不同后路内固定治疗颅底凹陷寰枢椎脱位的生物力学研究

目的 探讨两种后路内固定治疗颅底凹陷寰枢椎脱位(basilar invagination with atlantoaxial dislocation, BI-AAD)的生物力学差异。方法 基于BI-AAD患者枕颈CT数据和临床手术方案,建立寰枢椎关节间融合器+后路枕骨板+C2椎弓根螺钉(Cage+C2PS+OP)和Cage+C1侧块螺钉+C2PS(Cage+C1LMS+C2PS)有限元模型,分析不同运动工况下寰枢关节稳定性、C2终板和植入器械应力分布特征。结果 与Cage+C1LMS+C2PS模型相比,Cage+C2PS+OP模型在前屈、后伸、侧弯和旋转工况下寰枢关节活动度分别降低了5.26%、33.33%、43.75%、-5.56%,钉棒系统应力峰值分别降低了47.81%、60.90%、48.45%、39.14%。两种内固定方式下C2终板和融合器应力均主要分布于运动受压侧,螺钉与椎体接触处和螺钉尾部都承受较大的载荷。结论 两种内固定方法都能提供相似的稳定性,但Cage+C1LMS+C2PS中钉棒系统应力集中较明显,螺钉松动和断裂发生的可能性较大。     

寰枢椎不稳后路椎弓根螺钉固定的三维有限元分析

目的:建立寰枢椎后路椎弓根螺钉固定系统三维有限元模型,分析寰枢椎后路椎弓根螺钉固定的稳定性。方法:1例寰枢椎不稳标本行后路椎弓根螺钉系统固定,采用螺旋CT扫描,通过工作站将扫描获得的图像导入计算机中,利用ANSYS8.0软件建立寰枢椎不稳三维有限元模型。给予模型加载不同边界条件,模拟寰枢椎的不同运动,分析寰枢椎不稳采用后路椎弓根螺钉固定的稳定性。结果:寰枢椎不稳采用后路椎弓根螺钉系统固定在不同运动状态下应力主要集中在枢椎椎弓根螺钉的根部。前屈运动时,椎弓根螺钉根部的应力为0.350×109Pa,前屈角度为0.7°;后伸运动时,椎弓根螺钉根部的应力为0.427×109Pa,后伸角度为1.2°;侧弯运动时,椎弓根螺钉根部的应力为0.295×109Pa,侧弯角度为0.3°;旋转运动时,椎弓根螺钉根部的应力0.635×109Pa,旋转角度为0.8°。结论:寰枢椎不稳采用后路椎弓根螺钉系统固定具有良好的术后即时稳定性。     

寰枢椎后路二种内固定技术的三维稳定性评价

目的:对比寰枢椎椎弓根螺钉固定系统与枢椎椎弓根螺钉联合寰椎椎板钩固定系统的生物力学稳定性,为临床应用提供实验依据。方法:新鲜颈椎标本6例,损伤齿突基底部,建立寰枢椎失稳模型,在脊柱三维运动实验机上先测量失稳寰枢椎的三维运动范围,再在失稳模型上对每具标本进行两种内固定:C1椎弓根螺钉 C2椎弓根螺钉的钉棒内固定系统,C1椎板钩 C2椎弓根螺钉的钉棒钩内固定系统,测量二种不同固定方法的寰枢椎三维运动范围,比较两种状态下的寰枢椎稳定状况。结果:C1椎弓根螺钉 C2椎弓根螺钉的钉棒内固定与C1椎板钩 C2椎弓根螺钉的前屈、后伸、左右侧屈无显著性差异,左右旋转C1椎弓根螺钉组优于C1椎板钩组。结论:两种寰枢固定方法:C1椎弓根螺钉 C2椎弓根螺钉固定系统在抗左右旋转方面较C1椎板钩 C2椎弓根螺钉固定系统的稳定性优越,临床上应优先选择C1、C2椎弓根螺钉固定方法,当C1椎弓根过于细小时可选用C1椎板钩 C2椎弓根螺钉的固定技术。     

