骨水泥椎体强化椎弓根钉置入对骨质疏松脊柱生物力学稳定性的影响

背景:伴有骨质疏松患者的脊柱内固定松动、脱落是脊柱外科一个复杂而棘手的问题.用聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥强化椎弓根螺钉可增加伴有骨质疏松患者的椎弓根螺钉防止椎弓根钉的松动及脱落.目的:评价聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥椎体强化后椎弓根钉固定对不稳定骨质疏松脊柱的生物力学稳定性影响.设计、时间及地点:体外生物力学实验,于2008-03在上海大学生物力学实验室完成生物力学实验.材料:12具新鲜老年女性尸体T10-L3椎体标本,制成T12、L1间的不稳定模型,采用椎弓根螺钉系统固定.方法:将标奉按照不同的处理方式分为4组.①对照组:为完整标本,只进行生物力学性能的测试.②一次固定组:对照组测试后随机选取6具不稳定模型,行T11～L2椎弓根钉固定.③二次固定组:一次固定组标本完成稳定性测试后,取出所有椎弓根螺钉,分别用注射器向T11～L2椎弓根钉道注入配制好的聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥骨水泥2.0 mL后再次拧入螺钉固定.④强化固定组:将余下的6具标本于T11～L2双侧椎弓根分别以直径3.5 mm的钻头导孔,沿孔道插入直径3.5 mm的穿刺导管,插入深度为40 mm,用加压注射器经导管缓慢向椎体内加压注射配制好的聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥3.5 mL后拧入螺钉固定.主要观察指标:进行轴向压缩、前屈,后伸、左,右侧弯、左,右旋转7项非损伤性加载,比较上述4组不同状态下脊柱的相对运动范围变化.结果:与一次固定组比较,二次固定组及强化固定组脊柱的相对运动范围增加(P<0.05),强化固定组与二次固定组组间比较,差异无统计学意义(P>0.05).结论:椎体成形强化椎弓根钉固定及钉道强化固定均可明显增强不稳定骨质疏松脊柱的稳定性.     

经后路椎弓根钉置入内固定结合硫酸钙椎体成形治疗胸腰椎压缩性骨折的生物力学特征

背景:目前硫酸钙骨水泥用于胸腰椎压缩性骨折的生物力学研究仅限于骨折椎的单个椎体,未对脊柱压缩性骨折经后路椎弓根固定以及骨折椎体硫酸钙骨水泥成形后的脊柱单元进行生物力学分析,如作为一个整体进行分析更符合临床的实际情况.目的:分析经后路椎弓根螺钉置入内固定结合硫酸钙椎体成形术治疗胸腰椎压缩性骨折的生物力学性能.设计、时间及地点:对比观察,于2009-03在上海大学生物力学研究所完成.材料:采集15具新鲜成年小牛胸腰椎标本,制成T_(11)～L_1脊柱功能单位,将标本分成3组,即正常完整标本组、后路复位椎弓根钉固定组及椎弓根钉固定结合硫酸钙椎体成形组.方法:除正常完整标本组外,将其他两组标本制成T_(12)椎体屈曲压缩性骨折模型,分别采用后路复位椎弓根钉固定及后路复位椎弓根钉固定结合硫酸钙椎体成形术.主要观察指标:3组标本在WE-10型万能材料试验机上加载不同级别载荷,在轴向压缩、屈曲、伸展、侧屈4种状态下检测脊柱功能单位的载荷-应变关系、载荷-位移关系、强度、刚度及抗扭等生物力学性能,进行组间比较.结果:胸腰椎载荷-应变及载荷-位移关系呈线性变化,椎弓根钉固定结合硫酸钙椎体成形组的椎体和椎间盘平均应变比后路复位椎弓根钉固定组低14%和12%,比正常完整标本组的低21%和13%.3组标本位移比较,椎弓根钉固定结合硫酸钙椎体成形组位移分别比后路复位椎弓根钉固定组、正常完整标本组减少25%和37%.胸腰椎脊柱功能单位的椎体和椎间盘的强度,椎弓根钉固定结合硫酸钙椎体成形组比后路复位椎弓根钉固定组高14%和24%,比正常完整标本组高13%和20%.胸腰椎刚度方面,椎弓根钉固定结合硫酸钙椎体成形组比后路复位椎弓根钉固定组、正常完整标本组分别高44%和53%.胸腰椎脊柱功能单位最大抗扭强度方面,椎弓根钉固定结合硫酸钙椎体成形组分别比后路复位椎弓根钉固定组、正常完整标本组高18%和30%;扭转刚度方面,椎弓根钉固定结合硫酸钙椎体成形组分别比后路复位椎弓根钉固定组、正常完整标本组高30%和40%.以上数据差异均具有显著性意义(P<0.05).结论:经后路椎弓根螺钉置入内固定结合硫酸钙椎体成形术治疗胸腰椎压缩性骨折的生物力学性能是优越的,不但强度、刚度大,而且术后的胸腰椎体稳定,有利于减轻内植物的应力负荷,进而降低螺钉的松动、折断发生率及术后椎体高度的丢失.     

