于实验.对完整脊柱行载荷量250 N垂直压缩和10 Nm旋转实验,记录融合椎间隙L4～5及上下位相邻间隙L3～4,L5～S1的运动范围.L4～5后方髓核摘除加全椎板减压,再进行测试和比较.结果 L4～5髓核摘除及全椎板减压后,L4～5节段压缩与旋转位移值明显增加,与完整脊柱比较有非常显著统计学差异(P＜0.01);邻近节段运动变化小.结论 髓核摘除及全椎板减压将导致减压节段即刻稳定性下降.     

有限元模型分析髓核摘除术后腰椎生物力学特性变化

目的采用三维有限元模型分析方法,探讨腰椎间盘突出症髓核摘除术对腰椎生物力学特性的影响。方法采用新型CAD方法精确建立腰椎L4～L5活动节段有限元模型,构建正常模型、退变模型、髓核摘除即刻模型和瘢痕长入模型,分别模拟正常椎间盘、退变椎间盘、髓核摘除术后即刻和术后中长期随访时的椎间盘,并在压缩、屈曲、伸展、前剪及后剪5种载荷条件下对4组模型进行生物力学测试。结果 (1)各种载荷下退变模型的腰椎节段刚度较正常模型提高;(2)髓核摘除即刻模型的刚度较退变模型减小,但较正常模型提高;(3)瘢痕长入模型腰椎节段刚度大幅回升并超过退变模型;(4)髓核摘除即刻模型在屈曲、后伸和后剪载荷下关节突接触力减小,瘢痕长入模型则表现为在后伸、前剪和后剪载荷下关节突接触力增加;(5)各种载荷下退变模型后向膨出度较正常模型明显减小,髓核摘除即刻模型后向膨出度一定程度回升,但其纤维环内环会发生"内向膨出"。结论腰椎间盘髓核摘除术可在术后不同时段对腰椎运动节段生物力学特性产生不同影响,髓核摘除术后即刻对腰椎稳定性和后部结构应力影响较小,而髓核摘除中长期后则可有腰椎运动节段变硬和关节突的应力增加。     

腰椎间盘退变后应力变化的有限元分析

目的 利用有限元分析方法,评估腰椎间盘退变后的生物力学变化.方法 利用MIMICS软件对正常腰椎的CT图像进行预处理后,导入ABAQUS软件建立正常椎间盘L3～L4节段的三维有限元模型.通过改变椎间盘退变后对应的材料属性,建立退变椎间盘L3～L4节段的有限元模型.对模型施加0.3 MPa均布轴向压缩载荷,比较正常和退变椎间盘的纤维环、髓核、软骨终板、关节突关节的应力.结果 与正常椎间盘比较,退变椎间盘的应力分布发生改变,纤维环周边承受较大应力,髓核的压应力明显降低,软骨终板的应力集中在外周偏后;关节突关节面的应力明显增大.结论 有限元方法可以直观地观察椎间盘退变对腰椎的影响,是对临床研究的必要补充.     

融合与Topping-off术对腰椎影响的有限元分析

目的:应用有限元方法分析Topping-off术对融合节段的相邻节段的影响。方法:建立L1~L5正常腰椎有限元模型,经与文献结果对比验证有效性后分别建立2种手术模型:(1)L4/L5节段融合的后路腰椎椎间融合术(posterior lumbar intervertebral fusion,PLIF)模型,(2)L4/L5节段融合及L3/L4节段植入棘突间固定装置(interspinous spacer,ISP)的Topping-off模型。分别对两者L1椎体上终板施加500 N垂直压缩载荷以及10 Nm前屈、后伸、(左)侧屈和(右)旋转力矩载荷,观察L3/L4节段活动度、椎间盘压力、小关节应力及L3、L4棘突应力情况,使用SPSS 21.0统计软件对结果进行分析。结果:在前屈、后伸载荷下,Topping-off模型L3椎体相对位移、椎间盘纤维环及髓核压力、双侧小关节应力小于PLIF模型(P<0.05),L3、L4椎体棘突应力大于PLIF模型(P<0.05)。在左侧屈载荷下,Topping-off模型L3/L4节段左侧小关节应力小于PLIF模型(P<0.05)。结论:Topping-off术能够降低融合相邻节段的椎间盘和小关节负荷,具有潜在的预防融合相邻节段退变的作用。     

