有限元方法在腰椎生物力学研究中的应用

有限元方法在脊柱生物力学研究中的应用已得到迅速的发展。本文重点综述了有限元方法在腰椎方面的文献,较全面地介绍了腰椎的有限元模型和有限元方法的应用概况。     

不同跟腱修复材料特性的临床意义

目的　跟腱断裂术后制动弊端多 ,而早期功能锻炼优点明确 ,探讨各种缝合材料在打结后材料力学特性及滑结情况 ,为临床创新设计 ,术后无须制动的缝合组合提供依据。方法　将不同型号薇乔线 (CV)、慕丝线 (Mersilk)、攀状尼龙线 (Nylon)、普迪思 (PDS)各 1 6条剪断后各打 4个结 ,进行材料力学特性测试。结果　缝合材料的最大载荷、刚度、强度、比能分别为 :PDS >CV >Nylon >Mersilk(P <0 .0 5 )。结论　尽管PDS肌腱缝合线易滑结 ,但 1 0 -PDS ,1 0 -CV、1 0Nylon作端对端跟腱修复强度足够 ,相应 5 0PDS、5 0CV缝合材料作腱周修复也可选择 ,且打 4个以上结可靠。尽管Mersilk不易滑结 ,但不适合跟腱修复。不过好的缝合材料应选择最佳的缝合方法才更有临床意义     

颈椎前路椎体间微创融合器的生物力学实验研究

目的评价植入镍钛记忆合金微创融合器(NiTi-TFC/C)的颈椎节段的稳定性及压缩力学性能。方法采集24只羊颈椎标本随机分为4组,每组6份,四组处理分别为:单取髓核组、自体髂骨植骨组、微创融合器组和钛制融合器组(InterFix)。所有标本进行前路减压,并对后3组进行椎间融合术。分别对各组标本进行生物力学测试并进行比较。结果微创融合器组与钛制融合器组在强度、刚度及扭转力学等方面无显著性差异(P>0.05)。而微创融合器组与自体髂骨植骨组具有显著性差异(P<0.05)。最大承载力为12050N。结论该微创融合器强度大、刚度高、抗扭转能力强,具有良好的抗压能力,为颈椎融合提供新型的融合装置。     

Pyrford钢丝环扎加张力带内固定治疗髌骨骨折的生物力学分析

目的　测试Pyrford钢丝环扎加张力带内固定治疗髌骨骨折的生物力学特性 ,为临床治疗提供理论依据。方法　采集新鲜牛尸体膝关节标本 6具 ,制成髌骨骨折模型 ,用Pyrford钢丝环扎加张力带固定 ,并与克氏针张力带、单纯钢丝环扎进行对照比较。结果　Pyrford钢丝环扎加张力带内固定完全符合髌骨的生物力学性能 ,与克氏针张力带相当 ,能满足膝关节的强度 ,符合人体正常生理功能要求。结论　Pyrford钢丝环扎加张力带固定治疗髌骨骨折 ,具有优越的生物力学性能 ,且能达到解剖复位 ,操作简便 ,固定牢固 ,适应早期功能锻炼的目的     

下胫腓联合分离内固定术式的生物力学研究

目的　探讨下胫腓联合分离采用新型内固定术式———下胫腓钩板固定器 (Hook -platefixation ,HPF)的生物力学特性 ,与螺钉、钢板和带钩固定器三种内固定方式比较 ,为临床提供科学依据。方法　采用新鲜成人尸体足标本 6具 ,运用生物力学实验应力分析方法和压敏片技术 ,测量不同内固定术式的远端胫腓骨强度、应变、负重面积、接触应力和足弓承载能力及踝关节稳定性的变化。结果　新型下胫腓钩板固定器内固定术式无论在胫腓骨强度和刚度、负重面积、接触压力、足弓的变形、移位强度和刚度、承载能力以及踝关节的稳定性方面均优于其它三种内固定术式 ,具有显著性差异 (P <0 .0 1)。结论　实验结果表明 ,采用下胫腓钩板固定器 (HPF) ,既有利于提高生物力学性能 ,又有利于改善踝关节的稳定性 ,与传统手术方式相比可减少一次手术 ,避免了断钉等并发症 ,且能有效地提高足部承载能力 ,是下胫腓联合分离内固定的一种优良术式     