腰椎融合固定和非融合固定生物力学分析

目的探讨腰椎Isola椎弓根钉系统内固定和DIAM固定后椎体的生物力学特性的变化。方法 9具尸体腰椎(L1～5)标本建立力学测试模型,分为A:正常对照组;B:腰椎DIAM固定组;C:腰椎Isola椎弓根钉系统内固定组。应力加载方式为轴向压缩、前屈、后伸、侧屈等4种,测试各种工况的生物力学变化。结果采用DIAM固定,腰椎的集中应力被分散,同时起到了固定的作用。Isola椎弓根钉系统内固定同样能使椎体稳定,但是坚强内固定较正常椎体应力下降过大,形成应力遮挡,增加了邻近节段的应力水平。结论 DIAM棘突间植入物能够改善由于后部结构缺损造成的脊柱稳定性降低。Isola椎弓根钉系统能增强腰椎的稳定性,但融合相邻节段的应力增加。     

两种固定器固定脊柱骨折脱位的生物力学分析

背景:胸腰椎脊柱骨折脱位的治疗方法主要是通过手术以内、外固定器械进行复位固定.脊柱骨折脱位固定治疗是国内外学者们研究的重要课题.目的:从生物力学角度对临床应用治疗脊柱骨折脱位的椎弓根钉和钢板固定器进行定量分析,为临床提供力学参数.方法:在日本岛津电子万能试验机上对模拟L_1椎体骨折脱位以钢板固定和以椎弓根钉固定标本进行前屈、后伸、压缩、扭转实验,实验速度为5 mm/min,在扭转试验机上进行扭转实验,实验速度为0.05(°)/s.以统计分析和配对t检验方法处理实验数据.结果与结论:实验结果表明各组压缩实验结果差异无显著性意义(P>0.05).椎弓根钉固定组左、右扭转角度小于钢板固定组(P<0.05).椎弓根钉固定组前屈、后伸位移小于钢板固定组(P<0.05).提示骨折脱位后钢板内固定效果不如椎弓根固定,而锥弓根钉内固定有利于促进骨折愈合和复位,所以椎弓根钉固定是一种较好的内固定方法.     

伤椎传统短节段椎弓根螺钉固定与附加椎弓根螺钉固定后椎体生物力学稳定性的比较

背景：目前通常采用在骨折椎相邻的上下椎弓根置入螺钉复位、固定的方法治疗胸腰椎骨折,但固定后容易出现伤椎高度恢复不够,融合节段后突畸形及内固定失败等并发症。一般认为固定螺钉少是内固定失败的重要原因。目的：比较在治疗胸腰椎骨折时,增加骨折椎椎弓根螺钉固定是否较传统后路短节段椎弓根螺钉固定有生物力学优势。设计、时间及地点：对比观察实验,于2007-10/2008-02在南方医科大学解剖实验室完成。材料：6具新鲜冰冻家猪胸腰椎标本T14-L3节段。方法：测量完整标本前屈-后伸、侧屈及旋转的稳定性后,通过重物撞击技术制造伤椎骨折模型,然后对每个标本行传统短节段椎弓根螺钉固定（4枚螺钉固定）及增加骨折椎椎弓根螺钉固定（6螺钉固定）。主要观察指标：①完整标本、4螺钉固定标本、6螺钉固定标本中前屈-后伸、侧屈、旋转的运动范围。②4螺钉固定及6螺钉固定在3个轴向运动范围与完整标本运动范围的比值。结果：6枚螺钉固定在前屈、后伸、侧屈状态下的运动范围均小于对照组和4枚螺钉固定组（P〈0.01）,6枚螺钉固定组和4枚螺钉固定组旋转运动范围均高于对照组（P〈0.01）。6枚螺钉固定在3个轴向运动范围与完整标本运动范围的比值均高于4枚螺钉固定。结论：附加伤椎置钉较传统的4枚螺钉固定可增加生物力稳定性,有助于椎体高度恢复的保持和复位。     

