Coflex和X-STOP治疗腰椎管狭窄的生物力学性能

目的分析棘突间撑开器Coflex和X-STOP在治疗腰椎管狭窄中的不同生物力学特性,为棘突间植入物的设计改进提供参考。方法依据1名正常志愿者中立位下螺旋CT扫描资料构建L2~5健康腰椎有限元模型、L4/5椎间盘轻度退变有限元模型、棘突撑开器X-STOP和Coflex的动态固定模型,并对4组模型分别模拟前屈、后伸、侧弯和轴向旋转,验证和对比分析活动度(range of motion,ROM)的变化和应力在棘突和撑开器上的分布。结果与退变模型相比,Coflex和X-STOP有效限制退变节段后伸ROM-48.12%和-75.35%,Coflex还能限制前屈ROM-59.58%,侧弯和扭转ROM不受限制。Coflex和X-STOP减少椎间盘后伸时应力达-58.03%和-80.75%,Coflex在前屈时应力减少-52.84%。侧弯和扭转的ROM基本不受影响。Coflex最大应力发生在前屈时U型弯处,X-STOP最大应力出现在扭转时左翼螺钉连接处。Coflex与腰椎接触最大应力发生在扭转时,为31.38 MPa。X-STOP与腰椎接触最大应力发生在侧弯时,为46.86 MPa。结论 Coflex和X-STOP是治疗腰椎管狭窄的有效方法,均可以显著降低后伸ROM和椎间盘压力,对相邻节段无明显影响。     

Coflex和X-STOP在治疗腰椎管狭窄中生物力学性能研究

目的 分析棘突间撑开器Coflex和X-STOP在治疗腰椎管狭窄中的不同生物力学特性,为棘突间植入物的设计改进提供参考。方法依据1名正常志愿者中立位下螺旋CT扫描资料构建L2~5健康腰椎有限元模型、L4/5椎间盘轻度退变有限元模型、棘突撑开器X-STOP和Coflex的动态固定模型,并对4组模型分别模拟前屈、后伸、侧弯和轴向旋转,验证和对比分析活动度（range of motion, ROM）的变化和应力在棘突和撑开器上的分布。结果与退变模型相比,Coflex和X-STOP有效限制退变节段后伸ROM-48.12%和-75.35%,Coflex还能限制前屈ROM-59.58%,侧弯和扭转ROM不受限制。Coflex和X-STOP减少椎间盘后伸时应力达-58.03%和-80.75%,Coflex在前屈时应力减少-52.84%。侧弯和扭转的ROM基本不受影响。Coflex最大应力发生在前屈时U型弯处,X-STOP最大应力出现在扭转时左翼螺钉连接处。Coflex与腰椎接触最大应力发生在扭转时,为31.38 MPa。X-STOP与腰椎接触最大应力发生在侧弯时,为46.86 MPa。结论Coflex和X-STOP是治疗腰椎管狭窄的有效方法,均可以显著降低后伸ROM和椎间盘压力,对相邻节段无明显影响。     

腰椎棘突间Coflex动态固定的三维有限元分析

目的比较腰椎棘突间Coflex动态固定、单纯减压及坚强固定术后各节段活动度及椎间盘应力,分析Coflex系统的生物力学特点。方法运用三维有限元方法建立正常成人腰骶椎模型,及开窗减压、棘突间Coflex动态固定、椎弓根钉棒坚强固定模型,约束骶骨及髂腰韧带,施加500N预载荷和7.5Nm运动附加力,测量腰椎节段各方向的活动度及椎间盘应力。结果 Coflex固定模型活动度和椎间盘应力分别为,植入节段(L4/5):前屈3.15°,2.571MPa,后伸1.21°,2.109MPa;上位邻近节段(L3/)4:前屈3.46°,2.001MPa,后伸2.75°,3.149Mpa;下位邻近节段(L5S1):前屈3.22°,2.681MPa,后伸2.46°,3.812MP。结论 Coflex动态固定可保留植入节段部分活动度并减低其椎间盘应力,而对相邻节段活动度及椎间盘应力无明显影响。     

