导致腰椎峡部裂的风险因素研究现状

正腰椎峡部裂是腰椎一侧或两侧椎弓上、下关节突之间的峡部骨质缺损不连续,也称椎弓峡部裂或峡部不连。孔庆奎等[1]研究认为椎弓峡部裂在腰腿疼痛患者中的发生率约为4.17%,国外报道发生率为6%~8%[2-3],而在某些体育运动中发生率高达63%[4]。关于腰椎峡部裂的发生原因学说众多,目前较为统一的观点认为它是在脊柱先天结构异常的基础上,脊柱过度活动或重复屈曲、伸展及旋转等应力刺激引起的应力骨折与疲劳性骨折[5]。但对导     

一种新型腰椎峡部裂修复装置生物力学性能的三维有限元分析

目的：应用有限元分析的方法,研究一种新型腰椎峡部裂修复装置的生物力学性能。方法：采集一例健康志愿者腰椎CT数据进行三维重建,构建并验证L3～S1脊柱节段的非线性有限元模型（A）,在此基础上,分别建立L5峡部裂模型（B）、椎弓根螺钉U形棒固定模型（C）、新型腰椎峡部裂修复装置固定模型（D）。将4种模型的S1椎体下表面的自由度进行约束,在L3椎体上表面分别施加500N的轴向压缩力和10N·m的力矩载荷来模拟腰椎前屈、后伸、左右侧弯及左右旋转6种运动状态,比较各有限元模型在不同运动状态下的腰椎活动度（range of motion,ROM）、L5棘突根部应力和峡部的轴向压力。结果：与相关文献数据比较,模型A在L4～L5,L5～S1节段的ROM与既往研究结果相近,证明本模型有效。在六种运动状态下,模型C和模型D的ROM比模型B分别下降了16.46%～55.98%、17.48%～40.65%;模型D的ROM比模型C平均大0.44°。相较于模型C,模型D在前屈、后伸、左右侧弯及左右旋转时,L5棘突的最大应力分别减少了12.71%、54.95%、58.46%、53.97%、46.91%及72.34%...     

退变性腰椎滑脱力学模型建立及分析

目的对L4,5退变性腰椎滑脱（degenerative lumbar spondylolisthesis,DLS）椎体的应力分布特点进行分析研究。方法利用有限元方法,通过Simpleware与Ansys软件建立DLS有限元模型,计算模拟不同加载条件下滑脱椎体力学特性,并通过平均刚度进行模型验证。结果腰椎轴向负载情况下,L4/L5椎间盘应力大于L5/S1,L4,5关节突受力小于L5、S1。L5椎弓根峡部应力集中最为显著,前屈位及后伸位峡部的应力均明显增大,前屈位更为显著。平均刚度的计算与文献报道相比差异无统计学意义,证明了有限元模拟的有效性。结论L4,5椎体退变性滑脱后该节段椎间盘压应力集中分布在前部纤维环,而远端L5、S1关节突关节则承受了较多的轴向载荷。各种加载条件下L5椎弓根峡部应力集中最为显著,是一个局部的高应力集中区域,使腰椎滑移程度有加大的趋势。     

不同分型腰椎-骨盆矢状位序列的模型建立及应力分析

目的 :依据腰椎-骨盆矢状位序列分型,建立4例腰椎有限元模型,比较其在椎间盘及椎弓峡部的应力分布。方法:依据腰椎-骨盆矢状位序列分型,选取4名青年健康志愿者,每型各1名志愿者(Ⅰ型,女,20岁;Ⅱ型,男,21岁;Ⅲ型,男26岁;Ⅳ型,女,19岁)。4名志愿者行腰椎CT检查,并通过Mimics、Geomagic、Hypermesh、ABAQUS软件构建4例L1~L5腰椎有限元模型。在施加400N垂直压缩载荷和沿X、Y、Z轴方向施加10N·m的力矩载荷后,计算模型在前屈、后伸、侧弯、扭转工况下的平均刚度,并验证模型的有效性。只施加400N垂直压缩载荷的情况下,分析各模型纤维环及椎弓峡部的应力分布。结果 :4例模型在前屈、后伸、侧弯、扭转工况下平均刚度与既往体外实验文献结果较为接近。在承受400N的垂直压缩载荷下,4例模型均从L1/2至L4/5纤维环所受应力逐渐增加,且应力大多集中在纤维环的后部;Ⅰ型和Ⅱ型椎弓峡部的应力主要集中在L4,而Ⅲ型和Ⅳ型椎弓峡部应力主要集中在L3。从Ⅰ型到Ⅳ型,L4/5纤维环后部平均应力与L1/2纤维环后部平均应力的比值逐渐减少(203.69%,197.58%,167.74%,139.85%);L5双侧椎弓峡部平均应力与L1双侧椎弓峡部平均应力的比值逐渐增加(204.38%,212.59%,271.43%,292.98%)。结论:本实验所建立的4例腰椎有限元模型验证有效,可以进行生物力学分析与模拟,不同类型腰椎-骨盆矢状位序列个体腰椎在纤维环及椎弓峡部的应力分布存在差异。     