椎弓根钉棒系统治疗腰椎骨折32例

目的总结基层医院应用椎弓根钉棒系统治疗腰椎骨折32例的经验。方法采用椎弓根钉棒系统治疗32例腰椎骨折,随访、总结、分析手术疗效。结果32例患者术后随访6～28个月,脊柱生理弯曲、椎体前缘高度恢复理想,疗效满意。结论椎弓根钉棒系统结构简单、操作方便、复位确切、固定可靠,重建了脊柱的生理弯曲、椎体前缘高度恢复理想,是基层治疗腰椎骨折的较理想方法。     

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,P〈0．05。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。     

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。     

经胸腰段伤椎单节段椎弓根螺钉固定后的生物力学特性

背景：临床常采用经伤椎椎弓根螺钉内固定治疗胸腰椎骨折,研究已证实经伤椎双侧椎弓根螺钉固定后脊柱稳定性加强,但也有研究认为经伤椎单节段椎弓根螺钉固定足以增加脊柱的稳定性,但此结论缺乏生物力学结果支持。 目的：观察胸腰段椎体骨折经伤椎单节段固定的相关生物力学特性。 方法：取扬州大学医学院解剖教研室提供8具中国人新鲜胸腰段标本（T11-L3）,锯条横断2/3椎体,制成完整胸腰段椎体实验标本,将8具标本等分成跨伤椎固定组和单节段经伤椎固定组,分别在跨伤椎临近椎体四钉固定和临近椎体四钉固定＋经伤椎单侧椎弓根固定。 结果与结论：胸腰段椎体骨折后经跨伤椎固定与经单节段伤椎固定的载荷-应变关系相差12%、载荷-位移关系相差11%、强度相差18%、轴向刚度相差11%、扭转力相差11%及拔出力相差1.8%,两组差异有显著性意义（P〈0.05）,说明经伤椎单节段固定胸腰段椎体骨折的生物力学性能更好。     

腰椎椎弓根螺钉系统断裂的三维有限元分析

背景：椎弓根螺钉系统已是最为常用的脊柱内固定器械，但其钉棒断裂在临床上仍时有发生。目的：利用三维有限元分析腰椎椎弓根螺钉系统在临床中断裂的并发症，以期提高手术成功率。设计、时间及地点：三维有限元分析，于2007-11／2008—03在南方医科大学珠江医院完成。对象：选择1名成年志愿者，年龄27岁，身高174cm，体质量63k，经X射线检查排除脊柱疾病。方法：建立腰椎椎弓根螺钉系统内固定的三维有限元模型，并分别施加压缩、前屈、后伸、侧屈及旋转5种生理载荷，对比分析不同载荷下螺钉、连接棒的应力分布。主要观察指标：不同载荷下螺钉、连接棒各部分的应力。结果：椎弓根螺钉系统各部分于垂直压缩下的应力远小于前屈、后伸、侧屈及旋转时所受压力。垂直压缩下应力主要集中在螺钉近棒段，而在前屈、后伸、侧屈及旋转时应力主要集中在连接棒上。结论：椎弓根内固定系统设计及类型的选择，术中的规范操作．术后康复活动的指导及保护、适时取出内固定等对预防其断裂均十分重要。     