腰椎退变影响拔伸按压手法生物力学作用的有限元研究

目的:研究腰椎退变对拔伸按压手法治疗腰椎间盘突出症的生物力学影响。方法:应用L_(3～5)运动节段轻度退变与中度退变模型进行研究。假定腰椎间盘突出发生于L_4椎间盘左侧,为模拟拔伸按压手法,L_3椎体上终板固定,L_5椎体下终板施以500 N拉力;在L_(4～5)运动节段左侧椎板分别施以50 N与80 N按压力,比较两模型在不同按压力作用下L_4椎间盘左后方位移与L_(4～5)运动节段左侧小关节接触力。结果:手法按压力分别为50 N与80 N时,与轻度退变模型相比,中度退变模型L_4椎间盘左后方位移分别下降18.1%与34.5%,小关节接触力分别下降17.6%与43.4%;当按压力由50 N增至80 N,轻度退变与中度退变模型L_4椎间盘左后方位移分别增加146.3%与96.8%,小关节接触力分别增加195.9%与103.3%。结论:腰椎退变影响拔伸按压手法生物力学效应,但并不增加腰椎小关节接触力。     

大白鼠臀中肌神经的脊髓内起源——F-HRP和CT-HRP法研究

近年来,为探讨腰背痛的机制,日益重视了对臀部软组织损伤的研究。本文用HRP法研究了大白鼠臀中肌神经的脊髓内起源,旨在为臀中肌筋膜综合症的发病机理提供神经解剖学资料。在大白鼠一侧臀中肌内注射HRP后,该侧L_2～S_2髓节前角有标记细胞914个,以L_3～S_1节段最多,向吻侧及尾侧递减。标记细胞大都出现在前角外侧部,以大型细胞为主。腰骶段后根节内也见有一定的标记细胞,其节段低于运动细胞的节段。本文还就臀中肌及其筋膜解剖特点与臀中肌筋膜综合症的关系进行了讨论。     

兔腰椎融合术中BMP和bFGF对骨髓间充质干细胞的作用

目的评价骨形态发生蛋白(BMP)和碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)诱导的兔骨髓间充质干细胞(MSC)复合多孔生物陶瓷对提高腰椎融合率的作用。方法将32只家兔随机分为4组(n=8),用下列移植物分别进行腰椎后外侧路融合:Ⅰ组单独应用MSC;Ⅱ组以bFGF作用MSC;Ⅲ组用BMP-2作用MSC;Ⅳ组用BMP-2和bFGF共同作用MSC。实验动物术后6周处死,利用放射学、手工生物力学和组织学方法观察和分析椎体融合的情况。结果影像学和手工力学检测,Ⅳ组椎体融合情况要比其它3组好得多;组织学检测示,在Ⅳ组中,可以看到在融合区周围出现大量的新生成的骨小梁。Ⅱ,Ⅲ组在融合区新生骨小梁较Ⅳ组少,而是新生骨小梁与纤维结缔组织混杂出现;Ⅰ组新生骨小梁显著减少,生物陶瓷微孔内多为纤维结缔组织。结论经BMP和bFGF体外培养的MSC可取得比单独应用MSC更好的融合效果。     

