人工颈椎间盘置换早期运动学分析:55例资料验证

背景:颈椎前路椎间盘切除椎间融合被认为是治疗颈椎病的金标准,但是融合后产生临近节段的加速退变。采用人工颈椎间盘置换治疗颈椎病和颈椎间盘突出症在解除患者脊髓压迫的同时保持了颈椎的活动度和稳定性,恢复椎间盘正常的生物力学特点,防止邻近椎间盘的加速退变。目的:观察颈椎Prodisc人工颈椎椎间盘置换的临床应用效果及术后的运动学变化。方法:选择55例69个椎间盘,其中双节段受损14例;男29例,女26例,年龄48(31～76)岁;脊髓型颈椎病32例,神经根型颈椎病9例,混合型颈椎病14例。取颈椎前横切口或斜切口入路行Prodisc人工颈椎间盘置换。于置换前、置换后3,6,12,24个月观察颈椎正侧位、过伸过屈、左右侧屈位片,JOA评分分析置换前后椎间盘功能改善情况。结果与结论:随访55例69个椎间盘,41例行单节段人工颈椎间盘置换,14例行双节段人工颈椎椎间盘置换。置换后随22(56～48)个月。置换后JOA评分显示椎体功能改善率达56%。置换后手术节段椎间盘矢状面、冠状面活动度与置换前比较差异无显著性意义(P=0.45,0.74),并保持了和邻近间隙同样的活动度和稳定性。说明颈椎人工椎间盘置换后保留了原来的椎间盘的活动度,患者恢复快,对邻近椎间盘的影响小。     

部分钩突切除对颈椎稳定性影响的有限元分析

目的建立颈椎(C4-C6)三维有限元模型,研究钩突切除前后对颈椎稳定性的影响。方法根据健康志愿者的颈椎断层CT扫描序列图像,采用Mimics13.1和Solid Works2012软件进行三维重建和造型,利用ANSYS15.0软件,对颈椎及周围组织赋予不同的材料属性,建立颈椎(C4-C6)三维有限元模型。在建立的模型上加载,模拟脊柱的前屈、后伸、左右侧曲、左右旋转6种工况下的生理活动,获取位移、应力等数值云图,并进行分析验证。在C5节段左侧钩突上分别切除钩突高度的25%、50%和60%,获得不同范围钩突切除时的左侧弯状态下颈椎各部位的位移、应力等数值云图,分析不同范围钩突切除对颈椎稳定性的影响。结果本研究建立了三个椎体运动节段的三维有限元模型,模型高度模拟颈椎结构与材料特性,研究了不同范围钩突切除后,颈椎稳定性受到的影响。钩突切除高度的25%后的左侧弯状态与未切除时对比分析,位移云图变化不大,最大等效应力减小。钩突切除高度的50%、60%后的左侧弯状态下的位移继续增大,最大等效应力逐渐减小。结论切除钩突高度的25%时对颈椎稳定性影响不大,随着切除钩突范围的增加,颈椎的稳定性逐渐降低。     

多间隙微创前路椎间孔减压术对颈椎稳定性的影响

背景临床上颈椎钩突关节增生经常是多节段存在,由于多间隙病变复杂,手术方案的制定需要考虑多种因素。临床医生发现,即使是采用微创前路椎间孔减压术治疗两节段的神经根型颈椎病,减压充分后也不一定都需要行椎间融合术。目的本文对两个节段的钩突进行部分切除后,研究对颈椎稳定性的影响。方法依据健康志愿者的影像学资料,采用Mimics13.1、Solid Works2012软件建立三维几何模型,ANSYS15.0软件进行网格划分和网格优化,赋值各类组织的材料属性,建立颈椎(C2-C7)三维有限元模型,通过有限元分析技术研究部分切除单侧两个钩突后对颈椎稳定性和邻近节段椎体应力的影响。结果采用文中所述切除方法进行左侧钩突部分切除后,当切除双节段(60+60模型)时,各个工况下的最大位移相对于前3种切除方式均有明显的增大,而且各个工况下的最大应力相对于前3种切除方式均有显著增大。结论随着切除节段的增多和切除范围的增大,节段之间的活动度增大,局部应力增大,给颈椎带来一定的影响,导致颈椎不稳,加速颈椎的退变。因此在制定手术方案时,要严格掌握手术适应证,除非有明确的神经根、脊髓受压的指征,否则不可盲目扩大切除范围。     

