以有限元法比较前路腰椎间融合后路关节突关节螺钉/椎弓根螺钉的固定应力

背景:对腰椎前路腰椎间融合后辅助固定的各种关节突关节螺钉的生物力学安全性存在普遍担忧,限制其临床应用,未见文献报道与椎弓根螺钉固定的比较研究.目的:建立L4～5椎前路椎间融合后路分别用双侧椎弓根螺钉、经椎板关节突螺钉及经关节突椎弓根螺钉固定的三维有限元模型,施加相同的负荷和转矩,比较分析3种螺钉和椎间融合器的应力状况.设计、时间及地点:对比观察,于2008-02/2009-01在南方医科大学珠江医院骨科实验室完成.材料:PHILIPS Brilliance64排螺旋CT扫描仪,数据输出DICOM 3.0 格式;Mimics 11.1软件;Simpleware3.1软件;Abaqus6.8软件;Photoshop 7.0软件;DEPUY AcroMed皮质骨螺钉和Zimmer椎间融合器;GSS椎弓根螺钉系统.方法:建立L4～5椎前路椎间融合后路分别用双侧椎弓根螺钉、经椎板关节突螺钉及经关节突椎弓根螺钉固定的三维有限元模型.对3种螺钉固定的有限元模型施加500 N/6 N·m载荷模拟前曲、后伸、左侧弯、左旋运动,用Abaqus 6.8软件比较分析3种螺钉和椎间融合器的应力变化和分布特点.主要观察指标:应力峰值,应力集中区云图.结果:在500 N/6 N·m载荷下,椎弓根螺钉在屈、伸时的应力较两种关节突关节螺钉固定应力小,在侧弯和轴向旋转时较大;两种关节突关节螺钉应力特点相似.在椎弓根螺钉坚强固定时,椎间融合器有应力遮挡现象.结论:在较小的转矩下,前路腰椎间融合后两种关节突关节螺钉固定的安全性和椎弓根螺钉固定相近.使用关节突关节螺钉固定,除减少创伤、节约成本等优点外,还可减少对椎间融合器的应力遮挡效应.     

单侧腰椎弓根螺钉及经椎板关节突螺钉固定与双侧固定的比较

背景：经椎板关节突关节螺钉固定、椎问植骨融合治疗脊柱疾患是一种独特的固定方法,可用于退变性腰椎的融合。目的：比较采用微创经腰椎间孔椎体融合联合单侧椎弓根螺钉及经椎板关节突螺钉固定与常规开放后路腰椎体间融合术联合双侧椎弓根螺钉固定治疗下腰痛疾病的临床效果。方法：纳入2010年6月至2012年6月于武警广东总队医院就诊的腰椎间盘突出伴腰椎轻度不稳患者49例,均采用后路减压椎间融合器植骨内固定治疗。其中24例采用微创经椎间孔椎体融合术联合单侧椎弓根螺钉及经椎板关节突螺钉固定,25例采用常规开放后路腰椎体间融合术联合双侧椎弓根螺钉固定,比较两种固定方法的临床疗效。结果与结论：两种固定方法术后椎体融合率、日本矫形外科协会评分及疼痛目测类比评分改善率差异均无显著性意义（P〉0．05）。可见对无严重不稳的单节段退变性腰椎疾病患者,两种治疗方法的效果相当,均能有效提高椎间融合率,使小关节稳定,解除临床症状,门诊随访满意。但采用微创经椎间孔椎体融合术联合单侧椎弓根螺钉及经椎板关节突螺钉固定的患者手术切口长度、手术时间、术中出血量、术后切口引流液量明显减少（P〈0．05）,说明该方法具有创伤小、操作简单的优势。     

经椎间孔椎间融合后腰椎即刻稳定性的生物力学实验

背景：经椎间孔椎间融合适用于腰椎任何节段，并且保留了侧椎板和关节突关节的完整，较传统的椎间融合具有一定的优势，但有关其生物力学性能的研究很少。 目的：应用生物力学应力方法观察经椎间孔椎间融合术后及附加单侧和双侧椎弓根螺钉后腰椎即刻稳定性的变化。 设计、时间及地点：生物力学测试，于2005—08／2006—04在南通大学和上海大学生物力学研究所完成。 材料：新鲜1月龄小牛腰椎标本20具。 方法：20具小牛标本模拟临床手术，分别依次建立经椎间孔椎间融合单纯椎闾融合模型、经椎间孔椎间融合附加单侧椎弓根螺钉模型、经椎间孔椎间融合附加双侧椎弓根螺钉模型，每组5个标本，在脊柱三维运动测试机上进行生物力学测试。主要观察指标：记录应变、位移、应力、扭角等力学量。 结果：行单纯经椎间孔椎间融合后，虽然在平均应变和应力上变化不大，但刚度和扭转强度明显减小了，说明虽然椎间融合器的植入能提供即刻的稳定性。分别附加单侧椎弓根螺钉和双侧椎弓根螺钉固定后，其稳定性明显比单纯融合组加强了，甚至超过正常组，附加双侧内固定组的稳定性明显优于单侧内固定组。虽然附加单侧椎弓根螺钉固定后的腰椎稳定性逊于附加双侧椎弓根螺钉固定组，但是其即刻稳定性也大大地加强了，甚至超过了正常标本，说明附加单侧内固定同样也能提供腰椎术后足够的初始稳定性。 结论：单纯经椎间孔椎间融合后，腰椎的初始稳定性是不够的，附加单侧和双侧椎弓根螺钉固定都能明显的增加腰椎的初始稳定性。     

