三种单纯腰椎椎间融合并双侧椎弓根螺钉内固定后即刻稳定性的比较（英文）

背景：椎间融合术按照手术入路主要有前路椎间融合术、后路椎间融合术和椎间孔入路椎间融合术。3种融合术术中切除的结构不同,融合器置入的部位不同,其腰椎即刻稳定性也存在差异。目的：比较前路椎间融合术、后路椎间融合术、椎间孔入路椎间融合术加用双侧椎弓根螺钉内固定后腰椎即刻稳定性的差异。设计：对比观察。材料：腰椎标本来自新鲜小牛15具。方法：模拟临床手术建立前路椎间融合术、后路椎间融合术、椎间孔入路椎间融合术3种椎间融合术模型,先将所有标本作为正常对照组进行测试,然后将标本随机分为3组,每组5个标本,制成单纯椎间融合组,分别采用3种椎间融合术测试后,在此基础上再附加双侧椎弓根螺钉内固定进行测试。主要观察指标：脊柱三维运动测试机上测试3种模型加用双侧椎弓根螺钉固定前后腰椎生物力学特性的变化。结果：行3种单纯椎间融合后,腰椎的稳定性能明显下降,附加了双侧椎弓根螺钉固定后,腰椎的各项稳定性指标均增强,包括扭转力学指标也得到了很大增强,有效增加了腰椎的刚度。椎间孔入路椎间融合术各项稳定性指标都明显优于其他两种方法,说明椎间孔入路椎间融合术的即刻稳定性能在3者中最有优势。后路椎间融合术的刚度明显强于前路椎间融合术,应变和应力也较前路椎间融合术有优势,但是其扭转稳定性却不如前路椎间融合术。结论：行单纯椎间融合术后,腰椎的稳定性较正常对照组均有明显下降,在加用双侧椎弓根螺钉内固定后能有效地提高其稳定性能。在3种椎间融合术中,椎间孔入路椎间融合术的腰椎即刻稳定性能最优。     

下颈椎前路椎弓根螺钉固定系统与普通前路椎体螺钉固定系统的静力学比较

目的：比较下颈椎前路椎弓根螺钉（ATPS）锁定固定系统和普通前路椎体螺钉（VBS）锁定固定系统的静力学特性。方法：采集新鲜颈椎标本16具,分解为C3.,4,C4,5,C5,6,C6,7共32个运动节段（functionalspinalunit,FSU）,其中C3,4,C4,5,C5,6,C6,7各8个。将其按照不同节段随机分成A、B两组,对所获标本椎间盘切除后模拟植骨,分别植入自行设计生产的下颈椎前路椎弓根螺钉配套钢板系统和普通颈椎前路椎体螺钉钢板系统。在生物力学试验机上行钢板的垂直拔出强度试验。结果：下颈椎前路椎弓根螺钉的最大轴向拔出力为（604．68±48．76）N,椎体螺钉为（488．24±32．42）N,两者比较差异有统计学意义（t=2．147,P〈0．05）,前路椎弓根螺钉固定系统与椎体螺钉固定系统在各FSU间差异无统计学意义（A组和B组的F值分别为2．27、2．05,P〉0．05）。结论：下颈椎前路椎弓根螺钉钢板系统的拔出力明显优于普通前路椎体螺钉钢板系统,从生物力学角度上来看具有应用可行性。     

正常人与骨质疏松患者胸腰椎三维有限元模型的建立及分析

目的：基于CT医学图像，建立骨质疏松患者的T11—L3的三维有限元模型，对其生物力学特性进行分析。 方法：实验于2003—09／2004-02在上海大学生物力学研究所完成。选取骨质疏松症患者1例，女，65岁，骨密度值与正常人相比，r值=-2．68〈-2．5。CT扫描证实无脊柱畸形或破坏。应用CT扫描技术、图形数字化方法获取胸腰段的三维坐标，利用ANSYS5．0有限元分析软件等工具建立骨质疏松患者胸腰段的三维有限元模型。 结果：（1）L1椎体在轴向载存800N作用下的应力场分布表明，正常椎体皮质骨、松质骨、终板、纤维环、后部结构的平均应力值高于骨质疏松椎体（分别为1．786，1．542MPa；0．742，0．601MPa；0．839，0．608MPa；0．862，0．554MPa；0．424，0．308MPa）。②从椎体的剖面上观察，外面皮质骨应力较大，里面松质骨应力较小。椎体骨密质的应力集中在近椎弓根附近，松质骨的应力集中在与终板临近的中央部分，后部结构的应力分布不均匀，应力集中在椎弓根、峡部和小关节部分，而横突和棘的应力水平很低。胸腰椎的应力分布规律和人体正常椎体相似。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。两者的应力分布相似，就是数值不同而已。 结论：应用三维有限元法分析骨质疏松椎体的力学特性是切实可行的并能获得独特的信息，结果可信。     