下颈椎C3-C7活动节段三维有限元的建模和验证

基于CT图像数据结合图像处理软件建立人体下颈椎C3-C7活动节段的三维有限元模型,并验证模型的有效性。选取一名健康志愿者颈椎CT数据,建立包括椎体、后部结构、终板、椎间盘、韧带和关节突等部分的下颈椎C3-C7三维有限元模型,赋予颈椎组织不同成分的材料属性,模拟人体颈椎在正常生理状态下承受扭矩载荷时,前屈、后伸、侧弯和旋转等运动情况下颈椎椎体、椎间盘和小关节的生物力学特性。颈椎C3-C7活动节段在四种工况下的活动范围与前人离体实验和有限元分析的研究结果基本吻合,颈椎椎体、椎间盘和小关节的应力分布符合其生物力学特性。下颈椎C3-C7活动节段的模拟结果符合人体的真实运动规律,为临床颈椎的生理、病理研究以及植入器械的力学性能分析奠定理论基础。     

Hangman骨折相关三维有限元模型的建立和验证

背景：目前有关上颈椎多节段有限元模型的相关文献很少,尚无建立Hangman骨折有限元模型的报道。 目的：建立C2~4节段正常颈椎及不同程度Hangman骨折的三维有限元模型,并对各模型进行模拟及加载验证。 方法：选择一健康成年男性志愿者进行C2~4节段CT扫描,以CT扫描图像为基础,在计算机工作站利用ANSYS等有限元分析软件,建立C2~4节段颈椎三维有限元模型,模型包括椎体和椎弓、椎间盘、韧带成分,在此模型基础上逐步模拟切断双侧C2椎弓峡部、切除C2~3前纵韧带和部分椎间盘的Hangman骨折模型,分别计算正常颈椎、不同Hangman骨折模型在模拟施加50 N载荷下,C2~3,C3~4节段三维六自由度的角位移(ROM)。 结果与结论：C2~3节段Hangman骨折加韧带椎间盘切除模型在各个方向上均较正常和固定模型ROM增大,在屈伸运动时增大最明显,而在旋转和侧屈时与正常标本相差不多。C3~4节段各组间的ROM相差不超过0.16°。各种三维有限元模型的位移和应力验证结果与实验生物力学结果基本相符,提示建立的三维有限元模型可以模拟颈椎生物力学实验。     

新型弧形带终板环颈椎钛网生物力学测试

目的 建立山羊颈椎不稳定模型,测试新型弧形带终板环颈椎钛网的生物力学稳定性。方法 测量成年山羊颈椎的解剖学数据,选择适合山羊颈椎的新型弧形带终板环颈椎钛网。将保留关节囊、韧带及椎间盘的24只山羊颈椎骨性标本随机分成4组。A组(正常组,n=6)无特殊处理,B组切除C4部分椎体及上下椎间盘(模型组,n=6);在B组基础上,C组安装新型弧形颈椎钛网并予钢板螺钉辅助固定(实验组,n=6),D组安装传统直型钛网并予钢板螺钉辅助固定(对照组,n=6)。测量4组标本在2.0 N·m载荷下前屈、左右侧弯、左右旋转、后伸时活动范围(range of motion, ROM),测试其三维运动稳定性。测量C、D两组在200 N压缩力下的位移,计算其刚度,测试其术后整体标本的抗沉降能力。结果 A组各方向ROM均小于B组,A组各方向ROM均大于C组,C组前屈ROM小于D组(P<0.05);C组刚度较D组高(P<0.05);C组压缩位移较D组少(P<0.05)。结论 新型弧形钛网较直型钛网更加符合颈椎生理曲度,在颈椎最频繁的前屈活动上稳定性较传统钛网好,且短期应力下压缩位移较直型钛网少,术后抗沉...     

