脊柱结核椎间植骨、单节段内固定的生物力学测试

目的测试椎间植骨后脊柱结核单节段短椎弓根螺钉内固定手术模型的生物力学稳定性。方法使用10具小牛脊柱标本（T12-L3）模拟体外L1-2椎间盘周围型脊柱结核前路病变椎体切除手术,即切除L1-2间盘和邻近终板,行自体髂骨植骨、后路用单节段短椎弓根螺钉进行固定。测试模型对照组、植骨组和非植骨组在垂直压缩、侧弯、屈伸和旋转方向上的力学稳定性。结果在垂直压缩、侧弯、前屈和后伸载荷下植骨组的相对运动范围（RROM）明显小于非植骨组（P〈0．05）,在扭转载荷下两组相比无明显差异（P〉0．05）;在轴向载荷方向上非植骨组后路内固定棒的应变较植骨组明显增加。结论椎间植骨后可明显增加模型在垂直压缩、侧弯、前屈后伸方向上的稳定性,减少后路内固定棒的载荷分怖,然而在非融合状态下,对于扭转的影响不大。     

T12～L1椎体有限元模型的建立及其爆裂骨折的有限元分析

目的：建立T12～L1椎体三维有限元模型,并应用该模型探讨T12椎体在动态垂直方向冲击负荷下的胸腰结合部爆裂骨折的机制。方法：对1名例行体检的健康成年男性进行CT扫描,得到的数据图片以DICOM格式输出并保存,导入医学三维重建软件MIMICS中进行处理,生成三维实体,并确定单元类型赋予材料属性,然后将实体模型导入ANSYS 10．0有限元软件中,生成胸腰椎三维有限元模型。模型验证后,通过对T12椎体顶部预置的、密度均匀的、坚硬的板块上施加垂直方向上的冲击负荷,分析椎体的应力分布,探讨胸腰椎爆裂骨折的机制。结果：垂直方向上施加载荷后,T12椎体会产生震动;达到最大载荷时,终板会嵌入椎体里,终板的中心部位承受最大应力,应力集中于相应的与终板连接的松质骨的中心部位。结论：垂直方向上施加的载荷达到最大时,终板会嵌入椎体里,终板的中心部位承受最大应力．应力集中于相应的与终板连接的松质骨的中心部位,这可能证实了一种假设：终板核心物质进入椎体,继续进入使得松质骨的脂肪和骨髓被挤出来。当进入椎体的速度大于脂肪和骨髓被挤出的速度时,椎体会突破前方和后方的皮质骨发生爆裂。突发的后皮质骨折,紧接着短暂的碎片进入脊椎管的位置会比最终观察到的位置要深．因为在爆裂的过程中．碎片会退出椎体。     

椎骨胸腰节段压缩骨折的有限元分析研究

目的利用有限元方法建立椎体前缘不同压缩状态模型,并分析椎体前缘压缩程度与邻椎终板应力的相关性。方法基于正常成年人志愿者的胸腰段CT 数据,导入Mimics,经图像分割、修补及三维网格化获取胸腰椎T11～L1３个节段数据,网格赋材质属性后导入ABAQUS 软件,获取逼真的三维有限元模型。对模型进行生理载荷加载,验证正常模型的有效性。将L1模型底部全自由度固定,在T11模型上方施加前屈、后伸及轴向压缩载荷,分别将椎体前沿压缩至90%、80%、70% ...... 10% 9个状态,提取T11下终板及L1上终板的MISES应力,获得了压缩状态与邻近终板应力关系曲线。结果该模型高度逼真,能真实反映实际受力状态;T11椎体下位终板和L1椎体上位终板的应力值与T12椎体（研究对象）前沿的压缩程度正相关。结论应力增加可能导致终板骨折可能性增加,进而增大相邻椎体的骨折风险,有限元分析结果能够为临床实践提供依据。     