三种内固定治疗Mason Ⅱ型桡骨小头骨折生物力学稳定性的比较*

目的：探讨3种内固定方式治疗MasonⅡ型桡骨小头骨折的生物力学稳定性特征,寻找最合适的内固定方法,为临床治疗提供基础实验依据。方法：运用3D打印技术制作20具桡骨小头标本,建立MasonⅡ型桡骨小头骨折模型,随机分为4组,每组5具,A组采用克氏针固定,B组运用Bold螺钉固定,C组应用微型钢板固定,N组为正常对照组,测量桡骨小头骨折内固定后的轴向压缩稳定性指标：合成位移和应变,并利用日本富士压敏片技术测量3种接触力学性能指标：接触面积(S)、接触压力(P)、接触应力(σ0),运用统计学分析比较各组内固定方式的差异。结果：(1)轴向压缩合成位移和应变：A组[(1.69±0.14) mm、(59.00±6.00) με]、B组[(1.47±0.12) mm、(50.00±5.00) με]、C组[(1.35±0.11) mm、(47.00±4.00) με]分别比N组[(1.32±0.10) mm、(46.00±4.00) με]大22.0%、10.0%和2.0%;(2)S、P、σ0：A组[(0.38±0.03) cm2、(27.10±1.02) N、(71.32±5.71) N/cm2]、B组[(0.43±0.03) cm2、(30.10±2.78) N、(70.00±5.25) N/cm2]、C组[(0.46±0.04) cm2、(31.70±2.72) N、(68.90±5.28) N/cm2],分别与N组[(0.48±0.04) cm2、(33.00±3.16) N、(68.75±4.60) N/cm2]比较相差A组(21.0%、18.0%、3.6%)、B组(10.0%、9.0%、1.8%)、C组(4.0%、4.0%、0.2%),说明微型钢板组力学稳定性能最佳,Bold钉组其次,克氏针固定组最差。结论：MasonⅡ型桡骨小头骨折采用微型钢板固定具有优越的力学稳定性能,比Bold螺钉及克氏针两组固定效果更好,是一种比较理想的术式,但Bold螺钉固定也是一种较好的内固定方式,对临床具有指导意义。     

椎弓根螺钉在骨矿量下降椎体中应用的生物力学研究

目的通过对5种不同型号椎弓根螺钉(U1、U2、SF1、SF2、RF)在脊柱标本中内固定稳定性的生物力学测试,探讨螺钉设计参数、拧紧力矩同骨密度之间的关系,为临床骨质疏松患者应用椎弓根螺钉提供理论依据。方法采集腰椎标本6具,按骨密度ρ分正常组(ρ>1.00g/cm2)、骨矿量下降组(0.90g/cm2<ρ<1.00g/cm2)和骨质疏松组(ρ<0.90g/cm2),应用WD鄄10A万能实验机,测定不同骨密度下螺钉设计参数、拧紧力矩等对椎弓根螺钉内固定稳定性的影响。结果5种不同型号椎弓根螺钉(U1、U2、SF1、SF2、RF)固定的脊柱标本,其拔出力之间存在显著性差异(P<0.05)。骨密度的大小直接影响螺钉内固定的强度(以拔出力的大小衡量),正常组、骨矿量下降组与骨质疏松组之间存在着显著性差异(P<0.05)。椎弓根螺钉内固定的强度与拧紧力矩大小存在正相关关系,与骨密度也存在正相关(r=0.936)。在骨矿量相对下降的标本中,5种螺钉中U2的拔出力最大。结论螺钉的类型、被固定标本的骨密度同固定的稳定性密切相关。骨密度与最大拔出力、拧紧力矩具有正相关性.“U”型钉在对骨矿量下降标本的固定中具有一定优势。     

腰椎体椎间盘的粘弹性性质实验研究

本文重点讨论人体湿润新鲜尸体腰椎体椎间盘的粘弹性性质，实验在不同应变率下测定它的变形规律，以及椎间盘的蠕变，松弛特性，加载与卸载的变化。     

两种动力性颈椎前路钢板对颈椎稳定性的生物力学比较

目的：比较Codman和Window两种动力性颈椎前路钢板对颈椎单椎间减压植骨融合模型稳定性，为临床提供理论依据。方法：将12例小牛颈椎标本随机分成两组。用生物力学测定仪测定正常颈椎C4.5节段在前屈、后伸、左右侧屈、左右旋转时的三维运动范围（ROM），然后切除C4/5椎间盘，制成损伤模型，测定植骨加钢板，植骨块缩短1mm加钢板固定后C4/5节段的ROM，植骨块的长度根据测量椎间隙的高度而定。结果：Codman和Window两种钢板加植骨时的ROM在屈／伸、侧屈、旋转时相似，无显著性差异（P〉0．05），其中在屈／伸时的ROM与正常标本相比小，有显著性差异（P〈0．05），在侧屈时、旋转时与正常标本相比无显著性差异（P〉0．05）；在植骨缩短后，两种钢板的ROM均不同程度的变大。其中Codman组在屈／伸、侧屈、旋转时与正常标本相比无显著性差异（P〉0．05），Window组在屈／伸时与比正常标本无显著性差异（P〉0．05），但在侧屈、旋转时大，有显著性差异（P〈0．05）。结论：Codman钢板在植骨与植骨块缩短后均能对颈椎提供有效的稳定性，Window钢板在植骨时能提供有效的稳定性，但在植骨缩短后不能对颈椎提供有效的颈椎稳定性。     

椎弓根螺钉内固定稳定性的生物力学测试

目的：胸腰椎骨折采用椎弓根螺钉内固定，其疗效与螺钉固定的长度，螺钉的植入方向以及骨密度大小诸因素相关，为此进行生物力学分析，为临床手术提供依据，方法：采用6具成人新鲜脊柱标本，应用实验应力分析手段进行测试。结果：长螺钉的应变比短螺钉应变在压缩，前屈，后伸，侧屈分别小16％，41％，56％，41％，其强度分别提高16％，41％，55％，41％，其脊柱位移分别小18％，25％，32％，30％，轴向刚度分别提高18％，25％，32％，30％（P均＜0．05），骨密度对拔出力的影响，正常组与骨质疏松组相差67％，相应的相对位移，应变，能量两组平均相差均在16％以上（P＜0．05），结论：手术中应注意弓椎根螺钉固定相关因素，这对提高手术质量，减少并发症起着重要作用。