Coflex棘突间动力重建系统治疗腰椎退变性疾病18例

背景：近年来脊柱非融合技术一直是脊柱外科研究与争论的热点。Coflex棘突间动力重建系统作为腰椎后路非融合器材,国外虽已应用较长时间,但国内尚处于试用阶段。 目的：探讨Coflex棘突间动力重建系统治疗腰椎退变性疾病的适应证,并对其早期临床疗效进行评价。 方法：2008-10/2010-06使用Coflex棘突间动力重建系统治疗腰椎退变性疾病31例,对其中随访超过1年的18例患者临床资料进行分析总结。治疗方式均为后路髓核摘除,椎管减压、Coflex棘突间动力重建系统置入;1例患者术中置入2枚Coflex。治疗前及各次随访时均对患者进行日本骨科学会下腰痛功能量表、中文版Oswestry功能障碍指数量表及目测类比评分法评估,并测量治疗前后、各次随访时腰椎前屈后伸位置入节段及其上下节段活动范围、Colfex上下极板夹角及置入节段椎间隙高度。 结果与结论：患者均获随访,随访时间12~20个月。末次随访时患者日本骨科学会下腰痛功能量表评分、中文版Oswestry功能障碍指数量表评分及目测类比评分均获显著改善;治疗前后置入节段椎间高度及其上下节段椎间活动度差异均无显著性意义(P > 0.05),末次随访时Coflex上下极板夹角在过伸位较中立位显著增大(P < 0.05)。提示Coflex棘突间动力重建系统对腰椎间盘突出症、椎管狭窄及腰椎不稳等腰椎退变性疾病安全有效,在腰椎后伸时能够有效分担载荷,同时对腰椎生理活动影响较小,有利于维护腰椎功能,早期临床疗效肯定。     

腰椎单节段棘突问CoflexTM固定对脊柱三维运动的影响

目的:探讨棘突间稳定装置CoflexTM单节段固定后对固定及邻近节段活动度的影响.方法:选取6具新鲜成人尸体脊柱标本(L1～S1段),进行前屈/后伸、左右侧弯/旋转6个运动方向的稳定性测试.计算L2/3,L3/4和L4/5的=三维运动范围(ROM)和中性区(NZ),分别比较完整标本(a);CoflexTM固定L3/4(b);L3/4双侧部分失稳(c);c+b(d)4种状态下3个节段的活动度.结果:ROM值:L3/4前屈时状态b＜a,d＜c(P＜0.01),后伸时状态b、d＜a、c(P＜0.01),旋转时状态b＜a、d＜c(P＜0.05);L2/3和L4/5后伸时状态b、d＞a、C(P＜0.05),前屈及旋转时无差别(P＞0.05);侧弯时3个节段4种状态下均无差别(P＞0.05).结论:CoflexTM可以限制同定节段的前屈、后伸和旋转运动,使上下各一个邻近节段后伸活动度增加,前屈和旋转活动度无变化;对侧弯活动度均无影响.     

单侧椎弓根钉棒固定单节段腰椎及其邻近节段生物力学研究

目的分析单侧椎弓根钉棒固定对单节段腰椎的生物力学稳定性及其对邻近节段活动度的影响。方法新鲜成人尸体腰椎标本6具,测定L4～5不稳固定节段及其上下邻近节段屈伸、左右侧弯、左右旋转6个方向ROM,按4组顺序依次测试:A组(完整组);B组(模拟L4～5不稳组);C组(单侧椎弓根钉棒固定+椎间单枚cage);D组(双侧椎弓根钉棒固定+椎间单枚cage)。结果L4～5节段除左侧弯外,C组与D组相比各运动方向ROM差异无统计学意义(P0.05);L3～4、L5～S1节段除左、右侧弯外,C组与D组相比各运动方向ROM差异无统计学意义(P0.05)。结论单侧椎弓根钉棒固定对单节段腰椎在大部分运动方向上具有与双侧固定相似的即刻稳定性,邻近节段侧弯活动度较双侧固定后更少。     

