腰椎间孔成形幅度对腰椎生物力学影响的三维有限元分析

目的应用腰椎L3~5节段三维有限元模型,分析椎间盘摘除+不同幅度椎间孔成形前后对腰椎生物力学的影响。方法选取1位20岁既往无腰椎疾病史中国男性志愿者的CT数据,在Mimics15.0软件中建立L3~5节段三维有限元模型,在Geomagic12.0中修补、降噪及曲面化,在Pro/E5.0中行椎间盘的曲面建模,修改髓核和纤维环的材料参数模拟L4~5椎间盘中度退变（模型M1）,在Hypermesh12.0中进行有限元网格处理,并导入ABAQUS软件进行分析。模拟经皮椎间孔脊柱内镜技术侧后入路,以上关节突尖部到下位椎体后上缘中点为穿刺基线建立通道,去除椎间盘左后侧约1/4的纤维环中部及1/4的髓核,以模拟腰椎间盘摘除手术,构建模型M2,以圆柱体代替环锯模拟切除上关节突部分骨质行椎间孔扩大成形术,构建一级椎间孔成形模型M3（环锯直径5mm）、二级椎间孔成形模型M4（环锯直径6.5mm）和三级椎间孔成形模型M5（环锯直径7.5mm）,给予特定加载条件,比较其在前屈、后伸、左右侧弯、左右旋转6种工况下的生物力学特征。结果建立了有效的L3~5三维有限元模型,除了在后伸工况下L4椎体的位移无明显变化外,其他5种工况下椎间孔成形后L4椎体的位移均有所增加,但成形的幅度对L4椎体的位移无明显影响。M1模型在各种工况下L4~5关节突关节的应力左侧较右侧大。M2模型在腰椎前屈及右旋工况下L4~5左侧关节突关节的应力下降,右侧的应力上升;腰椎后伸下L4~5左侧关节突关节的应力上升,右侧的应力下降;腰椎左侧屈工况下L4~5关节突关节的左右两侧应力均上升;腰椎右侧屈工况下L4~5关节突关节的左右两侧应力均下降。除腰椎左旋工况下M5模型的L4~5右侧关节突关节应力增加明显外,其他各种工况下M3、M4、M5模型L4~5关节突关节应力变化不明显。结论在精确穿刺的指引下,1~3级椎间孔成形对术后即刻的腰椎稳定及关节突关节的应力分布无明显影响。     

下腰椎的三维有限元分析

目的为研究下腰椎活动提供三维有限元力学模型。方法选取成年男性的下腰椎典型CT影像,建立几何模型后利用有限元划分和分析软件建立有限元模型,设定边界条件并加载负荷,记录下腰椎在前屈、后伸、侧屈和轴向旋转等不同工况下的运动范围和应力分布。结果建立的下腰椎三维有限元模型中4面体单元总数为114953。模型在各工况下的运动范围与体外生物力学试验所测定的结果比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论建立的下腰椎三维有限元模型能够模拟下腰椎的生理活动,可用于进一步的研究。     

下腰椎的三维有限元分析

目的 为研究下腰椎活动提供三维有限元力学模型. 方法 选取成年男性的下腰椎典型CT影像,建立几何模型后利用有限元划分和分析软件建立有限元模型,设定边界条件并加载负荷,记录下腰椎在前屈、后伸、侧屈和轴向旋转等不同工况下的运动范围和应力分布. 结果 建立的下腰椎三维有限元模型中4面体单元总数为114 953.模型在各工况下的运动范围与体外生物力学试验所测定的结果比较,差异无统计学意义(P>0.05). 结论 建立的下腰椎三维有限元模型能够模拟下腰椎的生理活动,可用于进一步的研究.     

正常人下颌骨的三维有限元应力分析

目的；分析功能状态下正常人颌骨的应力分布特征，并确定衡量人下颌骨应力正常分布的判定标准。方法：采用ＣＴ扫描与Ａｕｔｏ－ＣＡＤ技术及三维有限元分析方法。     

第三腰椎横突综合征三维有限元实验研究

研究人体在不同工况时,L3横突末端肌肉、韧带附力处的应力变化及分布规律,探讨L3横突综合征的发病机制与防治办法. 方法 采用三维有限元法建立力学模型,模拟人体腰部主要活动形式,设计常见13种工况并计算结果. 结果①在各种工况下,L3横突末端所受的应力都明显大于邻近的L2、L4横突.弯腰、旋转、侧屈等工况随着角度的加大...     