猫结肠各部感觉神经支配的比较—HRP法

本文用 HRP 法研究猫结肠各部的感觉神经支配,实验结果表明:结肠三部分的感觉神经来源有二:一、双侧结状神经节;二、双侧胸、腰、骶脊神经节。各部分结肠的初级感觉神经元在脊神经节内的分布具有规律性,即升结肠来自 T_5—L_5和S_(2-3)脊神经节(共16个节段)、高峰区在 T_(12)—L_2节段。横结肠来自 T_8—L_5和 L_7—S_3脊神经节(共15个节段)。高峰区在 T_(13)—L_4节段。降结肠起源于 T_(13)—L_5和 L_7—Co_1 11个脊神经节,高峰区为 L_(3-4)和 S_(1-4)节段。各部分结肠均受双侧结状神经节和脊神经节支配,但升结肠以右侧占优势,降结肠以左侧占优势,横结肠则两侧标记细胞数无显著差异。2、脊神经节和结状神经节中的标记细胞,均以中、小型为主,细胞形态多为椭园形、园形,在节内呈弥散性分布。3、降结肠感觉神经元的中枢突经 Lissauer 束进入脊髓 S_(1-3)节段,围绕后角形成粗大的外侧束和纤细的内侧束,外侧束到达脊髓灰质Ⅴ、Ⅶ层和灰质后连合,内侧束到达后角灰质第Ⅱ、Ⅲ层。     

腰椎椎管的测量与椎管狭窄

对腰椎椎管的研究提供临床参考资料。用220例整套成人骨骼的1100个腰椎,对腰椎椎管的横径和矢径进行了直接测量:腰段椎管的总均值,横径男23.6mm,女22.8mm;矢径男、女均为16.1mm;腰椎管矢径小于13.0mm为狭窄计18例共30个腰椎,其中29个腰椎位于L_3～L_5;连续二个以上腰椎狭窄的有9例.椎管横径与矢径乘积和椎体中横径与中矢径乘积的比值越小表示椎管矢径也小,这个比值在腰椎管狭窄症的诊断上有一定的参考价值。     

腰椎三维有限元模型建立和应力分析

目的 建立完整的腰椎三维有限元模型,并对腰3-4运动节段的进行了有效性验证和生物力学分析.方法 利用交互式医学图像控制系统MIMICS软件对CT图片进行预处理,后导人大型通用有限元软件ABAQUS中建立三维有限元模型.分别建立了腰1-腰5各椎体及其椎间盘有限元实体,后组合成整体的腰椎和腰3-4有限元模型,并且还准确的模拟了腰椎的椎间盘、软骨终板、关节突关节以及连接韧带.验证了模型的收敛性,并针对腰34运动单元设置了0.3、0.5、1.0、2.0、4.0 mPa 5种载荷进行生物力学分析.结果 在轴向压力作用下,椎间盘纤维环后部存在着明显的应力集中,并向后外侧传导.最大压应力的部位在髓核和软骨终板的中央,椎弓根是椎体多种应力集中的部位.轴向压力增加,应力成比例增大.结论 本研究的有限元模型精确度高,结论符合腰椎的临床特点,较好的模拟了腰椎的生物力学特性.     

L1~4椎间盘ADC值、腰动脉血供与椎间盘退变程度的相关性分析

目的分析可疑腰椎病变患者L1~4椎间盘ADC值、腰动脉血供与相应平面椎间盘退变程度的相关性,评价ADC值对椎间盘退变的可能诊断价值,并探讨椎间盘退变的血供因素。方法可疑腰椎病变患者65例,年龄16~76岁,平均(52.3±28.5)岁;其中下腰痛并坐骨神经痛11例,下腰痛无坐骨神经痛16例,坐骨神经痛无下腰痛33例,跛行5例;病程1~57周,平均(13.4±6.3)周。对所有患者采用椎间盘弥散成像测定L1~4椎间盘ADC值,采用腰动脉MRA进行腰动脉成像,分析椎间盘ADC值、腰动脉血供与相应平面椎间盘退变程度的相关性。结果L1~4平面ADC值与各自平面椎间盘退变分级明显相关(P<0.05),退变程度越大,椎间盘ADC值越小。L1、L2、L3平面腰动脉血供分级与各自平面(L1~2、L2~3、L3~4)椎间盘退变程度分级明显相关(rs=0.823,P=0.016 3;rs=0.791,P=0.019 2;rs=0.835,P=0.010 3);L4平面腰动脉血供分级与L4~5椎间盘退变程度分级无明显相关(rs=0.306,P=0.209 2)。结论MR弥散成像测得的腰椎间盘ADC值能反映L1~4腰椎退变程度;血供...     