保留椎弓根下壁截骨术在治疗陈旧性胸腰椎骨折后凸畸形力学性能的三维有限元分析

目的 采用三维有限元分析法建立胸腰椎模型,比较保留椎弓根下壁截骨术及SRS-Schwab四级截骨术在前屈、后伸、旋转及侧弯时钉棒系统和椎体前缘内植物的应力及整体脊柱力的传导和分布。方法 利用CT数据建立正常男性脊柱T₁₁~L₃模型,以L₁为拟手术椎体,建立SRS-Schwab四级截骨术式（A术式）、保留1/3椎弓根下壁截骨术式（B1术式）、保留1/2椎弓根下壁截骨术式（B2术式）三维有限元模型,采用钛笼支撑椎体前缘。比较A、B1、B2术式三维有限元模型在前屈、后伸、旋转、侧弯时的总应力、各椎间隙的活动度、各内植物的应力情况,以及钛笼植入区域、剩余椎体部分、椎体剩余附属结构及钉棒系统3个部分分别的应力情况。结果 在前屈、后伸、旋转和侧弯时,B2术式的总应力最小（205.6 MPa）,其次为B1术式（207.0 MPa）,A术式最大（217.0MPa）。3种术式间各椎间隙活动度情况相似。内植物应力分析结果显示,B2术式在前屈、后伸、旋转及侧弯活动时,前路钛笼植入区域和后路椎体剩余附属结构及钉棒系统的应力均最小,分别为22.2、187.7、105.8、141.6和75.4、168.4、75.9、214.8 MPa;A术式均最大,分别为27.3、241.8、133.4、188.0和97.5、216.4、98.5、243.0 MPa,均远小于钛合金的屈服应力和拉伸极限（分别为760、860 MPa）。结论 保留椎弓根下壁截骨术式（保留1/2椎弓根下壁）在减少手术节段应力方面具有优势,尤其是其可以减少内植物的应力,从而降低断钉断棒风险,但在保留椎间隙活动度方面与SRS-Schwab四级截骨术式相似。     

真空搅拌骨水泥技术应用于椎体后凸成形术的生物力学研究

目的探讨应用真空搅拌骨水泥技术的椎体后凸成形术的生物力学特点。方法新鲜成年羊的腰段椎体48个,乙二胺四乙酸二钠(EDTA-Na2)脱钙法制备离体动物椎体骨质疏松模型,在生物力学试验机上垂直压缩制备椎体压缩性骨折模型,将模型随机分为4组,骨折模型对照组及试验组分别行应用真空骨水泥搅拌技术的椎体后凸成形术和应用空气中搅拌骨水泥技术的椎体后凸成形术,对各组生物力学性能进行比较。结果 A组(骨质疏松椎体对照组)椎体前缘压缩值为0.474±0.073 mm,B组(骨质疏松椎体骨折对照组)椎体前缘压缩值为3.215±0.231 mm,C组(空气中搅拌骨水泥技术PKP组)椎体前缘压缩值为1.164±0.180 mm,D组(真空搅拌骨水泥技术PKP组)椎体前缘压缩值为0.920±0.159 mm。两种骨水泥技术PKP术后椎体前缘压缩程度均小于骨质疏松椎体骨折对照组,且大于骨质疏松椎体对照组;其中真空搅拌骨水泥技术PKP组的椎体前缘压缩值小于空气中真空搅拌骨水泥技术PKP组。结论真空搅拌骨水泥技术应用于椎体后凸成形术能够提高术后伤椎的生物力学稳定性。     

骨质疏松性椎体再骨折中背部伸肌作用的有限元研究

目的研究骨质疏松性椎体骨折后不同背部伸肌质量情况下椎体局部应力分布情况,为再骨折发生的预防方案制定提供实验数据。方法获取健康老年女性胸腰段CT平扫数据,通过Minics及Geomagic对胸腰段椎体进行三维实体化,并修饰模型,使之符合分析要求,导入有限元软件ANSYS分析,通过改变结构的物理属性设定,获得健康及退变腰椎在不同背部伸肌质量情况下的应力分布情况。结果背部伸肌在理想状态下,能够将骨折后作用于腰1上表面的最大应力减小25%。结论背部伸肌对于骨质疏松患者预防骨折和再骨折有着重要的意义。     