椎弓根螺钉置入内固定与单纯椎管减压治疗退行性腰椎滑脱的比较

背景:随着脊柱内固定和脊柱融合技术的发展,脊柱融合已成为腰椎退行性滑脱症毫无争议的"金标准"。同时,邻近节段退行性变的问题引起人们越来越多的关注。目的:观察椎弓根螺钉内固定置入植骨融合治疗退行性腰椎滑脱的临床疗效、手术节段稳定性及其对相邻节段的影响,并与单纯椎管加压进行对比。方法:选择天津医科大学总医院骨科收治的退行性腰椎滑脱患者38例,排除失访3例,余35例中采用椎弓根固定后外侧融合21例,单纯椎管减压14例。单纯椎管加压组用咬骨钳咬除黄韧带和椎板解除神经根后方的压迫,用骨凿凿除向前滑脱的椎体后缘与下位相邻椎体后缘形成的相对性突起;椎弓根螺钉固定植骨融合组按Wein-stein法定位椎弓根钉进针,拧入椎弓根螺钉,根据受压情况进行椎板减压。按Oswestry功能障碍指数综合评价临床疗效,观察过伸、过屈位时的水平位移及角移位,采用UCLA系统来评价邻近节段退变情况。结果与结论:35例患者随访时间1年。椎弓根螺钉固定植骨融合组优良率显著高于单纯椎管加压组(P<0.05)。椎弓根螺钉固定植骨融合对腰椎稳定性影响不大,邻近节段退变置入前和置入后1年无明显变化。单纯椎管加压对腰椎稳定性影响显著,同时治疗前和治疗后1年邻近节段退变无明显变化。提示椎弓根螺钉内固定置入植骨融合治疗退行性腰椎滑脱疗效满意,对腰椎稳定性影响小,并且置入后早期对椎间盘的邻近节段影响不大。     

椎弓根螺钉置入内固定与单纯椎管减压治疗退行性腰椎滑脱的比较

背景：随着脊柱内固定和脊柱融合技术的发展,脊柱融合已成为腰椎退行性滑脱症毫无争议的＂金标准＂。同时,邻近节段退行性变的问题引起人们越来越多的关注。目的：观察椎弓根螺钉内固定置入植骨融合治疗退行性腰椎滑脱的临床疗效、手术节段稳定性及其对相邻节段的影响,并与单纯椎管加压进行对比。方法：选择天津医科大学总医院骨科收治的退行性腰椎滑脱患者38例,排除失访3例,余35例中采用椎弓根固定后外侧融合21例,单纯椎管减压14例。单纯椎管加压组用咬骨钳咬除黄韧带和椎板解除神经根后方的压迫,用骨凿凿除向前滑脱的椎体后缘与下位相邻椎体后缘形成的相对性突起;椎弓根螺钉固定植骨融合组按Wein-stein法定位椎弓根钉进针,拧入椎弓根螺钉,根据受压情况进行椎板减压。按Oswestry功能障碍指数综合评价临床疗效,观察过伸、过屈位时的水平位移及角移位,采用UCLA系统来评价邻近节段退变情况。结果与结论：35例患者随访时间1年。椎弓根螺钉固定植骨融合组优良率显著高于单纯椎管加压组（P〈0.05）。椎弓根螺钉固定植骨融合对腰椎稳定性影响不大,邻近节段退变置入前和置入后1年无明显变化。单纯椎管加压对腰椎稳定性影响显著,同时治疗前和治疗后1年邻近节段退变无明显变化。提示椎弓根螺钉内固定置入植骨融合治疗退行性腰椎滑脱疗效满意,对腰椎稳定性影响小,并且置入后早期对椎间盘的邻近节段影响不大。     

Cage椎弓根内固定联合自体颗粒骨打压植骨的即时生物力学稳定性

背景：自体骨移植结合椎间融合器联合椎弓根螺钉常运用于椎体融合,但单纯颗粒骨打压联合椎弓根钉的临床生物力学研究报道不多。目的：比较后路自体颗粒骨打压植骨内固定及Cage内固定的即时生物力学稳定性。方法：利用腰椎后路附件逐级破坏和椎间盘切除制作腰椎不稳模型。12具猪腰椎标本随机分为两组：打压植骨结合椎弓根螺钉内固定组（实验组）,Cage结合椎弓根螺钉内固定组（对照组）。使用脊柱三维运动测试机模拟人体对两组标本在正常、不稳、融合3个状态下进行前屈、后伸、左右侧屈、左右旋转等各个活动的生物力学测试,三维激光扫描仪测定不同载荷下不稳节段的运动范围。结果与结论：正常状态下,两组间L2～3节段各方向运动范围差异无显著性意义（P〉0.05）,说明两组标本均衡性好,具有可比性;与正常状态相比,两组不稳状态各方向运动范围亦明显增加（P〈0.05）;融合后对照组L2～3节段椎间各方向运动范围均较实验组小,但差异无显著性意义（P〉0.05）。说明自体颗粒骨打压植骨内固定与Cage内固定均能明显提高脊柱的即时生物力学稳定性,而且两组对于改善脊柱稳定性无显著性差异。     