腰椎双节段峡部裂伴滑脱的外科治疗

正腰椎双节段峡部裂伴滑脱指两个腰椎节段出现一侧或两侧椎弓上、下关节突之间的峡部骨质缺损,同时伴有椎体之间的相对滑移。腰椎双节段峡部裂伴滑脱在临床上较少见,Sakai等[1]报道在2000例行腹部和盆腔CT的患者中,多节段峡部裂仅占0.3%。Liu等[2]发现多节段腰椎峡部裂更易发生于男性,且多数腰椎峡部裂发生在L3～L5脊髓水平,常与体育、创伤或沉重的劳动有关;而Zhang等[3]报道两节段腰椎峡部裂并滑脱多发生在L3～L5水平,但更易发生于女性。目前关于腰椎双节段峡部裂伴滑脱报道较少,对不同节段峡部裂伴滑脱的治疗也尚无统一认识,本院自2014年1月～2017年12月共收治腰椎双节段峡部     

空心加压螺钉内固定加植骨术治疗腰椎峡部裂症

[目的]观察应用空心加压螺钉内固定加植骨术治疗腰椎峡部裂症的临床疗效。[方法]自2003年2月以来,使用空心加压螺钉内固定加植骨术治疗腰椎峡部裂症16例,男10例,女6例;年龄18~54岁,平均32岁。L4椎弓崩裂5例,L5椎弓崩裂11例,均为双侧病变。所有患者均明确主诉腰痛。采用后正中入路,暴露双侧病灶,将峡部裂中的纤维瘢痕组织彻底清除,咬除残端硬化部分至出血为止,髂后上棘取骨行峡部裂处局部植骨。安放空心加压螺钉固定。[结果]术后随访14~26个月,疼痛症状明显缓解,峡部裂处植骨骨性愈合,未见骨不连及内固定断裂。[结论]对于腰椎峡部裂症患者可以采用空心加压螺钉内固定加植骨进行峡部修复,避免脊柱多元节段融合术;空心加压螺钉是一种安全、有效的内固定装置。     

基于脊柱骨盆参数探讨腰椎峡部裂患者椎弓根-关节突的形态特点及临床意义

目的基于脊柱骨盆参数分析腰椎峡部裂患者椎弓根-关节突形态学特点, 并探讨其临床意义。方法纳入2020年5月至2023年1月于西南医科大学附属医院就诊的L5峡部裂患者121例(峡部裂组)、L4, 5退行性滑脱患者108例(滑脱组)以及L4, 5正常但L5S1椎间盘突出的患者100例(对照组), 均行腰椎X线片及CT三维重建检查。在站立中立位腰椎侧位X线片上测量椎体滑移率(percentage of slip, SP)和脊柱骨盆参数, 包括骶骨倾斜角(sacral slope, SS)和腰椎前凸角(lumbar lordosis, LL)。在腰椎CT三维重建像上测量L4和L5椎弓根-关节突关节的形态参数, 包括关节突关节角(facet joint angle, FJA)、椎弓根-关节突关节角(pedicle facet angle, PFA)、关节突关节骨关节炎(osteoarthritis, OA)分级和关节突关节不对称性(facet joint tropism, FT)。比较峡部裂组、滑脱组和对照组脊柱骨盆参数、椎弓根-关节突关节形态参数的差异, 分析各组组内脊柱骨盆参数和L4和L5椎...     