胸腰椎骨质疏松应力分布及临床意义

目的:直接利用DICOM医学图像建立骨质疏松患者的胸12-腰2的三维有限元模型,对其生物力学特性进行分析,探讨胸腰椎骨质疏松应力分布的临床意义。方法:将CT扫描获得的胸腰椎原始DICOM数据输入Mimics软件建立三维模型,输入ABAQUS中分配单元属性、控制单元尺寸、划分体网格,并经赋材质后得到胸12-腰2的三维有限元模型,并利用ABAQUS进行应力分布分析。结果:骨质疏松椎体的应力分布规律与正常椎体应力分布相似,相同承载,不过应力比较低,负载规律相一致。当合并椎间盘髓核退行性改变时,椎体前缘的骨皮质所受载荷明显增加。结论:外力作用和椎体结构强度是骨质疏松椎体的病因和治疗的主要生物力学因素。     

下颈椎前路椎弓根螺钉固定系统的有限元法生物力学特性研究

目的探讨下颈椎前路椎弓根螺钉固定系统的有限元法生物力学特性研究效果。方法应用有限元法对两种内固定物治疗脊柱骨折的疗效进行比较。应用Mimics、SolidWorks、Abaqus等软件建立脊柱骨折的三维有限元模型并分别置入两种不同的治疗方式。其一为模拟采用颈椎前路椎体螺钉钛板系统治疗,其二为下颈椎前路椎弓根螺钉固定系统。计算三维有限元模型的生物力学指标,包括75N轴压力、前屈、左侧屈、后伸等应力值进行比较。结果颈椎前路椎体螺钉钛板系统在75N轴压力、前屈、左侧屈、后伸等最大应力值均明显大于对照组,对比差异有统计学意义(P0.05)。结论下颈椎前路椎弓根螺钉固定系统在75N轴压力、前屈、左侧屈、后伸、右侧区的生物力学强度均优于常规的颈椎前路椎体螺钉钛板系统,其可提供更多的应力,值得临床推广和广泛应用。     

胸腰段骨质疏松性椎体压缩骨折三维有限元模型的建立和应力分析

目的 建立脊柱胸腰段骨质疏松性椎体压缩骨折及邻近节段的有限元模型,并对模型进行初步的生物力学分析.方法 利用交互式医学图像控制系统MIMICS软件对患者的CT图片进行预处理,后导入大型通用有限元软件ABAQUS中建立三维有限元模型.建立了胸10-腰2四个运动单元的三维模型,并且准确模拟了椎间盘、软骨终板、关节突关节以及连接韧带.通过设置0.3、1.0、4.0 Mpa 3种轴向载荷进行力学分析,观察力学改变情况.结果 当轴向压力以0.3、1.0、4.0MPa增加后,椎间盘、软骨终板和椎体整体的应力也成比例增加.椎间盘所受应力分布不均;各椎体前部所受应力最大,而后部结构所受应力较小,椎体局部出现受力较大情况,尤以相邻椎体更为明显.结论 本研究的有限元模型符合胸腰段骨质疏松性椎体骨折的临床特点,模拟了其生物力学特性.     

简易外固定架自攻螺钉的三维有限元模型的初步建立及应用

目的：建立外固定架螺钉钻入胫骨干的三维有限元模型。方法：运用 Mimics软件,Pro/E,Geomagic Studio,Ansys Work－bench13成功建立胫骨螺钉装配体三维有限元模型,并施加轴向载荷,扭转载荷观察结果。结果：装配体共生成3 710个体网格,6 952个点,Von-Mises和Total Deformation应力云图显示轴向和扭转载荷螺钉的最大应力位于螺钉与皮质骨接触处,形变最大的位置在钉尾。结论：三维胫骨螺钉装配体有限元模型为螺钉与胫骨的应力的定量研究提供基础,为不同材料属性,不同载荷的螺钉的生物力学研究提供基础。     

Pedicle screw fixation with kyphoplasty decreases the fracture risk of the treated and adjacent non-treated vertebral bodies: a finite element analysis