融合器放置位置对脊柱单侧固定应力分布影响的有限元分析

目的建立L4～L5节段经腰椎间孔椎间融合术（TLIF）单侧固定结合融合器三种不同放置位置的三维有限元模型,探讨融合器三种不同放置位置对脊柱单侧固定应力分布的影响。方法基于正常人L4～L5节段的CT扫描数据,建立该节段TLIF单侧固定的三维有限元模型,并在此基础上分别建立TLIF术式结合融合器前中1／3置人模型（TLIFa）、斜向45。置入模型（TLIFd）及垂直置入模型（TLIFv）。加载后测试在前屈、后伸、侧弯及旋转等各工况下腰椎活动范围、钉棒系统、融合器及对侧小关节应力分布特征。结果该节段TLIF单侧固定非线性有限元模型的活动度分别为前屈9．8°、后伸3．6°、左侧屈4．0°、右侧屈3．7°、左旋转2．5°、右旋转1．8°;3种融合器放置方式模型中融合节段的活动度均较正常模型至少降低77％,且TLIFd的活动度减少最明显;钉棒系统和椎间融合器的应力峰值随运动方向和融合器放置位置不同而存在差异,但应力峰值均在允许的最大范围内;TLIFv对侧小关节应力峰值均高于其它两组,尤其在前屈、后伸及左侧弯工况下最明显,而TLIFd对侧小关节应力峰值在各工况下均最小。结论成功建立了正常人L4～L5节段非线性有限元模型;单枚融合器斜行置入有助于改善固定系统的整体应力分布,并减小对侧小关节的应力载荷。     

前后路内固定治疗Ⅱ型不稳定Hangman骨折的有限元分析

目的应用有限元方法分析评价前路钛板内固定和后路钉棒系统内固定两种术式治疗Ⅱ型不稳定Hangman骨折的生物力学差异。方法建立完整上颈椎(C0~3)有限元模型并进行有效性验证。在此基础上建立失稳模型,并在失稳模型上分别建立装配前路钛板(titanium plate)和Cage植骨内固定模型(Plate+Cage模型)、后路C2椎弓根螺钉(C2 pedicle screws,C2PS)和C3侧块螺钉(C3 lateral mass screws,C3LMS)组成的钉棒系统内固定模型(C2PS+C3LMS模型)。在枕骨髁上施加40 N轴向压力模拟头颅重力,同时在枕骨上施加1.5 N·m力矩使模型产生前屈、后伸、侧弯、旋转运动,计算分析C2~3活动度(range of motion,ROM)、力的传导路径以及骨折线处的应变。结果 Plate+Cage模型在前屈、后伸、侧屈(单侧)和旋转(单侧)方向上C2~3的ROM比失稳模型分别减少了92.4%、97.1%、96.5%、90.0%,C2PS+C3LMS模型在各方向上比失稳模型分别减少了88.6%、90.2%、95.7%、90.3%。Plate+Cage模型在任何工况下的应力峰值均小于C2PS+C3LMS模型。结论前路Plate+Cage内固定在前屈和后伸工况下比后路C2PS+C3LMS内固定具有更好的稳定性,而在侧屈和旋转工况下两者稳定性相当。前路Plate+Cage内固定在结构和应力分布上更加合理,可以实现复位、减压、固定、融合一步完成,是治疗Ⅱ型Hangman骨折的有效方法。     

寰枢椎后路钉棒系统交叉棒固定及平行棒固定的生物力学稳定性

背景:前期研究证明交叉棒在由C₁椎弓根螺钉与C₂一侧椎弓根螺钉/另一侧椎板螺钉组成的寰枢椎后路钉棒系统中能增加其旋转稳定性。因此推测,寰枢椎后路交叉棒固定可能是一种简单有效的新型内固定结构框架,无论是在与C₂双侧椎板螺钉还是双侧椎弓根螺钉组成的钉-棒系统中,交叉棒的连接方式与传统平行棒相比较,都可能进一步增强其结构的生物力学稳定性。目的:评价C₁双侧椎弓根螺钉分别和C₂双侧椎弓根螺钉、C₂双侧椎板螺钉组成钉-棒系统的生物力学稳定性。方法:6例新鲜寰枢椎脱位标本,完成完整状态和失稳状态的测量后,每一例标本均置入C₁双侧椎弓根螺钉、C₂双侧椎板螺钉、C₂双侧椎弓根螺钉,按顺序分别测量C₂双侧椎板螺钉平行棒固定、C₂双侧椎板螺钉交叉棒固定、C₂双侧椎弓根螺钉平行棒固定和C₂双侧椎弓根螺钉交叉棒固定的后伸前屈、左...     