CT重建对腰椎多节段峡部裂的诊断价值

目的 统计腰椎多节段峡部裂的患病率,评价CT重建对腰椎多节段峡部裂的诊断价值.方法 选取2004年1月至2012年3月间因腰椎峡部裂在北京积水潭医院骨科住院接受手术治疗的所有患者(312例),男147例(占47％),女165例(占53％);年龄12～76岁,平均44岁.对所有病例行腰椎正、侧位,过屈、过伸位、双斜位X线片和腰椎CT检查,统计入院手术患者中腰椎多节段峡部裂的患病率和患病节段,总结其临床表现和影像学特点.结果 所有腰椎峡部裂手术病例中共发现多节段峡部裂患者9例,占患者总人数的2.9％,男5例,女4例;年龄21～51岁,平均39岁.腰椎峡部裂节段分布,8例为L4、L5双侧峡部裂,1例为L4右侧峡部裂、L5双侧峡部裂同时合并L4左侧椎弓根基底处不连续和腰椎不稳定.9例患者中有3例可以通过腰椎正、侧位和双斜位X线获得正确的初步诊断,全部患者可以通过腰椎CT矢状位和峡部重建确诊.在CT峡部重建片可以观察腰椎峡部骨缺损的具体形态,及其周围骨赘、骨痂、纤维组织增生的情况;当单侧峡部裂时,能观察到健侧椎板反应性硬化的表现.结论 腰椎多节段峡部裂并不罕见,占全部手术病例的2.9％,受累节段均为L4、L5.腰椎CT矢状位和峡部重建能更有效地观察峡部裂的形态,以减少漏诊并指导治疗方案.     

峡部裂上位腰椎爆裂性骨折的治疗

[目的]探讨伴有峡部裂的腰椎爆裂性骨折的特点及其术式选择。[方法]对9例伴有峡部裂的上位腰椎爆裂性骨折，分别采用前路或后路减压植骨固定融合术、单纯经椎弓根固定术或加经伤椎椎弓根植骨的方式治疗。[结果]前路手术3例患者术后平均随访17．7个月，后路手术6例，内固定器取除术后平均随访15．8个月。全组病例峡部裂腰椎未发生滑脱征象。[结论]对于伴有峡部裂的腰椎爆裂性骨折，应根据骨折部位与峡部裂腰椎的位置关系选择不同的术式。     

合并骶骨裂的腰椎椎弓峡部裂的手术治疗策略

[目的]探讨合并骶骨裂的腰椎椎弓峡部裂手术治疗原则。[方法]回顾性研究一组合并骶骨裂的腰椎椎弓峡部裂病人共26例，男性19例，女性7例；平均年龄23．2岁。所有病人均经过X线、CT、MRI检查，并在此基础上将椎间盘退变分为5级，椎体滑移4度分级，并且提出骶骨裂新的分型方法：A型骶骨椎板单侧发育不良，但与棘突仍有相连，仅仅为椎板之间有裂隙；B型骶骨双侧板均发育不良，棘突呈游离状态；C型骶骨椎板完全缺如，棘突缺如；D型骶骨裂合并其他畸形，如骶骨终板钩状、L5横突畸形、腰椎裂。[结果]本组手术方式包括单椎节固定9例，单节段固定13例，2节段固定4例。随访26例，随访时间6～37个月，平均11．2个月，随访疗效结果：优8例，良13例，可5例，差0例。[结论]对于腰椎峡部裂合并骶骨裂病人手术选择的问题，建议应注意骶骨裂的分型、腰椎峡部裂的滑移程度及椎间盘退变情况。     

腰椎滑脱后路融合术式有限元模型的建立

目的建立腰椎滑脱L4,5后路不同融合术式的三维有限元模型,用于进一步的生物力学研究。方法根据1名成年女性腰椎滑脱志愿者的腰椎CT序列扫描图像和椎弓根螺钉、融合器的几何尺寸,借助Ansys9．0软件,用直接法建立L4椎体滑脱有限元模型,间接法建立椎弓根螺钉系统及融合器模型,然后根据临床术式组合成不同后路融合模型。结果通过直接法和间接法搭配使用,成功建立了腰椎滑脱不同后路融合术式的三维有限元模型,包括椎弓根螺钉内固定＋后外侧植骨融合、椎弓根螺钉内固定＋双枚融合器植入及椎弓根螺钉内固定＋单枚融合器植入模型等,这些模型高度模拟腰椎滑脱后路融合术式的结构与材料特性,结构完整,单元划分精细。结论所建立的腰椎滑脱后路不同融合术式的有限元模型准确可靠,可用来进行生物力学实验研究。     