有限元分析颈椎棘突骨折内固定有效性

通过对颈椎棘突骨折(累及椎板)内固定治疗有限元模型的建立和分析,明确此种治疗方式对颈椎棘突骨折的有效性。先建立正常全颈椎(C0-T1)的有限元模型并与文献报告进行对比验证,模型验证后,在正常模型基础上建立颈椎棘突骨折(累及椎板)模型,并模拟直型接骨板行内固定治疗,测量并比较颈椎棘突骨折模型及手术内固定模型和原始正常模型在前屈、后伸、左右侧弯、左右旋转6种条件下活动度改变。以及颈椎各结构的应力变化。结果表明,在正常模型上结合临床病例建立的颈椎棘突骨折(累及椎板)外观逼真,生物力学相似度良好。骨折模型部分节段,主要为C7-T1的活动度(前屈+后伸9.20°,左右侧弯5.83°,左右旋转13.12°)较正常模型(前屈+后伸7.11°,左右侧弯4.92°,左右旋转 9.59°)增大,尤其是旋转活动度,模拟植入内固定后稳定性增加(前屈+后伸4.07°,左右侧弯2.21°,左右旋转2.91°),且内固定钢板应力分析提示,承受最大应力值在安全范围。颈椎棘突骨折(累及椎板)及内固定模型可以较好地模拟临床实际病例,通过有限元分析预示,此型骨折存在潜在不稳的可能性,探讨微型棘突钢板在骨折手术治疗中的应用,具有一定的临床参考价值。     

颈椎棘突骨折累及后方韧带复合体损伤对羊颈椎生物力学稳定性的影响

目的通过体外羊标本模拟颈椎棘突骨折累及后方韧带复合体(posterior ligamentous complex,PLC)损伤对颈椎生物力学稳定性的影响,探讨颈椎后方结构在维持颈椎稳定性中的作用。方法将新鲜羊颈椎C3~6标本24具随机平均分为3组:正常对照组(A组);单纯颈椎棘突骨折组(B组);颈椎棘突骨折合并PLC损伤组(C组)。在1.5 N·m力矩加载下,分别测量各组在前屈、后伸、左右侧弯和左右旋转6种工况下颈椎活动度(range of motion,ROM),使用单因素方差分析比较3组之间的ROM差异。结果单纯颈椎棘突骨折对羊颈椎稳定性影响不大,各工况下ROM同正常对照组比较差异无统计学意义(P0.05);颈椎棘突骨折合并PLC损伤组在前屈、后伸及左右旋转工况下ROM显著增加,同正常对照组相比,差异具有统计学意义(P0.05),颈椎棘突骨折合并PLC损伤组在左右侧弯工况下同正常对照组比较ROM变化不显著,差异无统计学意义(P0.05)。结论单纯颈椎棘突骨折本身并不影响颈椎整体稳定性,但颈椎棘突骨折伴有PLC损伤时可造成颈椎不稳,需要手术干预。     

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...     

山羊颈椎能成为人类颈椎的良好模型吗?

目的比较山羊与人颈椎的体外三维生物力学特征.方法取新鲜成年人尸体与崇明山羊颈椎标本(C0～T1)各8具,在脊柱三维运动测试仪上检测两者屈曲、后伸、左右侧屈、左右轴向旋转等模式下的运动范围和中性区.结果在前屈运动方式下,山羊和人C1-2的ROM分别为16.9°±5.1°和14.3°±3.2°,超过其它节段.在后伸运动方式下,山羊与人C1-2的ROM分别为20.6°±4.8°和18.7°±3.7° C0-1的ROM分别为19.3°±4.7°和18.4°±4.3°,超过其它节段.在轴向旋转运动模式下,山羊与人C1-2的ROM分别为48.60±8.6°和56.3°±8.9°.除山羊C4-7左右侧屈的NZ与人相比有统计学差异(P＜0.05)外,其它节段前屈、后伸、轴向旋转及左右侧屈的ROM和NZ与人相比无统计学差异(P＞0.05).结论崇明山羊与人颈椎在前屈、后伸、左右侧屈和轴向旋转等运动模式下的ROM及NZ相近,可作为颈椎研究的良好动物模型.     