腰椎椎间孔外椎体间融合术的三维有限元建模及分析

目的 采用三维有限元方法比较椎间孔外腰椎椎体间融合术(extraforaminal lumbar interbody fusion, ELIF)与传统经椎间孔腰椎椎体间融合术(transforaminal lumbar interbody fusion, TLIF),在不同固定方式下的生物力学稳定性。方法 将健康成年男性志愿者腰椎CT片读入Simpleware 2.0,建立L3～L5的三维几何模型。利用Hypermesh,对模型进行有限元网格划分,建立完整L3～L5节段有限元模型。对完整模型进行不同处理,分为正常标本对照组（C组）,单边固定ELIF（E1组）,单边固定TLIF（T1组）,双边固定ELIF（E2组）,双边固定TLIF（T2组）,单边固定ELIF+对侧经椎板关节突螺钉内固定（E3组）,单边固定TLIF+对侧经 椎板关节突螺钉内固定（T3组）。利用Abaqus 6.10,对处理组模型施加相应的载荷及运动附加力,计算腰椎前屈、后伸、左右侧屈及左右旋转6种工况下的L4～L5节段角位移及其他生物力学指标。结果E1与T1组L4～L5活动度均较C组明显减小(P<0.01)。E1组各工况下的活动度小于T1组,尤以左侧屈及右旋时明显(P<0.05);E1组在各工况下的活动度明显高于T2组(P<0.05);E3组活动度明显低于E1组(P<0.05)。在400N的载荷下,E2组与T2组、E3组与T3组活动度差异均无统计学意义(P>0.05)。结论 ELIF联合使用对侧经椎板关节突螺钉固定后稳定性得以提高,与TLIF双侧椎弓根螺钉固定在限定载荷下相当,是一种安全有效,更加微创的腰椎椎体间融合术式。     

应用三维有限元法分析正常人腰椎椎体的应力分布

目的：了解正常人腰椎椎体的应力分布特点。方法：采用ＱＣＴ扫描正常志愿者的Ｌ１椎体，依据Ｌ１椎体的ＣＴ片以Ａｌｇｏｒ的ＦＥＡＳ有限元分析系统逐层几何形重建，并按照骨窗灰度适当划分单元，建立Ｌ１的３１２８个结点，２１８８个块单元的三维有限元模型，各单元材料特性依据校正后的ＣＴ值－表观密度－弹性模量间的换算关系进行计算，共采用了２００种弹性材料，进行８００Ｎ轴向加载，进行应力分布计算。结果：应力集中的部     

有限元分析肌肉力对胸腰椎运动节段椎间盘压力的影响

目的研究胸腰椎运动节段屈曲时躯干肌力的大小及其对椎间盘压力的影响。方法建立T12-L1-L2运动节段三维有限元模型,通过离体实验验证模型的有效性。T12-L1-L2节段屈曲0°、5°、10°、15°、20°过程中,模拟上身重力(260N)、竖脊肌力和节段间局部肌肉力作用,观察竖脊肌力及椎间盘压力的变化。结果竖脊肌力、椎间盘压力随胸腰椎屈曲角度增大而增大,节段间局部肌肉力可以相应减小竖脊肌力,但会使椎间盘压力增高。如果忽略所有肌肉力的作用,椎间盘压力会发生显著变化。结论脊柱生物力学研究不能忽视肌肉力的作用,节段间局部肌肉力对椎间盘内的压力变化有明显影响。     

腰椎间盘退变有限元模型的建立方法及进展

椎间盘退变是一个极其复杂的过程,生物力学研究在探讨椎间盘退变发生及发展相关问题上有很重要的作用。早期的实验力学研究缺陷多,限制了研究的进展。本文拟介绍一种新型的力学分析技术——有限元法及其模型在椎间盘退变中的应用及进展。     