腰椎峡部裂翼状记忆合金节段内固定器的有限元分析

[目的]探讨腰椎峡部裂翼状记忆合金节段内固定器（WMAIF）内部生物力学特征，指导临床合理使用WMAIF。[方法]采用大型有限元分析软件ANSYS8．0建立WMAIF三维模型，对模型进行网格划分，然后进行相应的力学加载运算。[结果]建立了WMAIF的有限元模型，可以预测WMAIF在变形过程中其本身结构中各节点、单元的受力、位移情况。[结论]WMAIF抗拉能力强，固定牢固，是治疗腰椎峡部裂较好的新型节段内固定器械。     

腰椎峡部裂翼状记忆合金节段内固定器的研制

目的研制治疗腰椎峡部裂的新型记忆合金节段内固定器,测试其材料力学特性,并进行有限元分析和生物力学稳定性评价。方法依据干燥完整的成人腰椎标本相关解剖数据的测量结果,利用镍钛记忆合金良好的形状记忆功能和独特的生物力学特征设计一种整体型翼状腰椎峡部裂记忆合金节段内固定器,并进行材料力学测试和有限元分析。应用脊柱三维运动实验机进行生物力学测试。结果材料力学测试及有限元分析表明其形态记忆功能良好,体温状态下能产生稳定可靠的回复力,且应力分布均匀,抗拉能力强,具有弹性固定作用。峡部裂腰椎6种运动状态时的生物力学稳定性均明显下降,而应用翼状记忆合金节段内固定器可明显恢复其稳定性。结论新型翼状记忆合金节段内固定器符合腰椎解剖结构特征,设计合理,抗拉能力强,应力分布均匀,能使腰椎峡部裂达到具有弹性的坚强节段内固定。     

3D打印个性化腰椎融合器设计及生物力学性能研究分析

目的:利用有限元分析方法比较个体化整体型融合器、临床标准双枚子弹头型融合器和健康腰椎在不同工况下腰椎模型生物力学性能的差异。方法:根据真实健康人体腰椎CT扫描数据,利用有限元软件设计出健康人体腰椎的有限元模型作为正常对照组。以此为基础进一步建立个体化整体型融合器腰椎模型和临床标准双枚子弹头型融合器腰椎模型。对3种有限元模型分别施加垂直压缩、前屈、后伸、侧弯等不同载荷,观察腰椎各部件的应力分布与应力大小的变化。结果:临床标准双枚子弹头型融合器腰椎模型中椎体与融合器在后伸工况下受到的应力值最大,分别为45.81 MPa和97.07 MPa。个体化整体型腰椎模型中椎体与融合器的受力更接近健康腰椎模型中椎体与椎间盘的受力。从位移的角度来看,两种融合器腰椎模型各部件的位移均小于健康腰椎模型,说明融合器内固定限制了椎体的活动范围,侧面印证了研究中所建立有限元模型的有效性。而不同工况下个体化整体型融合器腰椎模型中融合器和椎体的位移普遍要比临床标准双枚子弹头型融合器腰椎模型融合器和椎体位移小。结论:融合器在某种程度上能够很好的代替病变的椎间盘,从而达到减少患者疼痛恢复腰椎功能的目的;而融合器的个性化设计则更能满足个体患者的需求,并且对患者腰椎功能的恢复、融合器的使用寿命和相接触椎体的保护都有重要意义,为实际的临床治疗提供了一定的指导。     

Finite Element Analysis of a New Type of Spinal Protection Device for the Prevention and Treatment of Osteoporotic Vertebral Compression Fractures