磷酸钙骨水泥强化椎弓根螺钉固定的生物力学特性

背景:聚甲基丙烯酸甲酯能改善椎弓根螺钉和周围骨质间界面的情况、显著提高螺钉固定强度,但它在术中和术后伴有聚合热损伤效应、毒性和不可吸收等缺点。磷酸钙骨水泥具有生物相容性和生物安全性好、可降解、不产生聚合热等优点,是一种较理想的聚甲基丙烯酸甲酯替代材料。目的:从生物力学方面评价磷酸钙骨水泥对椎弓根螺钉固定的强化作用。设计:随机对照,重复观察测量。单位:南京医科大学第二附属医院骨科。材料:实验于2002-08/2003-02在华中科技大学同济医学院完成。①由同济医科大学解剖教研室提供两具新鲜男性尸体椎骨,一具52岁,一具50岁。各取10个椎骨(T8～12,L1～5)分别构成52岁组和50岁组。摄X线片排除先天性畸形、骨折和肿瘤等病变。两组椎骨均为Ⅰ级骨质疏松,符合实验要求。②磷酸钙骨水泥固相主要成分是磷酸四钙和磷酸三钙超细粉末,液相主要成分是枸橼酸盐溶液,使用时按1g固相:1mL液相的比例进行配制,初步凝固时间15min,最终凝固时间12h,最大压缩强度介于45～57MPa。③椎弓根螺钉自制,螺钉直径5mm,螺纹段长34mm,螺距2mm,螺纹深0.8mm。方法:①磷酸钙骨水泥最终凝固时强化椎弓根螺钉固定的生物力学测试:取50岁组椎骨作为测试对象。对照侧:钉道直接置入椎弓根螺钉;强化侧:填入磷酸钙骨水泥再置入椎弓根螺钉。置钉后的椎骨在37℃恒温箱里放置12h,然后测定椎弓根螺钉的最大轴向拔出力。②磷酸钙骨水泥初步凝固时强化椎弓根螺钉固定的生物力学测试:取52岁组椎骨作为测试对象。用同样方法在椎弓根对照侧直接置入椎弓根螺钉,强化侧填入骨水泥后再置入椎弓根螺钉,37℃恒温箱里放置15min,测定椎弓根螺钉初步凝固时的最大轴向拔出力。③磷酸钙骨水泥强化松动椎弓根螺钉固定的生物力学测试:取测试后的50岁组椎骨,用磷酸钙骨水泥重新固定12h后拔松的椎弓根螺钉,测定其两侧的最大轴向拔出力。主要观察指标:①磷酸钙骨水泥最终凝固时强化椎弓根螺钉固定的生物力学测试结果。②磷酸钙骨水泥初步凝固时强化椎弓根螺钉固定的生物力学测试结果。③磷酸钙骨水泥强化松动椎弓根螺钉固定的生物力学测试结果。结果:①50岁组对照侧和强化侧的椎弓根螺钉最大轴向拔出力中位数分别为620N和1136N,强化侧较对照侧增加83%(P<0.01)。强化骨-螺钉界面的抗剪切应力中位数从1.16N/mm2增加到2.13N/mm2。②52岁组对照侧和强化侧的椎弓根螺钉最大轴向拔出力中位数分别为554.5N和859.5N,强化侧较对照侧增加55%(P<0.01)。强化骨-螺钉界面的抗剪切应力中位数从1.039N/mm2增加到1.61N/mm2。③50岁组椎骨对照侧和强化侧重新固定12h后最大轴向拔出力中位数分别为517N和876N,和同侧松动后轴向拔出力中位数比较,分别增加了63.6%和54.2%(P均<0.01)。结论:磷酸钙骨水泥初步凝固和最终凝固时能强化椎弓根螺钉的固定,并且椎弓根螺钉松动后使用磷酸骨水泥能使螺钉重新获得固定。椎体强化侧的椎弓根螺钉均从骨-螺界面剥离开来,不伴周边骨质和椎弓根的严重损害,有利于螺钉松动、拔出后的二次置入。     