有限元分析皮质骨轨迹螺钉联合椎弓根螺钉固定椎体运动单元的生物力学性能

背景：关于单个皮质骨轨迹螺钉的生物力学研究国内外已有多篇文章报道,但关于椎体、融合器、钉棒整个运动单元的生物力学研究,特别是关于皮质骨轨迹螺钉联合传统椎弓根螺钉（cortical bone trajectory combined with pedicle screw,CBTPS）固定方式对运动单元的应力分布情况及内固定装置稳定性的相关研究报道并不多。目的：归纳分析传统椎弓根螺钉固定与CBTPS固定骨质疏松椎体运动单元上的生物力学差异。方法：基于一位骨质疏松志愿者（骨密度T值<-0.25 SD）的CT数据,建立L3到骶椎椎体功能单元骨质疏松有限元模型。通过有效性验证后,建立传统椎弓根螺钉和CBTPS两种固定模型,比较两种模型在前屈、后伸、左右侧屈、左右旋转6种工况下内固定的应力及椎体运动单元活动情况;比较两种内固定方式下运动单元的应力分布情况及内固定装置的稳定性。结果与结论：（1）有限元验证结果显示,模型可较好地模拟骨质疏松患者腰椎的生理活动。（2）两组模型在屈曲、后伸状态下,内固定装置最大应力接近,但是CBTPS组内固定装置在侧屈与旋转状态下钉棒系统最大应力值要大于传统椎弓根螺钉...     

寰枢椎后路柔性固定的生物力学研究

目的分析细棒、PEEK棒固定对寰枢关节稳定性的影响。方法采用6具新鲜成人枕骨(occipital bone,Oc)~颈椎C4节段进行测试,模拟以下手术及固定状态:①完整状态;②损伤状态:枢椎齿状突II型骨折;③坚强固定:寰枢椎均采用普通椎弓根螺钉固定,直径3.5 mm钛棒连接;④PEEK棒:直径3.5 mm的PEEK棒连接;⑤细棒:直径2.0 mm钛棒连接。采用重复测量实验设计,在完整、损伤和不同的固定状态下,通过脊柱试验机对标本分别施加1.5 N·m的前屈/后伸、左/右侧弯和左/右轴向旋转的纯力偶矩。采用Optotrak三维运动测量系统连续采集标本运动,分析寰枢椎之间角度运动范围和中性区。结果采用直径3.5 mm的钛棒,2.0 mm的细棒以及3.5 mm的PEEK棒固定后,在前屈、后伸、侧弯和旋转方向上均显著减小了固定节段的运动范围(P<0.05)。直径3.5 mm和2.0 mm的棒固定后的运动范围,在各个方向上无显著性差异。PEEK棒固定的运动范围仅在侧弯方向上大于坚强固定(P=0.005),其他方向无显著性差异。3种固定方式在屈伸、侧弯和旋转方向上均显著减小了固定节段的中性区(P<0.05)。各种固定方式之间相比较,无显著性差异(P>0.05)。结论在寰枢关节采用直径2.0 mm的细棒固定,与坚强固定的稳定性相当。采用直径3.5 mm的PEEK棒固定,在前屈、后伸、旋转方向上与坚强固定的稳定性相当,在侧弯方向上弱于坚强固定。     

下腰椎融合术后路单、双侧椎弓根固定的有限元比较研究

目的　建立正常人L4~5节段椎间盘切除后单/双侧椎弓根螺钉固定椎间融合的有限元模型,对两者在不同运动载荷下的稳定性和应力分布进行比较研究。 方法　通过正常人L4~5节段CT扫描获取断层图像,然后利用mimics软件重建人体L4~5三维模型,再通过Ansys软件前处理功能建立有限元模型,并在此基础上分别建立椎间盘切除后单侧（A）、双侧（B）椎弓根螺钉固定+椎间Cage融合模型,对两组模型分别施加5 N?m的前屈、后伸、左/右屈曲和左/右旋转载荷,比较分析椎体及植入物在不同工况下的位移及应力峰值。 结果　各种工况下,A组在固定侧侧屈时椎体间位移及椎弓根螺钉应力峰值最大,在后伸时椎体应力峰值最大。B组在后伸时椎体间位移峰值最大,在旋转时螺钉及椎体应力峰值最大。在后伸和固定侧侧屈工况下A组椎体间位移峰值、螺钉及椎体应力峰值较B组相差最大。 结论　与双侧固定相比,单侧固定融合术后在固定侧侧屈及后伸工况下发生不稳及螺钉松动、断钉的潜在风险最大。单侧固定融合术后的病人在椎间骨融合前应特别减少后伸及固定侧侧屈动作,以降低风险。     