颈椎前路不同方式减压固定对颈椎稳定性影响的生物力学研究

目的:研究颈椎前路多节段病变不同减压、融合固定方式对生物力学稳定性的影响.方法:18具新鲜人尸体颈椎标本,分别行前路椎间盘切除植骨融合(ACDF)、分节段混合减压植骨融合(ACHDF)及椎体次全切除植骨融合(ACCF)术,依次测定正常状态、减压植骨后、钢板固定后、疲劳2000次后的三维活动度,计算稳定潜能指数(SPI),测定疲劳2000次后尾端螺钉和椎体间的活动度.结果:3种方式减压、植骨、钢板固定后,稳定性均明显提高;届伸疲劳1200次后,ACDF、ACHDF组标准化的螺钉-椎体间活动度曲线无变化,而ACCF组曲线升高;疲劳2000次后,ACDF组三维运动SPIROM及SPINZ无变化,ACHDF组轴向旋转SPINZ降低,而ACCF组三维运动SPIROM及SPINZ均降低,统计学处理差异具有显著性(P<0.05).结论:颈椎3节段病变3种手术方式均可恢复即刻稳定性,ACDF和ACHDF疲劳后仍保持较好稳定性,而ACCF组耐受疲劳性较差,节段间活动度增大,远端螺钉松动,稳定性降低.     

单双侧小关节分级切除的有限元分析

目的 :研究单双侧小关节部分和全部切除对腰椎稳定性影响。方法 :采用三维有限元法建立腰椎活动节段 (L3～L4 )的数学力学模型。结果 :全部切除L3～L4 节段间小关节 ,椎间盘纤维环的最大应力由 0 .72MPa上升为 0 .81MPa。活动节段的运动范围在单、双侧小关节切除时有明显增大 ,其最突出的倾向表现在轴向旋转和后伸旋转时 ,而前屈时最小。结论 :小关节不同程度切除后 ,腰椎活动节段纤维环最大VonMises应力的变化与其相对应的活动范围的变化呈明显的相关性。一侧小关节主要是限制活动节段向外侧扭转和向对侧弯 ,而对同侧的限制作用则较小     

颈椎椎体次全切除，钛网植骨钢板固定三维有限元模型的建立

目的 探讨利用螺旋 CT建立颈椎椎体次全切除减压植骨固定的三维有限元模型的高度数字化方法,为研究颈椎减压手术的生物力学实验提供标准模型。方法 对健康成年男性志愿者进行CT 扫描,获得C4～C7节段的断层图片,将数据保存为Dicom格式,导入Mimics 9.1 软件进行三维几何模型重建,形成三维图像,利用Freeform 软件进行模型修改和表面划分,以IGES格式转入有限元软件Ansys 9.0完成颈椎骨性模型的建立。利用有限元软件Ansys 9.0,在颈椎骨性模型的基础上,补建终板、补充建立终板、 椎间盘、 髓核、 前纵韧带、 后纵韧带、 黄韧带、 棘间韧带、 棘上韧带等结构。然后模拟颈椎椎体次全切除,将C5椎体、前纵韧带、上下椎间盘切除,将建立的钛网、钢板实体模型添加到减压区。采用合适的材料性质和实体单元类型对模型进行有限元网格划分。结果 颈椎脊柱三维模型有限元网格划分结果：利用三维重建软件Mimics 和有限元软件Ansys 9.0 , 成功进行椎体次全切除减压钛网植骨钢板固定三维模型有限元网格划分。整个模型共有138995个节点和94039个单元,建成后的三维有限元模型与实体组织具有良好的几何相似性。结论 建立的椎体次全切除植骨固定手术三维有限元模型接近真实的生物力学标本,可以进行临床和实验研究。     

单节段颈椎人工椎间盘置换术早中期临床疗效探讨

目的探讨单节段颈椎人工椎间盘置换术早、中期临床疗效。方法对我院28例颈椎病患者分别经单节段颈椎人工椎间盘置换术、颈椎前路减压钛网植入内固定融合术治疗,13例患者行单节段颈椎人工椎间盘假体置换（B ryan置换组）,15例行传统颈前路单节段椎间盘切除减压钛网植骨融合内固定（钛网植入内固定融合组）。术后6周、3个月、6个月、12个月、18个月、24个月进行随访,平均随访21个月。并适时复查拍摄颈椎前屈后伸动力位X线片,观察置换组假体稳定性及融合组融合节段骨性融合情况。同时进行术后系列调查评分,统计并发症发生率,对治疗结果进行回顾性统计分析。结果单节段钛网植入内固定融合手术组术后早期吞咽困难、颈痛、上肢疼痛等发生率比单节段B ryan人工颈椎间盘置换手术组明显要高（P〈0.05）,单节段钛网植入内固定融合组术后邻近节段的活动度较术前明显增大（P〈0.05）;而单节段B ryan人工颈椎间盘置换组置换前后邻近节段活动范围无显著性差异（P〉0.05）。结论单节段颈椎人工椎间盘置换术后早期并发症减少,中期能保护相邻节段退变,与传统减压钛网植入内固定融合术相比治疗效果有一定提高。     