单节段腰椎活动度对邻近节段运动的影响

背景：有研究报道腰椎融合后其邻近节段运动范围和压力会明显增大;但也有报道腰椎融合与动态固定非融合或正常腰椎相比,其邻近节段运动范围和压力未见明显增加,甚至出现减少。然而,腰椎的活动度多少到底对邻近节段会有什么影响呢？ 目的：观察单节段腰椎不同范围活动度对邻近关节运动范围的影响。 方法：取6具新鲜成人L2~S2腰椎标本,依次对成人L4~L5椎体进行不同方式处理形成5种不同活动度状态：完整标本状态;部分失稳状态;动态固定状态;完全失稳状态;刚性固定状态。在脊柱三维运动试验机上,采用“载荷控制”法进行屈伸、侧弯和旋转等运动方向测试,分别将其他4个状态与完整标本状态进行比较。 结果与结论：处理节段L4~L5椎体在各处理状态的下运动范围明显不同,形成了完全不同范围的活动度。与完整标本状态相比较,其他4个状态旋转时,上方邻近节段L3~L4的运动范围在刚性固定状态下明显减少;下方邻近节段L5~S1各方向和上方邻近节段L3~L4其余方向的运动范围无显著性差异。单节段腰椎刚性固定状态下,整个脊柱标本的运动范围明显减少。说明在“载荷控制”方法的实验下,单节段腰椎活动度多少对邻近节段的屈伸、侧弯等运动范围影响不明显,对上方邻近节段的旋转运动范围影响较大;腰椎刚性固定融合后,不一定要恢复到正常腰椎的活动范围,也许对预防邻近节段病有利。     

椎间盘不对称切除对小关节压力及腰椎稳定性的影响

目的探讨腰椎间盘不对称切除对小关节压力及腰椎稳定性的影响。方法采用7具人体脊柱标本(L2~3),制备完整椎间盘组、1/4椎间盘切除组、1/2椎间盘切除组,对标本施加7.5 N·m的屈伸、侧弯和轴向旋转方向的纯力偶矩,记录腰椎运动范围(range of motion,ROM)和小关节压力。结果后伸方向,1/4椎间盘切除状态下非切除侧小关节压力显著性增大;侧弯方向,1/2椎间盘切除状态下的两侧小关节压力均有显著性增大;轴向旋转方向,1/2椎间盘切除状态下仅切除侧小关节压力显著性增大。1/4椎间盘切除、1/2椎间盘切除状态下的ROM均大于完整椎间盘,但前屈方向各组间ROM无差别,各组间侧弯和轴向旋转的ROM在左、右侧无差别。结论腰椎间盘不对称切除导致腰椎除前屈方向外稳定性下降和小关节压力不对称性增大,提示腰椎间盘不对称退变引起腰椎不稳和小关节压力增大可产生腰痛。     

传统与皮质骨轨迹椎弓根螺钉内固定术的生物力学对比

目的 比较皮质骨轨迹(cortical bone trajectory, CBT)和传统轨迹(traditional trajectory, TT)椎弓根螺钉内固定对正常和骨质疏松性脊柱活动度(range of motion, ROM)和钉棒系统受力的影响。方法 建立正常骨质和骨质疏松腰椎L3～S1有限元模型,使用两种轨迹的螺钉钉棒系统对L4～5节段进行内固定,分别模拟人体前屈、后伸、左右侧弯和左右旋转6种生理载荷,对比两种内固定术式对正常和骨质疏松脊柱ROM和螺钉最大等效应力的影响。结果 对于两种骨质情况,相比于未置钉的节段模型,CBT和TT手术均显著降低了固定节段(L4～5)和下腰椎整个节段(L3～S1)ROM;但是,CBT组较TT组ROM下降的幅度略小,两者在屈伸时相近,而在侧弯和轴向旋转时差别明显;此外,在正常骨质模型和骨质疏松模型中,CBT组螺钉最大等效应力均较TT组有明显增加,正常骨质模型中CBT组螺钉最大等效应力在屈伸、侧弯、轴向旋转时比TT组分别提高27%、268%、58%。但在同时采用CBT技术时,骨质疏松模型较正常骨质模型有更小的螺钉应力分布。结论 骨质疏松条件下,...     