本刊已出版的“脊柱外科有限元分析”热点文章题录

不同矫形力矫正特发性脊柱侧凸的三维有限元分析[关键词]特发性脊柱侧凸;脊柱后凸;三维有限元分析自制椎板钩分散椎弓根螺钉系统应力作用的有限元分析[基金]2002年度广东省科技计划重点项目资助(2002C30206)[关键词]椎弓根螺钉;椎板钩;有限元分析以有限元法比较前路腰椎间融合后路关节突关节螺钉/椎弓根螺钉的固定应力     

AXIS钢板螺钉固定治疗寰枢关节不稳临床分析

寰枢关节不稳需要手术行内固定并植骨融合治疗,目前内固定方式有寰枢椎后弓间植骨钢丝内固定、椎板夹固定和后路经寰枢侧块关节螺钉内固定等.现在寰枢椎经椎弓根螺钉及经侧块螺钉固定方法[1～3]也为部分单位所应用.     

单枚椎间融合器并椎弓根螺钉单侧内固定治疗单侧腰椎间盘突出症

背景：对于仅有一侧腰腿痛的腰椎间盘突出症需手术治疗的患者,常见的治疗方法包括腰椎椎板开窗减压和全椎板切除加压加双侧椎弓根螺钉内固定,但其治疗效果均不理想。目的：探讨单侧椎弓根螺钉内固定结合单枚腰椎椎间融合器置入治疗出现一侧腰腿痛症状腰椎间盘突出症的可行性和临床效果。方法：新疆石河子人民医院对40例一侧腰腿疼痛为主要症状的腰椎间盘突出症患者行单枚腰椎椎间融合器置入+单侧椎弓根螺钉内固定治疗。治疗前后按日本骨科学会(JOA)1984年制定的腰腿痛疗效标准分别对患者进行治疗前和治疗后的随访评分,计算治疗后的改善率和优良率;并按Suk标准评定椎间融合率。结果与结论：40例患者均获得随访,时间6-60个月。切口均一期愈合,无切口感染。治疗后6个月JOA评分显著高于治疗前(P<0.05),优良率为88%。按Suk标准评定,38例患者影像学资料符合确认植骨融合或可能融合,椎间融合率为95%。剩余2例患者在治疗后9个月随访时达到上述标准。提示单枚椎间融合器置入加单侧腰椎椎弓根螺钉内固定治疗仅有一侧腰腿痛症状的腰椎间盘突出症可获得满意的效果。     

枢椎椎弓根-关节突复合体的解剖认识及其临床意义

目的：研究枢椎椎弓根-关节突复合体的解剖结构特征,探讨该解剖概念的临床意义。方法：观察80具枢椎干骨标本椎弓根-关节突部位的解剖结构特征。并随机抽取其中20具标本,在椎弓骨背侧表面做枢椎经椎弓根螺钉固定及经关节（C1-2）螺钉固定钉道投影画线,另2具标本按两种螺钉内固定方式设置直径3．5mm钉道,并螺旋CT扫描多平面重建（MPR）钉道断面影像,了解两种钉道与椎弓根-关节突结构的解剖关系。回顾性分析25例外伤致枢椎椎弓根-关节突部位骨折的CT资料,包括其中12例枢椎螺钉内固定术后CT,研究该部位骨折特点及钉道所在的断面解剖。结果：枢椎解剖学上,无严格定义下完整的椎弓根。而枢椎椎弓根-关节突作为复合体,具有解剖结构上整体性特征,其周围界线清楚。外伤致枢椎椎弓根-关节突复合体骨折可分为椎弓根一上关节突骨折、关节突间部骨折及单纯上关节突骨折。枢椎经椎弓根螺钉固定及经关节（C1-2）螺钉内固定的钉道均通过椎弓峡部中心,但起点不同,走向不同。结论：枢椎椎弓根关节突复合体作为临床解剖概念,具有解剖结构的完整性。明确该解剖概念及各构件对该区域骨折分类与螺钉内固定手术具有指导意义。     

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b5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b5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：L舶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问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。     

经皮腰椎椎板关节突螺钉引导器在椎板关节突螺钉植入中应用价值

目的 探讨自行设计的经皮腰椎椎板关节突螺钉引导器在椎板关节突螺钉植入中的安全性、准确性及临床应用价值.方法 腰椎退变性疾病患者52例,均行椎弓根钉联合对侧椎板关节突螺钉内固定、经椎间孔人路腰椎椎间融合术,根据椎板关节突螺钉植入方式分为引导器植入组25例和徒手植入组27例,比较2组手术时间、术中X线透视次数、术中出血量、...     