Adjacent vertebral fractures are common in patients with osteoporotic vertebral compression fractures (OVCFs) after kyphoplasty. This finite element study was to examine whether short segment pedicle screw fixation (PSF) with kyphoplasty may decrease the fracture risk of the treated and adjacent non-treated vertebrae after kyphoplasty for OVCFs. By simulating cement augmentation with or without short segment pedicle screw fixation (PSF), two tridimensional, anatomically detailed finite element models of the T10–L2 functional spinal junction were developed. The insertion of pedicle screws into the intact vertebra apparently decreased the stress distribution of the treated vertebra in vertical compression and other load situations. The stress distribution in the bone structures of the intact vertebra adjacent to the intact-screwed vertebra was much less than that in the one adjacent to the treated vertebra. The insertion of pedicle screws into the intact vertebra greatly decreased the maximum displacement of the cortical bones and cancellous bones of the vertebrae. Our results indicated that short segment PSF with kyphoplasty may decrease the fracture risk of the treated and adjacent non-treated vertebrae in the management of OVCFs.     

伤椎椎弓根螺钉内固定治疗胸腰段椎体压缩骨折的三维有限元分析

目的：构建脊柱胸腰椎单纯压缩性骨折的三维有限元模型,探讨伤椎椎弓根螺钉内固定治疗胸腰段椎体压缩骨折的应力情况,为临床选择有效的内固定方法提供理论依据。方法：选取一无慢性腰背痛及胸腰椎外伤史的青年志愿者,利用CT扫描的Dicom数据图像和Simpleware5．0软件建立T12-L2椎体三维模型,模拟L1椎体骨折,并分别模拟联合伤椎置钉固定（有横连和无横连）两种治疗方法,将两种模型分别导2kAbaqus6．9有限元分析软件,加载750N压力,ION·m扭矩载荷。结果：在轴向压缩状态下,腰椎骨折内固定后的应力分布发生变化,钉棒系统成主要应力集中部位。钉棒系统有无横连差异无统计学意义（P〉0．05）。在扭转状态下,横连系统的应力主要集中在连接杆上,而无横连的应力主要集中在钉棒系统下段螺钉上,钉棒系统有无横连差异有统计学意义（P〈O．05）。在屈曲状态下,应力主要集中在钉棒系统下段螺钉上,钉棒系统有无横连差异有统计学意义（P〈0．05）。结论：有横连的六螺钉椎弓根螺钉系统置入可以优化内固定的载荷,减少断钉率。     

纳米羟基磷灰石/聚酰胺66复合生物活性人工椎体在骨质疏松性胸腰椎爆裂骨折前路手术中的临床体会

目的:探讨纳米羟基磷灰石/聚酰胺66复合生物活性人工椎体在骨质疏松性胸腰椎爆裂骨折前路手术中应用的手术要点与经验。方法:回顾我院21例骨质疏松性胸腰椎爆裂骨折经前路减压、植骨融合内固定手术病例,从椎管减压、脊柱稳定性重建方法及效果方面,总结手术经验。结果:21例均获得随访,随访时间7个月以上,显示手术后胸腰椎生理曲度恢复满意,CT/MRI复查,椎管容积扩大,致压骨块消失,植入人工纳米羟基磷灰石/聚酰胺66复合生物活性人工椎体已与相邻椎体融合,神经功能恢复(Frankel分级)提高1²级。术中无较大副损伤出现,术后未发生钛合金板与螺丝钉松动、断裂等并发症。结论:骨质疏松性胸腰椎爆裂骨折前路减压彻底,重建方式符合脊柱生物力学分布原则,脊髓功能恢复较好,通过改进内固定技术及支撑材料后,无内固定松动、断裂等并发症,远期脊髓神经再压迫风险小。     