单侧椎板开窗髓核摘除术对相邻节段椎间盘的生物力学影响

目的 应用非线性有限元分析研究单侧椎板开窗髓核摘除术对相邻节段不同程度退变椎间盘应力分布的影响.方法 墓于断层CT图像建立L3～L5节段三维非线性有限元模型,并依据L3～L4椎间盘不同退变程度建立轻、中和重度退变有限元模型,以及单侧椎板开窗髓核摘除术后模型.在模拟前屈、后伸、左右侧弯和左右旋转六个主要生理活动条件下,分析相邻节段椎间盘L3～L4髓核和纤维环von Mises应力极值变化.结果 行L4～L5左侧椎板开窗髓核摘除后,相邻L3～L4椎间盘为健康椎间盘时,髓核和纤维环基质内von Mises应力极值后伸最大,左侧弯时最小;轻度退变时,应力极值在左侧弯时增加最明显;中度退变时,髓核和纤维环基质von Mises应力极值减小,但仍高于健康椎间盘应力;重度退变时,髓核内von Mises应力极值均较轻中度椎间盘退变时下降,除轴向旋转运动外,甚至低于健康椎间盘时的应力值;纤维环基质内von Mises应力值较轻中度退变时下降,但仍高于健康椎间盘内纤维环应力,尤以左侧弯时明显.结论 当相邻节段椎间盘退变时,行单侧椎板开窗髓核摘除后避免同侧侧弯可以减少异常应力的产生,降低椎间盘退变加速的风险.

Abstract：

Objectives To study the stress distribution of the adjacent different grades of disc degeneration underwenting unilateral laminectomy and discectomy surgery using non-linear finite element analysis. Methods Based on the lumbar CT scans, the finite element model (FEM) of lumbar spinal segment(L3-L3) was established. According to L3-L4 intervertebral disc degeneration, different grades of disc degeneration( healthy,mild, moderate and severe) models were established and unilateral laminectomy and discectomy surgery were also established. Physiological action such as flextion , extension , lateral bending and lateral rotation was simulated and the yon Mises stress in the nucleus pulposus and annulus fibrosus matrix of L3-L4 disc was investagated. Results After unilateral laminectomy and discectomy surgery, the extremum value of yon Mises stress of nucleus pulposus and annulus fibrosus matrix was maximum during extension and minimus left bending in the healthy intervertebral disc. Compared with healthy disc, the increment of extremum value was found during left bending in the mildly degenerated disc. When the value decreased in the moderately degenerated disc, but still higher than that in the healthy disc. When the adjacent disc is severly degenerated, the extremum value of nucleus pulposus decreased, in addition to axial rotation, and even lower than that of healthy disc. The value of annulus matrix decreased and still higher than that of healthy disc , especially during left bending. Conclusions After unilateral laminectomy and discectomy surgery, avoiding lateral bending will reduce the abnormal stress in the degenerated disc and decreased the risk of accelerating disc degeneration.     

有限元方法在腰椎生物力学研究中的运用

有限元法是较新的脊柱生物力学研究方法,其与传统生物力学方法相互补充和验证的作用越来越受到重视。近二十几年来,有限元分析法在脊柱生物力学研究领域中已得到日益广泛的应用。本文简述了有限元法的概念及发展过程;介绍近年来有限元方法在腰椎椎体、正常腰椎间盘及退变腰椎间盘生物力学研究中的运用;评价该方法的优缺点及发展方向。     

腰椎椎弓根壁侧置钉内固定方式及生物力学三维有限元分析

目的：建立L4,L5三维有限元模型,并分别行椎弓根常规置钉及壁侧置钉两种内固定方式,用三维有限元法分析固定后椎体及螺钉的应力分布特点。方法选取正常成年人L3～L5节段的多层螺旋CT扫描的薄层原始数据（DICOM格式）,利用Mimic等软件建立人正常L4,L5三维有限元模型,并建立L4,L5椎弓根螺钉内固定模型。并于L4上表面施加500N预载荷,再施加8N· m的力矩模拟腰椎垂直压应力、前屈、旋转等生理活动,观察不同情况下两种模型中椎体螺钉应力分布情况。结果由应力分布图可知,在各种载荷下,两种模型的螺钉应力从钉尖至钉棒连接处逐渐减少,螺钉根部附近应力最小。3种载荷之间比较,垂直压缩时螺钉应力最大。椎弓根壁侧置钉内固定方式较常规置钉内固定方式的螺钉应力明显减小。结论模拟两种内固定方式正常生理活动时,椎弓根常规置螺钉内固定模型中椎弓根螺钉的应力主要集中在与椎体交界界面处,而椎弓根壁侧置螺钉内固定模型中螺钉的应力基本分散在钉体上,一部分应力分布在椎弓根皮质上,增加了椎弓根螺钉的抗拔出力,从而增加固定的可靠性,减少发生内固定螺钉断裂等风险。     