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。     

腰椎滑脱不同融合术式的三维有限元研究

目的通过建立腰椎后路椎间(PLIF)和后外侧(PLF)两种融合术的三维有限元模型,比较并判断融合后融合节段的稳定性以椎弓根螺钉和融合器上的应力及椎体位移有无显著性差异。方法利用健康志愿者L1～L5CT扫描的DICOM数据,通过计算机软件重建腰椎模型,进行有限单元网格划分,在腰4/腰5间置入椎弓根钉内固定系统,然后分别在椎间置入融合器生成腰椎后路椎间融合术式三维有限元模型,在横突间植入自体骨生成腰椎后外侧融合术式三维有限元模型。通过对模型进行轴向加压、前屈,后伸、侧弯及轴向扭转五种加载方法进行实验。结果建立L4/L5腰椎滑脱模型及后路腰椎椎间融合及腰椎后外侧融合的有限元模型,①观察对模型分别施加轴向压缩、侧弯、前屈、后伸、旋转载荷,PLF应力多集中在椎弓根钉与钛棒连接处、PLIF内固定系统应力为Cage所分散,未见明显应力集中;②对比在五种载荷下两种不同内固定位移PLIF组均小于PLF,P0.05。结论①建立了L4/L5滑脱不同后路融合术式的三维有限元模型。②在前屈、后伸、压缩、侧弯及扭转载荷下,相比PLF,PLIF位移更小,证实椎体间融合的稳定性优于和椎弓根螺钉内固定加后外侧植骨融合;③PLF应力多集中在椎弓根钉与钛棒连接处、PLIF内固定系统应力为Cage所分散,未见明显应力集中。     

脊柱内固定椎弓根螺钉置入后生物力学的稳定性

背景：椎弓根螺钉内固定系统由于具有牢固的三维固定效果、良好的生物力学稳定性以及较好的复位和矫正畸形作用,被广泛用于脊柱外科,但椎弓根螺钉系统松动、折断及螺钉拔出等并发症仍是导致内固定手术失败的主要原因. 目的：分析脊柱内固定植入物椎弓根钉的生物力学及稳定性探索. 方法：应用计算机检索万方、维普和PubMed数据库中1999年1月至2011年12月关于椎弓根钉植入后生物力学评价相关的文章,以“椎弓根钉,脊柱,内固定,稳定性,生物相容性”为关键词进行检索.选择脊柱内固定植入物生物力学及评价相关的文献,同一领域文献则选择近期发表或发表在权威杂志文章.初检得到260篇文献,根据纳入标准选择40篇文章进行综合分析. 结果与结论：要提高椎弓根螺钉系统对脊柱固定的稳定性,可通过改进内固定材料、设计和操作技术以分散固定界面应力,但对螺钉的改进受椎弓根和椎体大小的限制,如何从内固定系统装置上来增强固定效果,有待进一步研究.作者认为椎弓根螺钉植入后的稳定性评价应该结合动物实验和临床研究,包括椎弓根螺钉材质、置入位置、角度、固定装置等因素,还应该针对患者个体化因素进行,即对椎弓根螺钉置入遵循个体化原则,对每一个不同的椎弓根施以不同的置钉入点、方向及螺钉.     

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：作者未查及使用乏维有限元方法分析椎弓根螺钉内阚定并自体髂召’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吲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钥的应力分布情况。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-Ls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乍钉棒系统内固定＋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倚,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＋椎间自体骼骨植骨后更容易出现椎弓根螺钉断裂情况。     

Biomechanical comparison of cervical discectomy/fusion model using allograft spacers between anterior and posterior fixation methods (lateral mass and pedicle screw)