正常人与骨质疏松患者胸腰椎三维有限元模型的建立及分析

目的:基于CT医学图像,建立骨质疏松患者的T11～L3的三维有限元模型,对其生物力学特性进行分析。方法:实验于2003-09/2004-02在上海大学生物力学研究所完成。选取骨质疏松症患者1例,女,65岁,骨密度值与正常人相比,T值=-2.68<-2.5。CT扫描证实无脊柱畸形或破坏。应用CT扫描技术、图形数字化方法获取胸腰段的三维坐标,利用ANSYS5.0有限元分析软件等工具建立骨质疏松患者胸腰段的三维有限元模型。结果:①L1椎体在轴向载存800N作用下的应力场分布表明,正常椎体皮质骨、松质骨、终板、纤维环、后部结构的平均应力值高于骨质疏松椎体(分别为1.786,1.542MPa;0.742,0.601MPa;0.839,0.608MPa;0.862,0.554MPa;0.424,0.308MPa)。②从椎体的剖面上观察,外面皮质骨应力较大,里面松质骨应力较小。椎体骨密质的应力集中在近椎弓根附近,松质骨的应力集中在与终板临近的中央部分,后部结构的应力分布不均匀,应力集中在椎弓根、峡部和小关节部分,而横突和棘的应力水平很低。胸腰椎的应力分布规律和人体正常椎体相似。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。两者的应力分布相似,就是数值不同而已。结论:应用三维有限元法分析骨质疏松椎体的力学特性是切实可行的并能获得独特的信息,结果可信。     

火炬椎弓根内固定器械的研制及临床生物力学研究

目的:后路短节段椎弓根内固定器械治疗胸腰椎骨折及腰椎滑脱安全且有效,介绍自行研制的火炬内固定器械及在胸腰椎骨折及腰椎滑脱中的生物力学测试。方法:通过器械生物力学测试,临床治疗14例患者(骨折10例、滑脱4例),对复位及固定效果进行观察。结果:术后胸腰椎骨折均满意复位,腰椎滑脱中3例退行性滑脱未完全复位,1例崩裂性滑脱复位满意,随访均无高度丢失、断钉、松动、椎体滑移加重等并发症。结论:该器械结构简单、操作简便,固定坚强、稳定,但对腰椎滑脱的治疗有一定局限性,其分离复位间距的适当量化对评价手术效果有一定的指导意义。     

椎弓根内固定置钉方法改进的生物力学特征

目的:探讨椎弓根内固定置钉方法改进后的生物力学性能。方法:实验于2001-12/2002-12在上海科技大学生物力学实验室完成。采集成人湿润固定的胸腰椎标本6具,12个功能节段,采用咬除进针点周围5mm的骨皮质和保留骨皮质,由开路器准备钉道两种方法。拔出试验中,实验组去皮质范围为约5mm,对照组为保留骨皮质。采用Magerl定位法,进针方向与矢状面呈5°～15°。然后,进行Steffee椎弓根器械内固定,采用直径为6mm的螺钉。用实验应力分析法比较其脊柱的强度和刚度等生物力学性能。测试仪器采用WD-5万能试验机和NT-100B扭转试验机。结果:对两类标本进行应变-强度分析,位移-刚度分析脊柱在轴向中心压缩、前屈、后伸、侧屈及扭转状态下系统分析结果表明:咬除进针点部分骨皮质,探明骨道,置钉准确,坚强有效的固定与未咬除骨皮质标本的强度和刚度差异无显著性意义(P>0.05)。试验中也看到,如果去皮质的范围过大,将会降低拔出力(P<0.05)。结论:进钉点咬除部分骨皮质行椎弓根内固定,对脊柱的强度和刚度无明显影响,手术方法安全,简单,实用,但应注意咬除皮质的范围不应超过螺钉的直径,否则会降低拔出力。     