泼尼松对大鼠股骨和腰椎骨密度和力学性能影响的实验研究

OBJECTIVE: To explore effects of prednisone on the bone mineral density (BMD) and biomechanics of the femora and lumbar vertebras in rats. METHODS: Twenty one 3-month-old male Sprague-Dawley rats weighing 226+/-12 g were randomly divided into basal control, age-matched and hormone groups. The rats in basal control group were killed at the beginning of the experiment without any treatment, and those in age-matched group were given oral normal saline (5 ml x kg(-1) x d(-1)) while the rats in hormone group received oral prednisone acetate (4.5 ml x kg(-1) x d(-1) twice a week) to establish osteoporotic models. The treatment for the latter 2 groups of rats lasted for 90 days, after which the BMD and mechanical measurements of the femurs and L5 vertebra were carried out by way of torsion, three-point bending and compression tests. The measurements were also conducted in the basal control group at the time indicated above. RESULTS: In hormone group, the total BMD of the femora and L5 vertebra was decreased by 14.64%(P<0.01), and the BMD in the right and left distal femoral segments and the vertebra decreased by 21.42% (P<0.01), 19.62% (P<0.05) and 23.48%(P<0.01), respectively, in comparison with the control group. In the meantime, the loads of three-point bending test in hormone group was decreased by 17.1%(P<0.05), whereas the rest parameters tended to decrease as compared with the control group. CONCLUSIONS: Chronic use of corticosteroid is more liable to cause bone mass loss in rat cancellous bone than in the cortical bone, and mechanical properties of the cortical and cancellous bone, especially those of the latter, will also decline, to give rise to easy bone fracture at the trabecular bone in osteoporotic conditions.     

骨质疏松性胸腰椎压缩性骨折PKP术后再骨折危险因素分析

目的探讨骨质疏松性胸腰椎压缩性骨折球囊扩张椎体后凸成形术（PKP）术后再骨折的相关危险因素。方法回顾分析84例PKP术治疗的胸腰椎骨质疏松性压缩性骨折病人的临床资料,术后均获随访12~57个月;根据病人随访期间是否发生再骨折,将病人分为再骨折组和未再骨折组,对2组病人的性别、年龄、体质量指数、骨密度、损伤节段数量、术前陈旧性楔形变椎体率及受累椎体数、骨水泥注入方式、骨水泥注射量、术后有无椎间盘骨水泥渗漏、椎体前缘高度恢复率、术后后凸畸形角度和胸腰椎结构类型进行对比分析。结果84例病人术后再骨折13例（18例次）。单因素分析显示,PKP再骨折组体质量指数、骨密度均低于未再骨折组（P＜0.01）,术前陈旧性椎体楔形变率、术后胸腰椎结构异常率高于未再骨折组（P＜0.05）。logistic回归分析显示,体质量指数低、骨密度低、术前有陈旧性椎体楔形变及胸腰椎结构异常是PKP术后再骨折的危险因素（P＜0.05~P＜0.01）。结论骨质疏松和胸腰椎结构的损伤程度是诱发骨质疏松性胸腰椎压缩性骨折PKP术后再骨折的危险因素。     

骨水泥强化椎弓根螺钉结合经皮椎体成形术治疗老年骨质疏松椎体压缩性骨折合并椎管狭窄症的效果

目的:研究对老年骨质疏松椎体压缩性骨折合并椎管狭窄症患者采取骨水泥强化椎弓根螺钉结合经皮椎体成形术治疗的效果.方法:选择2015年6月-2019年3月在我院治疗的106例老年骨质疏松椎体压缩性骨折合并椎管狭窄症患者作为本次的研究对象展开研究,随机分为观察组和对照组,其中53例对照组的患者采取经皮椎体成形术治疗,53例观察组的患者经皮椎体成形术治疗使用骨水泥强化后的椎弓根螺钉固定.观察、对比2组患者手术前后脊柱Cobb角度、疼痛评分、关节功能评分、压缩椎体的高度.结果:观察组手术后疼痛评分、关节功能评分比对照组有明显地降低,压缩椎体的高度比对照组有明显地升高(P<0.05).结论:采取骨水泥强化后的椎弓根螺钉结合经皮椎体成形术治疗老年骨质疏松椎体压缩性骨折合并椎管狭窄症疗效比较好,能有效地缓解患者的疼痛,改善脊柱的功能,还能恢复脊柱的生理弯曲度和椎体的高度,从而改善椎管狭窄的情况.     

