有限元方法在上颈椎生物力学研究中的应用进展

生物力学因素在上颈椎疾患的发病机制中具有十分重要的意义。传统的生物力学实验方法,如动物实验、物理实验、体外(尸体)实验存在不足。有限元方法作为一种新的生物力学研究方法,可在持续性研究中重复及改变任何质量与定量变化,同时可提供局部以及内部的机制反应,有效地弥补现行方法的不足。本文就其在上颈椎生物力学研究中的应用进行综述,包括各种上颈椎有限元模型的建模方法,及其对上颈椎病理生理机制和内固定器械的生物力学分析。     

寰椎骨折合并不连续下颈椎骨折脱位的外科治疗

目的:探讨寰椎骨折合并不连续下颈椎骨折脱位的治疗方法及效果.方法:回顾性分析2005年10月～2011年5月收治的20例寰椎骨折合并不连续下颈椎骨折脱位患者的一期手术治疗效果.男13例,女7例,平均年龄36岁.5例寰椎粉碎性骨折合并有寰椎侧块内侧骨性结构附着处横韧带撕裂(DickmanⅡ型),3例双侧前弓骨折(前1/2 Jefferson骨折),5例单侧前后弓双骨折(半环Jefferson骨折),2例前3/4 Jefferson骨折(前弓二处、后弓一处骨折),5例后3/4 Jefferson骨折(前弓一处、后弓二处骨折).其中并存下颈椎骨折脱位按Allen分型:屈曲压缩型5例,牵张压缩型3例,垂直压缩型8例,屈曲牵张型2例,伸展牵张型2例.20例患者均行上、下颈椎一期手术治疗:5例行后路C1-C2固定融合术,7例行口咽入路钢板内固定术,8例行单纯C1后路螺钉固定术;9例并发脊髓不完全损伤来自于下颈椎骨折脱位者,先行下颈椎融合固定,无脊髓损伤11例患者,先固定相对不稳定节段.随访观察治疗效果.结果:平均手术时间200min( 180～240min);平均失血量760ml(500～1600ml).2例因电刀灼伤C1-C2间血管静脉丛导致出血,行止血纱布、脑棉片填塞止血,未出现颅脑缺血症状;其他病例未出现与手术直接相关并发症及长期卧床所导致的并发症.患者均于术后3d颈托固定后下地行走.随访8～42个月,平均26个月.9例合并脊髓不完全损伤者术后神经功能Frankel分级均有1个级别恢复.复查X线片和CT,未发现患者颈椎失稳或复位丢失,螺钉位置良好,无松动、断钉,寰椎骨折及下颈椎骨折脱位均获骨性愈合.结论:手术治疗寰椎骨折合并不连续下颈椎骨折脱位利于患者早期下床活动,减少长期卧床并发症,可获得较好疗效.     

无骨折脱位型颈脊髓损伤的外科治疗

目的探讨手术治疗无骨折脱位型颈脊髓损伤的临床疗效。方法对80例无骨折脱位型颈脊髓损伤采用手术治疗,随访观察术后治疗效果。结果本组随访12～30个月,平均22.5个月。术后JOA评分较术前改善明显,差异具有统计学意义(P<0.05)。结论对于无骨折脱位型颈脊髓损伤根据颈脊髓的受压部位和损伤节段,选择合理的手术方式及正确操作,前、后路手术治疗均能获得较好的脊髓功能恢复。     

人工寰齿关节置换后各寰枢椎部件生物力学性能的有限元分析

目的通过有限元分析方法评估人工寰齿关节置换后寰枢椎各部件的生物力学性能,以便对其结构优化提供理论依据。方法对人体正常新鲜寰枢椎尸体标本和人工寰齿关节行薄层CT扫描,利用Mimics软件、Freeform Plus软件及Ansys软件,模拟临床前路减压术,将人工寰齿关节模型装配于寰枢椎模型上,构建人工寰齿关节置换后寰枢关节几何模型。对实体模型进行网格划分,并在网格模型基础上添加相关韧带结构,最终建立人工寰齿关节置换后寰枢关节的有限元网格模型。给予模型分别施加前屈、后伸、侧屈、旋转4种生理载荷,计算分析不同载荷下人工寰齿关节置换后寰枢椎各部件的应力分布情况。结果在前屈和后伸状态下,枢椎螺钉钉尾处表现高应力,而寰椎螺钉钉尾未出现高应力;在各种运动状态下,应力集中区分别为人工寰齿关节钢板钉孔处和两部件接触处,枢椎钢板与椎骨接触处也出现应力集中。结论人工寰齿关节钢板钉孔处、枢椎螺钉钉尾和寰枢椎部件接触处容易出现应力集中,人工寰齿关节表面需要涂层处理及其材料硬度和耐磨性有待进一步优化。     