两种改良Goel技术治疗颅底凹陷症稳定性的有限元分析

目的　应用有限元分析评价C2双皮质椎板螺钉和C2椎弓根螺钉联合关节内Cage在寰枢固定中的生物力学差异。 方法　采集1名35岁正常男性上颈椎（C0~2）CT数据,通过Mimics10.01和Abaqus6.11软件建立C0~2节段三维有限元完整模型并进行有效性验证。在失稳模型上分别建立后路C1侧块螺钉+Cage+C2双皮质椎板螺钉组成的钉棒系统模型（C1 lateral mass screw+Cage+bicortical C2 laminar screw, C1L+Cage+BC2L）、后路C1侧块螺钉+Cage+C2椎弓根螺钉组成的钉棒系统模型（C1 lateral mass screw+Cage+C2 pedicle screw, C1L+Cage+C2P）。在枕骨髁上施加40 N轴向压力模拟头颅重力,同时在枕骨上施加1.5 Nm力矩使模型产生前屈、后伸、侧弯、旋转运动,记录C1L+Cage+BC2L组及C1L+Cage+C2P组的应力云图及应力峰值,计算C1~2节段活动度（range of motion,ROM）。 结果　在任何工况下C1L+Cage+BC2L组和C1L+Cage+C2P组的C1~2节段ROM差异均小于0.1°,且两组内固定所有螺钉的应力分布和应力峰值无明显差异。在后伸工况下两组内固定Cage内植骨应力最小,存在明显应力遮挡, 尤其是C1L+Cage+C2P组。 结论　对于BI的治疗, C1L+Cage+BC2L内固定系统的稳定性与C1L+Cage+C2P相当,与C2P技术相比,BC2L技术简单、易行,同时能有效避免椎动脉和脊髓的损伤。为了避免内固定失效和应力遮挡,术后患者应避免颈部后伸运动。     

TLIF后路不同的内固定方式生物力学特性的比较分析

目的　比较3种不同后路经腰椎间孔椎间融合（transforaminal lumbar interbody fusion,TLIF）内固定方式的生物力学特性。 方法　建立正常L3~5有限元模型,在验证其有效性基础上模拟3种不同TLIF后路内固定方式即：单侧或双侧椎弓根螺钉内固定组（Model A和Model B）、单侧+对侧关节突螺钉固定组Model C。分别比较其在生理活动范围（Range of the motion, ROM）下模型的稳定性以及内植物的应力差异。 结果　对所有重构模型,在融合节段（L4~5）的ROM均显著下降,其中以Model B下降最多,屈伸活动减少达18.2%;内植物最大应力出现在Model C,左侧弯时达234.9 MPa;Model B的cage最大应力最小。 结论　后路双侧椎弓根螺钉固定能获得最佳稳定性,且能降低cage下沉及移位的风险;单侧+对侧关节突螺钉亦能提供较好良好的稳定。     