颈椎体内运动的生物力学研究

由于技术水平的限制,传统的体外生物力学研究方法无法完全模拟人体内真实环境。颈椎体内运动的生物力学研究利用先进的影像技术和检测方法,能够直接观测体内颈椎的运动状态,所获得的数据更接近真实情况,对临床具有重要的参考价值和指导意义。介绍颈椎体内运动的生物力学研究方法、发展过程及目前颈椎体内运动的研究现状,分析颈椎融合手术和颈椎间盘置换术后颈椎运动的改变以及手术对邻近节段的影响,并对今后的发展方向进行探讨。     

颈椎在体运动学研究方法的进展

背景：颈椎在体运动学研究能够通过侵袭性或非侵袭性方法获取生理载荷下活体颈椎的活动特性,可为颈椎疾病的诊断和治疗提供指导和参考。 目的：对目前有关颈椎在体运动学的研究方法和各自特点进行归纳总结。 方法：应用计算机检索Pubmed数据库(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/)及万方数据库(http://www. wanfangdata.com.cn),英文检索词为“Spine,cervical,in vivo motion”,中文检索词为“脊柱,颈椎,测量,活动度”。检索文献总计238篇,最终选取30篇作为综述文献。 结果与结论：颈椎在体运动学研究可获取活体颈椎各个关节6个自由度(6DOF)的量化数据,对提高生理载荷下颈椎运动状况的认识水平,进一步了解颈椎退变的运动学特点,以及优化临床颈椎疾患的诊疗方案有重要作用,同时可为人工椎间关节及内固定器尤其是非融合内固定物的研制提供不可或缺的参考数据。其主要通过X射线、CT、MRI、超声、电磁等方法实现,但目前仍缺乏颈椎各节段在体运动范围公认的数值,颈椎在体运动学研究仍需不断深入。     

Cervical spine functional anatomy and the biomechanics of injury due to compressive loading

Objective: To provide a foundation of knowledge concerning the functional anatomy, kinematic response, and mechanisms involved in axial-compression cervical spine injury as they relate to sport injury.Data Sources: We conducted literature searches through the Index Medicus, SPORT Discus, and PubMed databases and the Library of Congress from 1975–2003 using the key phrases cervical spine injury, biomechanics of cervical spine, football spinal injuries, kinematics of the cervical spine, and axial load.Data Synthesis: Research on normal kinematics and minor and major injury mechanisms to the cervical spine reveals the complex nature of movement in this segment. The movement into a single plane is not the product of equal and summative movement between and among all cervical vertebrae. Instead, individual vertebrae may experience a reversal of motion while traveling through a single plane of movement. Furthermore, vertebral movement in 1 plane often requires contributed movement in 1 or 2 other planes. Injury mechanisms are even more complex. The reaction of the cervical spine to an axial-load impact has been investigated using cadaver specimens and demonstrates a buckling effect. Impact location and head orientation affect the degree and level of resultant injury.Conclusions/Recommendations: As with any joint of the body, our understanding of the mechanisms of cervical spine injury will ultimately serve to reduce their occurrence and increase the likelihood of recognition and immediate care. However, the cervical spine is unique in its normal kinematics compared with joints of the extremities. Injury biomechanics in the cervical spine are complex, and much can still be learned about mechanisms of the cervical spine injury specific to sports.     