ObjectiveTo study the effectiveness of a new spinal protection device for preventing and treating osteoporotic vertebral compression fractures (OVCFs) by finite element analysis (FEA).MethodsOne healthy volunteer and one patient with 1‐segment lumbar vertebral compression fractures were included in this experimental study. The DICOM files of two different lumbar spiral computed tomography (CT) scans were converted into STL files, and 3D finite element models of the lumbar spine were generated for normal and L1 vertebral fracture spines. A new type of spinal protection device was applied to reduce the stress on the anterior vertebral edge and direct the center of gravity posteriorly. The stress distribution characteristics of different finite element models of the lumbar spine were analyzed, revealing the characteristics of the stress distributed along the spine under the action of the new spinal protection device.ResultsUnder normal conditions, the stress was mainly distributed in the middle and posterior columns of the spine. When the anterior border of the L1 vertebral body was fractured and collapsed, the stress distribution shifted toward the anterior column due to the center of gravity being directed forward. According to finite element analysis of the spine with the new protection device, the stress in the middle and posterior columns tended to increase, and that in the anterior column decreased. After the new type of spinal fixation device was applied, the stress at the L1 and L2 vertebral endplates decreased to a certain extent, especially that at the L1 vertebral body. The maximum stress on the L1 vertebral body decreased by 20% after the auxiliary device was applied.ConclusionsAccording to the FEA results, the new spinal protection device can effectively prevent and treat osteoporotic vertebral compression fractures (OVCFs), and can alter the stress distribution in the spine and reduce the stress in the anterior column of the vertebral body, especially in vertebral compression fractures.     

Three dimensional finite element analysis of the pediatric lumbar spine. Part II: biomechanical change as the initiating factor for pediatric isthmic spondylolisthesis at the growth plate

A non-linear 3-dimensional finite element pediatric lumbar spine model with vertebral growth plate and apophyseal bony ring was developed. Lumbar spondylolysis was simulated in the model. The Von Mises stresses in the structures surrounding the vertebral growth plate, including apophyseal bony ring and osseous endplate were calculated in various loading modes. Instantaneous axis of rotation (IAR) path from flexion to extension was also analyzed. The results were compared with those of the intact model and the literature. The IAR path was at the posterior disc-endplate space of the lower vertebra in the intact spine, and moved cranially towards the upper-posterior disc space in the lytic spine. This was in agreement with in vivo radiological data by Sakamaki et al. [19]. During various loading modes, stresses in the spondylolytic pediatric model were higher than that of the intact model; ranging from 1.1 to 6.0 times, with the highest value in extension at the growth plate. In conclusion, FE models indicate that stress concentrations in the lytic model increase at the growth plate which may lead to physis stress fracture leading to spondylolisthesis.Part I of this article can be found at http://dx.doi.org/ 10.1007/s00586-005-1026-z     

腰椎“U”形弹性内固定器的研制及力学评价

目的介绍腰椎“U”形弹性内固定器的研制．并利用有限元方法对其生物力学特性进行评价。方法采用镍钛合金设计一种腰椎弹性内固定器。选择1名成年男性志愿者,以L4、5节段为研究对象,采用螺旋CT对其进行层厚1．0mm的连续水平扫描,借助Mimics 11．11软件,建立L4.5节段三维非线性有限元模型。同时根据椎弓根螺钉、连接棒的几何尺寸及力学参数分别添加螺钉和连接棒模型,建立腰椎“U”形弹性内固定的三维有限元模型,分别施加垂直压缩、前屈、后伸、侧屈及旋转等各种生理载荷,对不同载荷下模型各部分的应力进行观察和分析。结果弹性内固定系统各部分于垂直压缩时所受应力远小于其他状态（P〈0.001）;不同载荷下应力主要分布在“U”形弹性棒上。螺钉各部受力较为均匀。结论腰椎“U”形弹性内固定器设计独特,能减少术后应力遮挡及椎弓根螺钉应力集中．有望成为较好地进行腰椎弹性内固定的一种装置。     

Effect of discectomy on the stress distribution in lumbar spine

The change of stress distribution of lumbar spine after discectomy was analysed with three-dimensional finite element method. It was showed that the stress level in posterior element was elevated, but the stress level in anterior element was lower than before. The most significant change of stress distribution was found in trabecular bone of vertebral bodies. The clinical relevance was discussed.     

Spondylolysis after posterior decompression of the lumbar spine: 35 patients followed for 3-9 years

Radiographs were examined in 35 patients who had had posterior decompression without fusion of the lumbar spine. Spondylolysis was found in 10 patients. Segmental range of motion, degree of vertebral slippage and width of decompression were analyzed by radiography. There was greater vertebral slippage after surgery in patients with postoperative spondylolysis than in those without spondylolysis. We conclude that excessive bony decompression may cause postoperative spondylolysis.