腰椎间融合后路非对称与对称固定螺钉应力的有限元比较

背景：经椎间孔腰椎间融合非对称固定的生物力学稳定性研究,发现固定效果与双侧椎弓根螺钉接近,可满足临床应用所需生物力学要求。经关节突椎弓根螺钉参与经椎间孔腰椎间融合非对称固定的螺钉力学安全性又会怎样呢？ 目的：建立L₄-₅功能节段左侧经椎间孔腰椎间融合后,分别予以同侧椎弓根螺钉+对侧经关节突椎弓根螺钉、同侧椎弓根螺钉+对侧经椎板关节突螺钉及双侧椎弓根螺钉固定的三维有限元模型,施加相同的载荷,分析不同运动状态下螺钉应力分布特点,比较3种螺钉应力状况。 方法：对一成人正常L₄-₅椎节段标本、椎间融合器、椎弓根螺钉和皮质骨螺钉进行64排螺旋CT 扫描,通过Mimics11.1建立左侧经椎间孔腰椎间融合后3种内固定组合(同侧椎弓根螺钉+ 对侧经椎板关节突螺钉、同侧椎弓根螺钉+对侧经关节突椎弓根螺钉及双侧椎弓根螺钉固定)的几何模型,利用Simpleware3.1软件分别建立三维有限元模型,模拟500 N\6 Nm载荷下前屈、后伸、左\右侧弯、左\右侧旋等6种运动状态,用Abaqus6.8软件进行螺钉应力变化和分布特点分析。 结果与结论：由于经椎间孔腰椎间融合入路切除了左侧关节突,造成内植物应力分布不对称,对弹性模量大的内固定器械—椎弓根螺钉应力影响最大,尤其是在左旋运动时。在不对称组合内固定中,由于关节突关节螺钉的使用,使对侧椎弓根螺钉应力相应增加,以左旋运动时尤为明显,但关节突关节螺钉断裂的危险性增高不明显。提示为降低螺钉断裂的风险,经椎间孔腰椎间融合后路3种组合内固定均应严格限制旋转运动,尤其是关节突切除侧的旋转运动。     

腰椎行椎间孔入路椎间融合术固定的有限元分析

目的 利用有限元方法分析经单侧椎间孔入路腰椎间融合术治疗腰椎退行性病变的临床可行性。方法 基于正常人L3~5节段的CT扫描数据,利用Mimics、Pro/E、ANSYS软件分别建立L3~5正常生理状态有限元模型、L4/5左单侧椎弓根螺钉内固定加椎间融合器模型(单侧TLIF)、L4/5双侧椎弓根螺钉内固定加椎间融合器模型(双侧TLIF)。在L3上表面施加500 N的人体重力和10 N?m力矩,模拟人体直立、前屈、后伸、左侧弯和右旋5种生理活动,观察不同工况时椎体、椎间盘、螺钉及融合器上变形及应力分布情况,比较两种固定方法力学性能上的差异。结果 各种工况下单侧TLIF、双侧TLIF的L3~5节段变形量均较生理状态模型减少,单侧TLIF、双侧TLIF模型均在后伸运动时融合器的应力达到最大值,且单侧TLIF模型椎弓根螺钉上的应力峰值在各种工况中均明显高于双侧TLIF,后伸工况时应力峰值达到463.39 MPa。结论 单侧TLIF可作为腰椎退变性疾病的一种固定方法,但应力峰值均明显高于双侧TLIF模型,故系统稳定性差于双侧TLIF模型,提示患者在康复过程中应减少后伸运动,以免发生手术失效或螺钉断裂。     

以三维有限元分析两种方法L4/5椎间融合后的螺钉应力

背景：作者未查及使用三维有限元方法分析椎弓根螺钉内固定并自体髂骨植骨或椎间融合器植骨后螺钉应力情况的相关报道。 目的：在L₄~L₅节段有限元模型上建立椎弓根螺钉内固定并椎间双枚椎间融合器置入和椎弓根螺钉内固定并椎间自体髂骨植骨的模型,分析两种不同方法植骨后螺钉的应力分布情况。 方法：选择1名健康男性,年龄20岁,借助CT扫描和有限元软件,建立L₄~L₅节段的三维有限元模型。在验证有效的模型上建立后路椎弓根钉棒系统内固定+双枚椎间融合器植骨模型(模型A)和后路椎弓根钉棒系统内固定+椎间自体髂骨植骨有限元模型(模型B),然后在各模型上分别施加载荷,观察螺钉应力分布情况。 结果与结论：建立两种不同后路内固定并植骨融合术式三维有限元模型,在不同载荷情况下,发现模型B螺钉应力值均大于模型A,且差异具有显著性意义(P < 0.05),差值最大部位为螺钉尾部。结果提示后路椎弓根钉棒系统内固定+椎间自体髂骨植骨后更容易出现椎弓根螺钉断裂情况。     