前路椎弓根螺钉技术用于颈椎前路内固定失败翻修术1例

患者,男,58岁,因“颈椎骨折伴脊髓损伤术后20d,发现内固定松动1d”入院。患者于2011年9月20日因车祸伤致C5、C6椎体骨折伴四肢麻木无力3d收住入院,诊断为C5、C6骨折伴不全瘫,后行C5、C6椎体次全切除钛网植入前路钢板内固定术治疗。术后患者四肢麻木、无力症状好转出院。     

Centerpiece单开门椎板成形术和椎板切除融合术治疗多节段颈脊髓病的临床疗效对比分析

目的：比较多节段颈脊髓病2种后路手术方式的临床疗效。方法回顾分析80例因多节段颈脊髓病行椎板成形术（A组）和椎板切除融合术（B组）的患者的资料,对2组患者术前、术后及随访时影像学资料和临床评价指标进行比较。结果术后1周2组日本骨科学会（ Japanese Orthopaedic Association , JOA）评分平均改善率差异无统计学意义（P＞0．05）,A组疼痛视觉模拟量表（visual analogue scale, VAS）评分、颈椎曲度与术前相比差异无统计学（P＜0．05）,B组则显著改善（P＜0．05）。术后1年B组JOA评分较术后1周显著降低（P＜0．05）,B组与术前颈椎活动度的差值显著大于A组（P＜0．01）。随访期间,A组C5神经麻痹的发生率为2．8％（1/36）,B组为12．5％（3/24）,差异有统计学意义（χ2＝3．35,P＜0．05）。结论2种方法早期都可取得良好的神经功能改善,在颈椎曲度、颈痛和活动度的影响上,两者各有优劣。     

新型寰枢椎后路动态固定系统的生物力学评价

目的测试并评价新型寰枢椎后路动态固定系统的生物力学性能。方法新鲜成人枕颈标本（C0-4）8例,分成4组：完整状态组、寰枢椎不稳状态组、寰枢椎后路动态固定状态组和寰枢椎后路椎弓根螺钉固定状态组。通过加载1.50 N·m的力矩,对4组标本C1/C2、C2/C3节段的前屈/后伸,左/右侧弯和左/右旋转等6种运动方式下的运动范围（range of movement,ROM）及稳定性指数（stability index,SI）进行测试。结果采用新型寰枢椎后路动态固定系统后,C1/C2、C2/C3节段的ROM与正常完整标本相比较,差异无统计学意义（P〉0.05）;而采用常规椎弓根螺钉固定与动态固定法相比,C1/C2、C2/C3节段的ROM差异有统计学意义（P〈0.001）。采用寰枢椎后路动态固定系统固定与采用后路椎弓根螺钉固定,C1/C2SI均上升,与完整状态组相比差异均有统计学意义,分别为（P〈0.05）和（P〈0.001）。C2/C3测试结果显示,采用动态固定时SI分别上升为109%、107%和112%;而采用椎弓根螺钉固定,三维运动范围SI反而分别下降为77%、71%和87%,比动态固定SI分别低29%、34%和22%,差异具有统计学意义（P〈0.001）。结论新型寰枢椎后路动态固定系统既可维持寰枢椎的部分旋转功能,又可达到坚固固定的稳定性,同时能够有效地减少对邻近节段的影响,具有良好的研究前景。     