微创后路椎间盘镜治疗腰椎管狭窄症与腰椎间盘突出症的应用

目的　探讨后路椎间盘镜治疗腰椎管狭窄症与腰椎间盘突出症的临床应用和适应证。方法　采用后路椎间盘镜进行单侧“开窗”减压术与髓核摘除术等。术中通过“C”臂机或摄侧位X线片定位 ,于后正中做1～ 2个长约 1 5cm互不相连的小切口 ,逐级扩张后置入工作通道管 ,钻除部分椎板 ,置入内窥镜 ,于监视器下显露并清除椎板、增生内聚的关节突、肥厚的黄韧带及突出的椎间盘髓核组织 ,彻底解除其对硬膜、神经根的压迫。结果　本组共治疗腰椎管狭窄症 732例 ,随访 3个月～ 3年。按NAKAI标准评定 :优 6 40例 ,良 6 9例 ,可 18例 ,差 5例。优良率为 97%。 3例改行开放式手术治疗。结论　该术式在保证神经充分减压的前提下 ,可减少创伤 ,保持脊柱的稳定性。该方法适用于单节段或多节段腰椎管狭窄症及合并腰椎间盘突出症的患者。     

有限元分析在手法治疗腰椎间盘突出症中的研究进展

介绍了有限元分析方法在脊柱生物力学研究中的概况,并论述了其在腰椎建模和中医手法治疗腰椎间盘突出症中的应用情况,认为虽然有限元分析在精确模拟患者腰椎的实际状况时尚有一定的局限性,但其在研究脊柱推拿方面,可以很好地模拟各种腰部推拿手法的状态,给手法的研究注入了新的活力.     

椎间孔针为主综合治疗腰椎间盘突出症30例

目的 观察以椎间孔针为主的综合疗法治疗腰椎间盘突出症的临床疗效。〖JP2〗方法 将60例腰椎间盘突出症患者随机分为对照组和治疗组,每组30例。对照组采用常规治疗,包括丹参川芎嗪注射液静脉滴注、醋氯芬酸肠溶片口服以及艾灸、低频脉冲电和红外线治疗;治疗组在对照组疗法基础上加用椎间孔针治疗,共治疗14 d。观察两组疗效,采用视觉模拟评分（visual analogue scale,VAS）评价腰腿疼痛程度。结果 两组临床疗效分布比较,差异有统计学意义（P<0.05）。两组治疗后VAS评分均较治疗前显著降低（P<0.05）,且治疗组VAS降低程度显著大于对照组（P<0.05）。结论 在常规综合治疗基础上加用椎间孔针治疗可明显提高腰椎间盘突出症的临床疗效。     

椎间盘髓核切吸术联合经皮穿刺臭氧氧化术治疗腰椎间盘突出症

目的：观察椎间盘髓核切吸术联合臭氧氧化术治疗腰椎间盘突出症的临床疗效。方法：选取2010年1月至2013年1月间我院收治的腰间盘突出症患者150例,依据治疗术式不同分为观察组与对照组,观察组患者采用椎间盘髓核切吸术联合臭氧氧化术治疗,对照组采用经皮穿刺臭氧注射术治疗;采用 VAS评分系统评估各组治疗前后腰腿疼痛情况,并观察治疗后两组患者JOA腰腿痛疗效评分改善情况及临床疗效。结果：两组患者治疗前VAS、JOA评分比较无统计学差异（ P＞0．05）,治疗后VAS、JOA评分均较治疗前显著改善（ P＜0．05）;观察组治疗后VAS疼痛评分、JOA评分改善均较对照组更为显著,组间比较差异有统计学意义（ P＜0．05）。结论：椎间盘髓核切吸术联合臭氧氧化术治疗腰椎间盘突出症,对缓解患者疼痛症状作用显著,疗效确切。     

经皮椎间盘旋切治疗腰间盘突出症1282例疗效分析

目的探讨经皮椎间盘旋切治疗腰椎间盘突出症的疗效及影响因素。方法对1282例患者1912个椎间盘,其中有3例3个失败,实际手术1909个椎间盘进行回顾性地分析。结果手术成功率99.5%;显效率79.7%(1022/1282);有效率15.3%(196/1282);无效率4.8%(61/1282)。总有效率为95%。结论侧隐窝狭窄、病变椎间隙狭窄及突出的髓核钙化可作为相对适应证,“椎间盘手术史”不应作为绝对禁忌证;包容型椎间盘突出治疗效果好;对疑有运动神经纤维不可逆性损伤者,不宜行PLD;对外伤后出现较重症状的年轻患者,施行PLD应慎重;髓核摘除量越多,疗效越好。