椎弓根螺钉内固定稳定性的生物力学分析

目的胸腰椎骨折采用椎弓根螺钉内固定,其疗效与螺钉固定的长度、螺钉的植入方向以及骨密度大小诸因素相关,为此进行生物力学分析,为临床手术提供依据.方法采用6具成人新鲜脊柱标本,应用实验应力分析手段进行测试.结果长螺钉的应变比短螺钉应变在压缩、前屈、后伸、侧屈分别小16%,41%,56%,41%;其强度分别提高16%,41%,55%,41%;其脊柱位移分别小18%,25%,32%,30%;轴向刚度分别提高18%,25%,32%,30%(F处理=60.2,v处理=2,v误差=14,P均＜0.05).螺钉平行植入与椎弓根成7°角植入,后者其拔出力大20%,拔出位移增加7%,能量增加18%(F处理=60.2,v处理=2,v误差=14,P＜0.05).骨密度对拔出力的影响,正常组与骨质疏松组相差67%,相应的相对位移、应变、能量两组平均相差均在16%以上(F处理=60.2,v处理=2,v误差=14,P＜0.05).结论注意椎弓根螺钉固定的相关因素,对脊柱骨折固定强度、刚度和稳定性有重要作用.     

单节段融合双节段置入物固定B型胸腰椎爆裂性骨折的生物力学研究

背景:胸腰椎爆裂骨折Dennis分型B型伤椎下位椎间盘尤明显M1jJWOW合节段,(伤椎与上位椎体)手术方式已有人提出,但由于伤椎本身的损伤,切除部分椎体后置入固定螺钉容易松动,甚至无法固定.而将固定螺钉置入伤椎下位椎体通过单节段融合双节段固定来稳定脊柱是否完全可行尚无定论.目的:从生物力学角度观察单节段融合双节段置入物固定B型胸腰椎爆裂骨折的可行性.设计、时间及地点:随机分组设计,体外对比观察,于2007-06/2008-06在南方医科大学生物力学实验室完成.材料:取7-9月龄新鲜冰冻家猪胸腰椎标本20具,其中10具为完整标本,10具为通过预损伤逐级撞击法制备的L1爆裂性骨折日型标本.方法:收集新鲜猪下,3-L3节段胸腰椎标本,建立胸腰椎爆裂性骨折B型模型.实验分为4组,完整标本组(n=10):新鲜猪T13-L3节段标本;失稳组(n=10):采用预损伤逐级撞击法制备的L,爆裂性骨折B型标本;切除椎间盘内固定组(n=10)稳组经生物力学检测后,切除伤椎上位椎间盘连同椎体上1/2,取骼骨植骨,使用山东威高骨科材料有限公司U-FRONT胸腰椎前路双棒系统侧前方固定T14-L2 椎体.切除两椎间盘内固定组(n=10):将切除一椎间盘内固定组检测后切除伤椎及下位椎间盘,骼骨植骨,用威高U-FRONT系统前侧方固定T14-L2椎体.植骨块长度比植骨区长1 mm.主要观察指标:在三维运动试验机上检测并记录加载力矩为10 N·m时各组T14-L2节段前屈、后伸、左右侧弯、轴向旋转的三维运动范围.结果:失稳组在伸屈、左右侧弯、轴向旋转方面表现出明显不稳,运动范围与完整标本组相比均明显增大(P＜0.01).切除一椎间盘内固定组及切除两椎间盘内固定组初始稳定性则有明显提高,伸屈、左右侧弯、轴向旋转运动范围与抶稳组相比亦明显减小(P＜0.05);两组标本伸屈、左右侧弯的运动范围与完整标本相比均明显减小,而轴向旋转运动范围明显增加(P＞0.05).切除一椎间盘内固定组轴向旋转小于节除两椎间盘内固定组(P＜0.05).结论:单节段融合双节段固定治疗胸腰椎爆裂骨折B型,在前屈、左右侧弯方向均有良好的初始稳定性,左右旋转初始稳定性较的切除两椎间盘伤椎次全切植骨内明显提高.     