齿状突螺钉钢板内固定系统的研制及解剖学可行性分析

【摘要】 目的：自行设计与制作齿状突螺钉钢板内固定系统,并验证其解剖学可行性。方法：收集40例健康志愿者（其中男20例,女20例,年龄22～32岁,平均26岁）的颈椎CT数据,导入到Mimics 15.01中,通过Mimics软件测量枢椎（C2）、第3颈椎（C3）及C2/3椎间盘的相关解剖参数,包括：齿状突高度、齿状突前后径、齿状突横径、枢椎椎体前缘高度、枢椎椎体后缘高度、枢椎椎体前后径、枢椎椎体横径、枢椎前下唇的高度、枢椎前下唇的宽度、枢椎前唇与枢椎椎体后缘最高点连线与C2椎体下终板面的夹角、齿状突轴径与冠状面的夹角、在枢椎椎体横径测量平面测量该切面枢椎椎体前突部分的夹角、枢椎椎体矢状面前缘与C2~C3椎体前缘矢状面切线的夹角、C3椎体前后径、C3椎体横径、C3椎体前缘高度、C3椎体后缘高度、C3前下唇的高度、C2/3前部椎间盘厚度、C2/3中部椎间盘厚度、C2/3后部椎间盘厚度、C3椎体正中矢状位前缘最高点与后缘最低点连线与C3椎体上终板面的夹角、C3上终板面与C2~C3椎体前缘矢状面切线的夹角、齿状突理想钉道与C2~C3椎体前缘矢状面切线的夹角。并进行统计学分析,为齿状突螺钉钢板内固定系统的设计提供相关解剖参数范围,在此基础上设计与制作齿状突螺钉钢板内固定系统,并将其在Mimics软件上和尸体标本上进行模拟手术。在Mimics软件上模拟齿状突螺钉钢板内固定系统置入后,通过Mimics软件上的透明功能观察螺钉通道在C2和C3中的位置是否合理,尸体模拟手术后通过对标本行CT扫描和三维重建,观察钉道是否准确。结果：根据上述C2、C3及C2/3椎间盘的相关解剖参数测量结果设计、采用医用钛合金材质（Ti-6A1-4V）制作的齿状突螺钉钢板内固定系统,主要由螺钉固定板、C2/3椎间融合器和相关配件组成,其中配件包括齿状突固定部件、椎体锚定部件和锁定部件。齿状突螺钉钢板内固定系统在Mimics软件上和尸体标本上模拟手术置入后,通过透明功能和CT检查显示钉道位置合理。结论：自行研制的齿状突螺钉钢板内固定系统的置入在解剖学上具有可行性。     

下颈椎前路椎弓根螺钉固定系统的设计与运用

目的：研究下颈椎前路椎弓根螺钉钢板系统运用的可行性,为临床使用提供依据。方法：对16具颈椎标本随机分割获得C3．4,C4加C5．6,C6,7各8个运动单元（functionalspinalunit,FSu）,共32个FSU。运用下颈椎前路椎弓根螺钉钢板系统模拟植入重建FSU稳定性。测量钢板螺钉与椎体之间的适应性,运用X线摄片及CT扫描及重建评估下颈椎前路椎弓根螺钉植入的准确性,对于穿破椎弓根的标本,解剖明确其累及周围组织的情况。结果：32个FSU共计植入下颈椎前路椎弓根螺钉64枚,所有螺钉均顺利植入,无术中植入困难者。螺钉植入后与钢板螺钉孔之间的匹配程度好,未见难以锁紧的情况。钢板与椎体之间适应性良好。X线片提示所有64枚下颈椎前路椎弓根螺钉植入位置满意,螺钉长短合适。CT横断位像提示共有6枚螺钉在下颈椎椎弓根穿出,2枚内侧皮质1度穿破,4枚1度外侧缘皮质穿破累及横突孔内侧缘,未见螺钉≥2度穿破椎弓根。2枚下颈椎前路椎弓根内侧皮质1度穿破的患者,解剖发现仅有椎管内椎弓根内侧的静脉丛累及,未见硬膜囊受压,未见神经根受累。4枚1度外侧缘穿破的患者有1枚横突孔内椎静脉的累及,未见椎动脉穿破累及的情况,但其中1枚螺钉紧换椎动脉而行。结论：下颈椎前路椎弓根螺钉钢板系统适应下颈椎前路椎弓根螺钉固定重建,有临床运用价值。     

甲基强的松龙冲击法治疗急性脊髓损伤的近期观察

目的探讨应用大剂量甲基强的松龙（MP）对急性脊髓损伤（ASCI）近期神经功能恢复的影响。方法2002年8月至2005年8月，对60例急性脊髓损伤患者，根据伤后时间并按照自愿选择用药原则分为应用MP治疗组（A组），12例，男18例，女14例，平均年龄（42．6±6．4）岁和未应用MP对照组（B组），28例，男16例，女12例，平均年龄（39．6±7．8）岁。伤后8h以内患者列入大剂量MP治疗组，受伤时间超过8h的患者列入对照组。以ASIA分级标准进行分级，并比较疗效和并发症。分别于入院时、伤后6周和6个月时对脊髓功能进行评分。结果MP治疗组（A组）的感觉功能在伤后6周和6个月时均有明显好转，运动功能在伤后6个月时才有明显好转。对照组患者脊髓功能恢复不明显。结论甲基强的松龙是治疗急性脊髓损伤有效的药物，正确、及时使用MP能够早期促进运动功能的恢复，但未显著增加患者治疗中并发症的发生率。