人颈椎间盘假体置换后颈椎应力分布评价

目的:采取生物力学实验应力分析手段,评价颈椎间盘假体植入后颈椎应力分布及力学性能变化。方法:实验于2004-04/05在上海大学生物力学研究所实验室进行。采集6具新鲜人尸体颈椎标本(家属自愿捐助)。颈椎间盘假体采用医用不锈钢和医用聚乙烯材料制作,高度为5mm,深度为14mm。屈伸活动度为8°,左右侧弯10°。实验标本在C3～7平面截取标本并在上、下截面浇灌骨水泥平台,两端平行度≤1°。分为正常组(未置换假体前)和颈椎间盘置换组(置换假体后),每组均为6个标本。模拟人体正常颈椎受力状态,选择50,100和150N3个级别载荷,测试两组C4～5椎节在屈曲、伸展和侧屈状态下,椎体和关节突关节应变和应力。结果:两组各6个标本均进入结果分析。①两组颈椎椎体和小关节的载荷-应变变化:正常颈椎在载荷150N时,屈曲位C4微应变为1406±98,C5为860±60;随着载荷增加,C4应变增加较大。伸展位,C4微应变为2035±140,C5为1450±102;随着载荷增加,C4和C5应变均增大。侧屈位时,颈椎应变情况位于屈曲位和伸展位之间。人工颈椎间盘置换后,C4,C5和C4～5关节突关节在各种体位及载荷下均较正常颈椎的应变略小(P>0.05)。②两组颈椎椎体与小关节的应力:正常颈椎应力前屈时C4为(1.97±0.14)MPa,C5小于C4为(1.20±0.09)MPa,C4-5关节突关节为(1.54±0.11)MPa。伸展位时,C4,C5和C4～5关节突关节应力显著增加[(2.85±0.20),(2.03±0.14),(2.18±0.17)MPa]。颈椎间盘假体置换后,C4,C5和C4～5关节突关节的应力值较正常组略减小(P>0.05)。颈椎间盘假体置换后屈曲、伸展和侧屈体位时应力变化规律与正常组一致。结论:颈椎间盘假体植入椎间隙后,椎体和小关节的载荷-应变以及应力分布具有类似正常椎间盘的生物力学特性,说明该设计具有显著的椎节稳定性,并且在生理载荷下保留椎节活动度以及不同运动状态下正常应力分布的生物力学功能。     

康复生物力学与康复医学

本文概述了康复生物力学的内容以及在康复医学中的应用。着重阐述了康复生物固体力学和康复生物流体力学在骨伤科和心血管内科中的广泛应用。康复生物力学的应用前景广阔,是当今康复医学的一门新学科。     

应用三维有限元法评估聚甲基丙烯酸甲酯和磷酸钙骨水泥铸件的力学特征

目的:聚甲基丙烯酸甲酯和磷酸钙骨水泥作为经皮椎体后凸成形术填充物,应用三维有限元分析法比较两种材料治疗骨质疏松性椎体压缩骨折的生物学效应。方法:实验于2003-03/09在南通医学院第一附属医院骨科和上海大学上海生物力学工程研究所合作完成。①利用WD-5型万能材料机测量聚甲基丙烯酸甲酯和磷酸钙骨水泥铸件力学性质。②选取骨质疏松患者1例(患者知情同意),排除其他疾患,应用CT扫描技术、图形数字化方法获取胸腰段的三维坐标,利用ANSYS5.0有限元分析软件等工具建立骨质疏松患者胸腰段的三维有限元模型。③模拟L1经皮椎体后凸成形术,对其和相邻椎体及椎间盘的负荷传递、应力、位移等进行分析。结果:①获取了精确的T11￣L3的多排螺旋CT扫描断层影像数据,经ANSYS5.0软件处理后得到4718个节点,1642个薄极单元,4495个八节点等参单元的骨质疏松患者胸腰段三维有限元力学模型。②采用聚甲基丙烯酸甲酯作为经皮椎体后凸成形术的填充物,比骨质疏松椎体应力增加了近15%。后部结构的应力平均增加13.2%,其中椎弓根增加5.9%,峡部增加6.25%,关节点增加27.6%。聚甲基丙烯酸甲酯在稳定椎体、恢复强度和刚度的同时,可能使其后部结构及相邻腰椎出现应力集中现象。③采用磷酸钙骨水泥作为椎体成形术填充物,比骨质疏松椎体应力平均增加了7%,应力集中现象明显小于聚甲基丙烯酸甲酯。结论:三维有限元力学分析表明两种材料均提高了椎体的抗变形能力,有利于椎体功能的重建。与聚甲基丙烯酸甲酯相比,磷酸钙骨水泥能减少成形椎体和相邻椎体之间的应力梯度,从长远看,能减少椎体退变和相邻椎体骨折的机会。