矢向轴动态椎弓根钉棒系统固定腰椎失稳有限元分析

[目的]利用有限元方法对矢向轴动态椎弓根钉棒内固定系统固定腰椎失稳模型的生物力学特性进行评价,为此动态内固定系统临床应用提供生物力学基础和理论依据.[方法]采用预先获取的健康成年中国男性志愿者的腰椎CT数据建立腰椎正常模型及L4,5失稳模型.根据矢向轴动态椎弓根钉棒系统和坚强椎弓根钉棒系统的材料参数计算和构建有限元模型,并将其导入已通过验证的腰椎失稳模型,分别构建L4,5单节段动态固定模型和坚强固定模型.约束L5椎体下终板,在轴向500N载荷和10N·m力矩下分别模拟人体腰椎正常生理轴向载荷、前屈、后伸、侧弯和旋转五种工况,分别记录4种模型轴向载荷工况下L4,5轴向位移及后四种工况下L4,5固定节段及L3,4邻近节段活动度、椎间盘应力、邻近节段小关节的应力和器械应力,并进行分析比较.[结果]矢向轴动态椎弓根钉棒系统固定失稳腰椎可让固定节段椎间关节留有大于坚强固定组、小于完整脊柱组运动范围的适当活动度,对邻近节段腰椎活动度的影响也小于坚强固定组,同时固定节段椎间盘应力较坚强固定组大,器械应力却小于坚强椎弓根钉棒系统,邻近节段腰椎间盘及椎间小关节应力也小于坚强固定组.[结论]应用矢向轴动态椎弓根钉棒系统固定失稳腰椎,既保留了腰椎固定节段适当活动性,又能提供即刻的稳定性;同时该系统与脊柱合力承担载荷,能有效避免因术后应力遮挡及器械应力集中引起的内固定失效等并发症;它也能降低邻近节段椎间盘及椎间关节的应力,对邻近节段腰椎活动度影响也较坚强固定小,理论上有利于减少和预防邻近节段退变.     

A biomechanical study of proximal junctional kyphosis after posterior long segment fusion with vertebral body augmentation

BackgroundProximal junction kyphosis is a common clinical complication of posterior long-segment spinal fusion and vertebral body augmentation method is one of the effective approaches to prevent it. The purpose of this study was to explore the biomechanical effect of proximal junction kyphosis after posterior long-segment thoracolumbar fusion with different vertebral augmentation schemes using finite element analysis.Methods3D nonlinear finite element models of T1-L5 spine posterior long-segment T8-L5 thoracolumbar fusion combined with T7, T8 and T7&T8 vertebral bone cement augmentation were constructed from human spine CT data and clinical surgical operation scheme to analyze the von Mises stress in the vertebrae, intervertebral discs pressure and pedicle screws system loads under the flexion, extension, lateral bending and axial rotation motion.FindingsCompared with thoracolumbar posterior long-segment fusion model, T7 maximum stress in T7, T8 and T7&T8 vertebrae augmentation models were reduced by 8.64%, 7.17%, 8.51%;0.79%, −3.88%,1.67%;4.02%, 5.30%, 4.27% and 3.18%, 3.06%, −6.38% under the flexion, extension, lateral bending and axial rotation motion. T7/T8 intervertebral disc pressure in T7, T8, T7&T8 vertebral augmentation models were 36.71Mpa,29.78Mpa,36.47Mpa;22.25Mpa,18.35Mpa,22.06Mpa;84.27Mpa,68.17Mpa, 83.89Mpa and 52.23Mpa, 38.78Mpa,52.10Mpa under the same condition. The maximum stress 178.2Mpa of pedicle screws is mainly distributed at the root of screw.InterpretationThoracolumbar posterior long-segment fusion with proximal double-segment vertebral augmentation should be recommended to prevent proximal junction kyphosis than single-segment augmentation. Simulation results can provide theoretical foundations and assist surgeons in selecting the appropriate operation scheme.