BackgroundThe purpose of this study is to investigate effects of different fixation methods on the physical stress on allospacers, endplate-vertebral body, and implants using finite element model analyses.MethodsStress distribution and subsidence risk according to the fixation methods under the condition of hybrid motion control were analyzed. The detailed finite element model of a previously validated, three-dimensional, intact cervical spinal segment model, with C5–C6 segmental fusion using allospacer, was used to evaluate the biomechanical characteristics of different fixation combinations, such as anterior plate/screws, lateral mass screw, and posterior pedicle screw.FindingsThe load sharing on allospacers increased in extension in order of posterior pedicle screws (21.4%), lateral mass screws (31.5%), and anterior plate/screws (56.6%). lateral mass screw demonstrated the highest load sharing (68.1%) on the allospacer in flexion. The Peak von Mises stress of the allospacer was the lowest in flexion and axial rotation but the highest in extension with anterior plate/screws. Allospacer subsidence risk was the lowest in extension, lateral bending, and axial rotation with posterior pedicle screws but the lowest in flexion with anterior plate/screws. The bone-screw loosening risk was the lowest in all modes with posterior pedicle screws but the highest with anterior plate/screws.InterpretationPosterior pedicle screws demonstrated the best mechanical stability of allospacer failure-subsidence and the lowest risk of screw loosening. Different motion restrictions depending on the fixation method should be considered for implant and allospacer safety.     

Biomechanical testing of different posterior fusion devices on lumbar spinal range of motion

BackgroundRecent minimal-invasive posterior fusion devices are supposed to provide stability and obtain fusion in combination with interbody cages in the instrumented segment. The aim of the present study is to evaluate the primary stability of two minimal-invasive posterior prototypes compared to an established spinous process plate and standard pedicle screw instrumentation.MethodsSeven fresh frozen human cadaver lumbar spines (L2–L5) were tested in a spinal testing device with a moment of 7.5 Nm. Spinal stability was determined as mean range of motion (RoM) in the segment L3/L4 during extension-flexion, lateral bending and axial rotation. The RoM was measured during five conditions: 1. intact; 2. working prototype composed of an interspinous device and process plates; 3. an established spinous process fixation device 4. working prototype of facet fixation and 5. pedicle screw fixation.FindingsAll devices caused a significant reduction of RoM during extension-flexion. The RoM during lateral bending was significantly reduced to 37% (of intact) by pedicle screws and 68% by facet fixation prototype. During axial rotation the RoM was significantly reduced to 52% by pedicle screws and to 86% by facet fixation prototype. The other devices had no significant influence on RoM during lateral bending and axial rotation.InterpretationThe facet fixation prototype provided less primary stability compared to pedicle screws, but had significant advantages over spinous process fixation techniques. The results encourage further testing of this implant as a minimal-invasive approach for posterior fixation.     

计算机导航下椎弓根置钉与徒手置钉的对比

背景：传统的椎弓根螺钉置入技术依赖于解剖标志辨识和术者的经验,即使有经验的脊柱外科医生也存在着置入螺钉位置不佳的可能。计算机导航系统可为椎弓根钉置入提供实时多平面图像,提高置入准确率。腰椎是椎弓根钉置入内固定最常见的应用部位之一,国内外尚无专门比较腰椎导航下置钉与徒手置钉的文献报道。目的：探讨计算机导航在腰椎椎弓根钉置入技术中的准确率及应用价值,并与徒手置钉进行对比。方法：纳入190例腰椎间盘突出症及腰椎管狭窄症患者,均行后路减压椎弓根钉置入内固定联合椎间或横突间植骨融合术。按随机对照原则分为2组,导航组90例,徒手置钉组100例。比较两组患者在椎弓根钉置钉时间、置钉准确率、穿出率、神经血管损伤发生率等方面是否存在差异。结果与结论：导航组共置入椎弓根钉480个,平均椎弓根钉置入时间（8．0±2．5）min,准确率为80．4％（386/480）;徒手置钉组共置入椎弓根钉514个,平均椎弓根钉置入时间（3．0±1．0）min,准确率为84．4％（430／514）。经统计学分析,导航组患者置钉时间显著长于徒手置钉组（P〈0．01）。在置钉准确率、螺钉穿出率、神经血管损伤发生率方面两组比较差异无显著性意义。提示在腰椎椎弓根置入内固定手术中,与徒手置钉相比,计算机导航在置钉准确率方面无明显优势,在置钉时间方面明显长于徒手置钉,计算机导航对腰椎椎弓根螺钉置入帮助不大。     

椎弓根螺钉内固定与植骨术治疗高龄患者腰椎不稳定

目的：观察腰椎管减压、横突间或椎体间植骨脊柱融合和椎弓根螺钉内固定手术治疗高龄退行性病变腰椎不稳定患者的效果。方法：1991年3月－1999年9月,对51例经长期正规保守治疗无效的腰椎退行性不稳定70岁以上高龄患者,入院行腰椎管减压、横突间或椎体间植骨和椎弓根螺钉内固定手术,观察手术后临床症状改善和X线片显示的植骨融合程度。结果：术后平均随访3年11个月（2－8.5年）,所有患者的症有不同程度的改善;临床植骨融合率90.2％;临床疗效：优35例,良18例,可8例,优良率为86.9％。结论：腰椎管减压、横突间或椎体间植骨和椎弓根螺钉内固定治疗腰椎退行性不稳定的疗效肯定,同样适合于高龄骨患者的手术治疗。