2型糖尿病患者骨密度与胰岛素水平的相关性研究

目的探讨2型糖尿病患者骨密度的变化及其与空腹血浆胰岛素（FPI）水平的关系。方法应用双光能X线吸收法（DEXA）测定104例2型糖尿病患者（观察组）和46例健康者（对照组）腰椎L1-L4、股骨近端及全身骨密度,用化学发光法测定FPI水平。结果（1）观察组和对照组受检者的FPI水平分别为（1．05&#177;0．40）μU／ml和（0．91&#177;0．25）μU／ml,差异有统计学意义（P〈0．05）;但两组受检者腰椎、股骨颈及全身骨密度[分别为（1．12&#177;0．20）g／cm^2与（1．09&#177;0．19）g／cm^2、（0．89&#177;0．16）g／cm^2与（0．90&#177;0．12）g/cm^2、（0．95&#177;0．16）g／cm^2与（0．92&#177;0．30）g/cm^2]比较,差异均无统计学意义（P〉0．05）。（2）观察组和对照组受检者的骨质疏松症患病率分别为14．4％（15／104）和6．5％（3／46）,差异无统计学意义（P〉0．05）。（3）将2型糖尿病患者分为2型糖尿病骨量正常组（NBMD组）和2型糖尿病骨量低下组（IBMD组）,两组患者的平均年龄、FPI水平及使用胰岛素达1年以上者所占比例（分别为（56．5&#177;12．5）岁与（62．4&#177;9．8）岁、（1．12&#177;0．39）μU／ml与（0．91&#177;0．38）μU／ml、35．8％与8．1％]比较,差异均有统计学意义（P〈0．05）。结论2型糖尿病患者骨密度与健康者相当;高水平的FPI对骨密度有保护作用。     

胸腰段骨质疏松三维有限元模型的建立及临床应用

目的:探讨利用螺旋CT建立骨质疏松腰椎三维有限元模型的高度数字化方法,为腰椎骨质疏松的生物力学试验提供标准模型。方法:一个有代表性的健康成年男性志愿者,范围从T11～L2,先行X线检查以排除可见的脊椎病变及损害。经螺旋CT沿横断面0.699mm层厚扫描,以jpg格式输出其断面图像并转入微机保存。利用三维重建软件Mimics建立T11～L2段正常脊柱骨性结构的三维模型,再经过自由造型系统进行表面光滑化处理及对0.699mm层厚引起的数据丢失予以修补。利用有限元软件Patran的前处理功能,在脊柱模型骨性结构的基础上,补充建立终板、椎间盘、髓核、前纵韧带、后纵韧带、黄韧带、棘间韧带、棘上韧带等结构。采用合适的材料性质和实体单元类型对模型进行智能有限元网格划分。结果:①正常腰段脊柱三维模型有限元网格划分结果:利用三维重建软件Mimics和有限元软件Patran成功进行正常腰段脊柱三维模型有限元网格划分。完整的脊柱胸腰段三维有限元模型包括共276580个四面体单元,8532个六面体单元,673个杆单元,总计共95219个结点。建立的模型负荷正常椎体的几何特性;②骨质疏松腰椎三维有限元模型的建立:利用有限元软件Patran的前处理功能,对不同组织的物理特性进行定义,皮质骨、终板、后部结构模量减少33%,松质骨减少66%,同时考虑髓核脱水,弹性模量增加1倍,符合真实的生物力学要求,真实模拟了骨质疏松椎体的材料特性,成功建立骨质疏松腰椎三维有限元模型。结论:建立的骨质疏松腰椎三维有限元模型接近真实的生物力学标本,是理想的研究骨质疏松腰椎生物力学的数字化模型,可应用于骨质疏松腰椎后凸成形术的评估。