单侧小剂量骨水泥经皮椎体成形术治疗高龄骨质疏松性椎体压缩骨折

目的:观察应用单侧小剂量骨水泥微创经皮椎体成形术治疗高龄骨质疏松性椎体压缩骨折的临床疗效和技巧。方法:对31例80岁以上骨质疏松性椎体压缩骨折患者计39个椎体,运用单侧椎弓根入路小剂量骨水泥灌注,行微创经皮椎体成形术。手术前后运用视觉摸拟评分(VAS)及Oswestry功能障碍指数(ODI)的变化来评价患者疼痛缓解和功能障碍改善情况。所有患者均得到随访。结果:31例计39椎,经对术前术后VAS评分及ODI指数进行统计学分折,2者差异均有统计学意义(P<0.05),术后6个月,无疼痛复发,无神经压迫症状。结论:对于高龄骨质疏松性椎体压缩骨折运用单侧小剂量骨水泥PVP治疗,是一种安全有效的方法。     

带有辅助撑开拉杆的镍钛温度记忆合金椎体复位融合器的实验观察

目的 观察椎体复位融合器治疗创伤性和骨质疏松性椎体压缩骨折的生物力学性能.方法 用带有辅助撑开拉杆的镍钛温度记忆合金椎体复位融合器,在X线透视下经椎弓根入路植入实验性的尸体胸腰椎压缩骨折标本中,将塌陷的椎体终板复位并撑开压缩的椎体,采用X线和CT重建技术观察复位和撑开的效果,采用牛物力学测试机测量同定节段的疲劳强度.结果 本装置的温度形状记忆效应能基本达到复位塌陷的终板和椎体的撑开要求,超弹性特点又能使辅助撑开拉杆在复位和撑开效果不佳时给予额外的撑开复位力量.生物力学测试显示本装置能耐受超过1800 kg·m·s-2的纵向垂直负荷.结论 带有辅助撑开拉杆的镍钛温度记忆合金椎体复位融合器能达到有效的终板复位、椎体高度恢复和即刻脊柱生物力学稳定性,设计合理、适用于治疗创伤性和骨质疏松性椎体压缩骨折.

Abstract：

Objective To test the nickel-titanium (Ni-Ti) shape memory alloys of vertebral body reduction fixator with assisted distraction bar for the treatment of traumatic and osteoporotic vertebral body fracture. Methods A Ni-Ti shape memory alloys of vertebral body reduction fixator with assisted distraction bar was implanted into the compressed fracture specimens through vertebral pedicle with the radiographic monitoring to reduce the collapsed endplate as well as distract the compressed vertebral fracture. Radiographic film and computed tomographic reconstruction technique were employed to evaluate the effects of reduction and distraction. A biomechanic test machine was used to measure the fatigue and the stability of deformation of fixation segments. Results Relying on the effect of temperature shape memory,such an assembly could basically reduce the collapsed endplate as well as distract the compressed vertebral fracture. And when unsatisfied results of reduction and distraction occurred, its superflexibility could provide additional distraction strength. Conclusion A Ni-Ti shape memory alloys of vertebral body reduction fixator with assisted distraction bar may provide effective endplate reduction, restore the vertebral height and the immediate biomechanic spinal stability. So the above assembly is indicated for the treatment of traumatic and osteoporotic vertebral body fracture.     

带有辅助撑开拉杆的镍钛温度记忆合金椎体复位融合器的实验观察

目的 观察椎体复位融合器治疗创伤性和骨质疏松性椎体压缩骨折的生物力学性能.方法 用带有辅助撑开拉杆的镍钛温度记忆合金椎体复位融合器,在X线透视下经椎弓根入路植入实验性的尸体胸腰椎压缩骨折标本中,将塌陷的椎体终板复位并撑开压缩的椎体,采用X线和CT重建技术观察复位和撑开的效果,采用牛物力学测试机测量同定节段的疲劳强度.结果 本装置的温度形状记忆效应能基本达到复位塌陷的终板和椎体的撑开要求,超弹性特点又能使辅助撑开拉杆在复位和撑开效果不佳时给予额外的撑开复位力量.生物力学测试显示本装置能耐受超过1800 kg·m·s-2的纵向垂直负荷.结论 带有辅助撑开拉杆的镍钛温度记忆合金椎体复位融合器能达到有效的终板复位、椎体高度恢复和即刻脊柱生物力学稳定性,设计合理、适用于治疗创伤性和骨质疏松性椎体压缩骨折.