双X线透视成像系统进行颈椎在体运动研究方法学的探索

目的观察应用双X线透视成像系统在颈椎在体运动学研究中下颌骨对颈椎图像的干扰度,探索颈椎在体运动学最佳位置的透视方法,为颈椎在体运动学研究提供方法学的可行性论证。方法应用双X线透视成像系统分别在两个C型臂夹角呈正交(90°)位、60°位及45°位采集健康志愿者5名(男4名,女1名)颈椎双平面X线图像,包括中立位、前屈后伸位、左右旋转位、左右侧屈位,比较各个不同位置时下颌骨对颈椎椎体图像的遮挡;采用下颌角对颈椎的干扰程度来作为评价的标准,通过对各个不同位置时下颌骨对颈椎图像干扰程度的评分,筛选最佳角度的透视方法。在做颈椎左右旋转运动透视时,比较躯干固定-头颅旋转模式和头颅固定-躯干旋转模式下下颌骨对颈椎图像的干扰程度,分别采集两种模式下的透视图像。结果 90°、60°和45°位时中立位、前屈后伸位、左右侧屈位、左右旋位透视下颌骨对颈椎图像干扰度均存在显著性差异(P<0.05)。45°位在上述位置时干扰度最小。在相同角度60°位,躯干固定-头颅旋转组与头颅固定-躯干旋转组相比有显著性差异(P<0.05)。结论颈椎在体运动学研究中应用双X线透视成像系统在交角45°位时可以最大限度的减少下颌骨的阻挡,坐位同轴躯干旋转代替头颅旋转可以减少下颌骨的干扰度,基本满足双X线成像系统二维-三维图像的匹配条件。     

Cervical spine response in frontal crash

Predicting neck response and injury resulting from motor vehicle accidents is essential to improving occupant protection. A detailed human cervical spine finite element model has been developed, with material properties and geometry determined a priori of any validation, for the evaluation of global kinematics and tissue-level response. Model validation was based on flexion/extension response at the segment level, tension response of the whole ligamentous cervical spine, head kinematic response from volunteer frontal impacts, and soft tissue response from cadaveric whole cervical spine frontal impacts. The validation responses were rated as 0.79, assessed using advanced cross-correlation analysis, indicating the model exhibits good biofidelity. The model was then used to evaluate soft tissue response in frontal impact scenarios ranging from 8G to 22G in severity. Disc strains were highest in the C4–C5–C6 segments, and ligament strains were greatest in the ISL and LF ligaments. Both ligament and disc fiber strain levels exceeded the failure tolerances in the 22G case, in agreement with existing data. This study demonstrated that a cervical spine model can be developed at the tissue level and provide accurate biofidelic kinematic and local tissue response, leading to injury prediction in automotive crash scenarios.     

In vitro 3D-kinematics of the upper cervical spine: helical axis and simulation for axial rotation and flexion extension

Purpose  

Registration of 3D-anatomical model and kinematics data is reported to be an accurate method to provide 3D-joint simulation. We applied this approach to discrete kinematics analysis of upper cervical spine (UCS) during axial rotation (AR) and flexion extension (FE) to create anatomical models with movement simulation including helical axis.     

Anterior decompression and spondylodesis with polymer fixation in the treatment of injuries of the cervical vertebrae

Indications for anterior-access surgery at different dates after cervical vertebral injury are listed (420 cases). Methods of spine stabilization, using polymer substances (bone cement or bone glue) are described. Complete or partial regression of paresis resulted in 86% of the patients. In tetraplegic patients, the regression of neurologic symptoms was complete in 12% and partial in 55%; there was no effect in 26%, and the mortality rate was 7%.     

颈椎椎弓根螺钉置入固定失稳颈椎

背景：颈椎椎弓根螺钉置入内固定治疗颈椎失稳具有较高的风险,研究分析颈椎椎弓根螺钉置入对失稳颈椎的固定作用,确定颈椎椎弓根螺钉置入内固定治疗失稳颈椎的可行性及可靠性。 目的：深入分析颈椎椎弓根螺钉置入对失稳颈椎的固定作用,为失稳颈椎的固定治疗提供重要数据参考信息。 方法：对颈椎椎弓根螺钉置入固定失稳颈椎的生物力学、形态学、临床随访试验以及对颈椎肿瘤所致颈椎失稳的固定作用进行分析,从不同角度分析确定颈椎椎弓根螺钉固定系统对失稳颈椎固定作用的可行性及安全性。 结果与结论：颈椎椎弓根螺钉置入对失稳颈椎的固定作用无论从生物力学及形态学,还是从临床应用的角度都显示了满意的治疗效果,对改善患者临床症状、减轻痛苦具有重要的意义,是治疗颈椎失稳可靠安全的方法之一。