选择性首尾端椎弓根螺钉强化治疗骨质疏松性腰椎退变的有限元分析

文题释义：骨水泥强化椎弓根螺钉固定：此技术旨在针对普通椎弓根螺钉在骨质疏松性椎体中把持力不足的问题,通过空心螺钉直接注入骨水泥或在椎体内预先推注骨水泥,然后拧入螺钉,从而提高骨-螺钉界面稳定性。生物力学试验和临床数据表明其可明显降低螺钉松动、断裂的发生率,但存在骨水泥渗漏、肺栓塞等并发症。 选择性首尾端椎弓根螺钉强化：骨水泥强化椎弓根螺钉一般是在所有固定节段的螺钉均推注骨水泥,存在渗漏风险大、手术时间长、费用高等不足。而根据文献报道和作者的临床观察,骨质疏松椎体中螺钉的松动大部分发生在固定节段的首尾端。因此,此次研究评估了在固定节段的首尾端椎弓根螺钉选择性进行骨水泥强化的稳定性和安全性。 背景：骨水泥强化椎弓根螺钉固定是骨质疏松椎体的有效固定方式,减少骨水泥渗漏是提高其临床安全性的重要方式。 目的：比较选择性首尾端椎弓根螺钉强化和全部椎弓根螺钉强化技术在腰椎融合固定术中的生物力学稳定性。 方法：通过1例正常男性志愿者的腰椎CT扫描数据,建立L₂-L₅节段的完整有限元模型。验证完整模型的有效性后,再分别建立双节段和三节段固定的选择性首尾端椎弓根螺钉强化和全部椎弓根螺钉强化模型。在上位椎体上表面施加150 N的垂直向下载荷模拟人体上半身重力,并施加不同方向上10 N·m的力矩,模拟脊柱前屈、后伸、左右侧弯和左右旋转等生理活动,比较2组模型固定节段活动度、融合器应力和内固定应力的差异。 结果与结论：①模型的有效性验证显示完整模型在各个方向上的活动度与已发表的尸体研究类似;②在固定节段活动度上,选择性首尾端椎弓根螺钉强化模型的活动度稍大于全部椎弓根螺钉强化模型;但在屈伸、侧弯和旋转等各种活动状态下,2组模型活动度的差值均小于0.15°,说明2种固定方式均能较好的维持手术节段稳定性;③在融合器和内固定应力上,2组模型的差异也较小;④对于双节段和三节段融合固定的伴骨质疏松腰椎退变性疾病患者,选择性首尾端椎弓根螺钉强化与全部椎弓根螺钉强化技术的生物力学稳定性类似,且可减少骨水泥渗漏风险和患者费用,可能是一种较好的替代手术方式。 ORCID: 0000-0003-3952-0030(郭惠智) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程     

TLIF术中最优化单侧螺钉植入和融合器放置的有限元分析

目的比较经单侧腰椎间孔椎体间融合(transforaminal lumbar interbody fusion,TLIF)中不同轴向植入角度椎弓根螺钉和不同放置位置融合器的生物力学特性。方法建立正常L3~5有限元模型,在验证其有效性基础上,在L4~5节段模拟后路双侧TLIF和4种不同组合类型椎弓根螺钉植入和融合器放置的单侧TLIF有限元重构模型,即:小角度植入椎弓根螺钉+对侧放置融合器(模型A)、小角度植入椎弓根螺钉+同侧放置融合器(模型B)、大角度植入椎弓根螺钉+同侧放置融合器(模型C)、大角度植入椎弓根螺钉+对侧放置融合器(模型D),分别比较4种重构模型在各种生理应力下的活动范围(range of the motion,ROM)以及螺钉、融合器与L4下终板界面的最大Von Mises应力差异。结果 4种单侧TLIF重构模型在融合节段(L4~5)ROM均较正常模型显著下降,但仍高于双侧TLIF重构模型。4种单侧TLIF重构模型稳定性比较,模型C下降最多,其在屈伸、侧屈和扭转应力下ROM分别减少约为正常模型的50.7%、89.9%和90.3%。螺钉和融合器与L4下终板界面最大Von Mises应力比较,相对于其他3组模型,模型C除了在同侧侧屈和扭转外的大部分应力下承受较小的应力。结论在单侧TLIF重构模型中选择大角度植入椎弓根螺钉和同侧放置融合器能够获得最佳的生物力学稳定性,通过缩小与双侧TLIF模型稳定性差异以减少断钉或融合器下沉的风险,值得临床推广运用。     

斜外侧椎间融合结合不同内固定方式治疗退变性腰椎侧凸的有限元分析

目的 运用三维有限元分析法验证斜外侧椎间融合(oblique lateral interbody fusion, OLIF)辅助不同内固定方式治疗退变性腰椎侧凸(degenerative lumbar scoliosis, DLS)的生物力学稳定性。方法 建立L1～S1三维有限元DLS模型(模型1),模拟L2～5连续三节段OLIF手术及其结合不同内固定方式,分别建立单纯OLIF(stand-alone OLIF)模型(模型2)、椎体钉棒固定模型(模型3)、单边椎弓根螺钉固定模型(模型4)和双边椎弓根螺钉固定模型(模型5)。在直立、前屈、后伸、左右侧弯、左右旋转工况下,记录并分析各模型融合节段活动度(range of motion, ROM)、融合器及内固定的应力及其分布情况。结果 6种运动工况下,模型2～5融合节段整体ROM均小于模型1;与模型1相比,模型3、4的ROM降幅大于模型2、小于模型5;前屈和后伸工况下,模型4与模型5的ROM降幅相仿;左右侧弯工况下,模型3与模型5的ROM降幅相仿。在所有运动工况下,模型3、4融合器应力峰值大于模型5、小于模型2;其中,模型3的L2～3、L3...     

解剖型纳米羟基磷灰石/聚酰胺66椎间融合器在腰椎XLIF/OLIF手术中的三维有限元分析

目的　建立L3~5有效的三维有限元模型,研究解剖型纳米羟基磷灰石/聚酰胺66椎间融合器在XLIF/OLIF手术中的生物力学属性。 方法　建立正常人L3~5有限元模型,模拟XLIF/OLIF手术过程分别装配子弹头cage和新型解剖型cage,并对模型进行赋值得到最终有限元模型。对模型施加400 N 的轴向压缩及8 Nm 力矩的预载荷,使模型产生前屈、后伸、侧弯、旋转运动,分析两种cage的最大应力值和应力分布情况,以及两组L4-L5椎体活动度。 结果　在6种不同工况下,子弹头cage的最大应力值分别为134.83、79.17、71.31、114.96、76.85、78.77 MPa,解剖型cage最大应力值分别为56.91、61.78、35.82、52.28、31.76、32.45 MPa,解剖型cage比子弹头cage的应力分布要小且分散;两组L4-L5椎体活动度均明显小于正常人活动度,且解剖型cage组活动度要小于子弹头cage组。 结论　在腰椎XLIF/OLIF微创手术中应用新型解剖型纳米羟基磷灰石/聚酰胺66椎间融合器可以降低最大应力值,避免应力集中,减少椎体活动度,具有较好的生物力学性能。     

原位及复位融合腰椎滑脱的三维有限元分析

背景：由于脊柱结构复杂,对复位或原位融合后融合的腰椎节段应力分布变化特点的精确生物力学分析一直是个难点。 目的：通过建立L₄/₅节段退变性滑脱原位椎间融合椎弓根钉内固定和复位椎间融合椎弓根钉内固定的三维有限元模型来比较腰椎滑脱原位融合和复位融合两种手术方式在各种载荷下的生物力学变化及其对腰椎稳定的影响。 方法：根据健康成年男性的下腰椎CT数据,利用mimics,Catia和Patran,Marc等软件建立起L₄/₅节段的三维有限元模型,利用此模型模拟退变性腰椎滑脱,在此基础上建立L₄/₅节段原位椎间融合椎弓根钉内固定和复位椎间融合内固定模型,分析两模型在各种载荷下的应力分布特点,并比较异同。 结果与结论：L₄/₅节段退变性滑脱原位椎间融合椎弓根钉内固定和复位椎间融合椎弓根钉内固定三维有限元模型在前屈后伸侧屈旋转负荷下,该节段各部结构,包括椎体,椎弓根钉内固定器和椎间融合器上的应力变化没有显著差异。两模型都显示椎间融合器和椎弓根螺钉内固定器上分布的应力最大。结果表明退变性腰椎滑脱,行原位椎间融合内固定和复位椎间融合内固定后,复位与否对该节段生物力学没有显著影响。