一种新型经椎弓根螺钉动力内固定系统的设计和力学测试

[摘要]目的设计一种新型经椎弓根螺钉动力内固定系统，并测试其对失稳腰椎的稳定性效果及对相邻节段的作用。方法 1采用6具人新鲜尸体腰椎标本，测试各个节段的活动度，为新型动力内固定系统的设计提供参数支持。2以钛合金棒、钛缆和钛合金碟片弹簧为主要结构，根据正常腰椎各节段的活动度，参照文献报道的相关测试结果，设定动态连接棒屈曲范围0~10°，旋转范围0~5°，并对其进行了相关力学测试。3制作腰椎失稳模型，测试新型动力内固定系统固定后失稳腰椎固定节段及相邻节段的运动范围（ROM）和中性区（NZ），并与坚强固定对比，同时测定其上邻节段软骨终板下压力，探讨其稳定性及对相邻节段的作用。结果 与完整脊柱相比，新型动力内固定系统固定后屈伸和侧屈方向的ROM和NZ较完整脊柱减小（P<0.05），但旋转方向的ROM和NZ与完整脊柱无显著性差异（P>0.05）。与坚强固定组相比，新型动力内固定组三个主方向的ROM和NZ均显著增加，差异有显著性意义（P<0.01）。疲劳试验后的结果表明，固定节段在三个主方向上的ROM和NZ均较疲劳前显著增加（P <0.05），但与失稳脊柱相比，差异仍具有显著性意义，与完整脊柱相比，动力内固定屈伸方向的ROM和NZ仍较小，两组相比差异显著（P <0.05），侧屈与旋转方向的ROM和NZ与完整脊柱无显著性差异（P >0.05）。结论 新型动力内固定系统可控性强、可靠性好、能够提供足够的活动度。新型动力内固定系统能对失稳腰椎提供各方向上的稳定性，尤其对前屈后伸的稳定效果最好，疲劳试验后也能提供足够的稳定性。相邻节段的ROM和上邻节段终板下压力与固定方式无显著相关。     

微创椎间融合不对称固定的稳定性和椎体应变分布研究

目的研究腰椎微创经椎间孔椎体间融合术(MI-TLIF)不对称内固定条件下节段稳定性和椎体前柱应变分布特点。方法采用新鲜小牛腰椎标本8例,完成L4~L5节段完整状态测试后建立TLIF手术损伤模型,分别测试右侧椎弓根螺钉固定(UPS)、右侧椎弓根螺钉加对侧经关节突椎弓根螺钉(UPS+TFPS)固定、双侧椎弓根螺钉固定(BPS)状态的三维运动范围(ROM),同时在L4椎体前柱表面用电阻应变片技术测量在前屈和侧弯运动中电阻应变数据。结果 UPS+TFPS和BPS固定状态的稳定性效果接近,UPS固定抗旋转稳定性不足。UPS+TFPS固定后椎体前柱应变在前屈和侧弯运动下较BPS固定分别增加21.8%和24.2%。结论 UPS+TFPS固定提供有效稳定的同时可以实现更好的椎体-内植物载荷共享。     

基于Coflex改良设计棘突间动态固定系统的有限元分析

背景：国内应用较广的棘突间动态系统Coflex存在较高的棘突骨折并发症发生率。 目的：通过有限元分析,验证改良的Coflex设计中与脊柱棘突的接触中的刚性限制,为半刚性限制,从而减少在脊柱屈伸,侧屈及旋转活动中棘突的受力情况,降低棘突骨折的发生。 方法：提取首都医科大学附属北京朝阳医院影像系统中腹部CT扫描患者的图像,建立腰椎三维有限元模型;通过精密仪器测量在CAD软件SolidWorks软件中建立Coflex及改良后的系统模型;在SolidWorks软件中进行棘突模型简化,在ANSYS软件中分析假体模型在拉力、剪切力和轴向旋转力作用下的静态受力情况。 结果与结论：在拉力、横向剪切力和旋转力作用下,与Coflex系统相比,改良后的系统中棘突模型应力明显减小(P < 0.01)。说明改良后的模型在棘突骨骼受力方面均优于原方案,能够减少在脊柱受力情况下的棘突应力,降低了棘突骨折的发生。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 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      

基于脊柱矢状面曲线建立腰椎 L4 ~ 5 力学简化模型及其有效性验证

目的 根据人体脊柱矢状面曲线建立腰椎 L4~ 5 活动节段力学简化模型,对该模型结构进行有效性验证与分 析。 方法 采用基于飞行时间测距原理的体外测量装置获取人体脊柱矢状面曲线,基于该曲线构建腰椎 L4 ~ 5 机 械简化模型,并从关节活动度(range of motion, ROM)、椎间盘应力( intervertebral disc pressure, IDP)分布及小关节 力(facet joint force,FJF)方面对模型有效性进行验证。 结果 在 0. 2、0. 4、0. 6、0. 8、1 kN 随动载荷( follower load, FL)下模型最大 IDP 分别为 0. 23、0. 46、0. 69、0. 92、1. 15 MPa,纯扭矩下模型屈曲、后伸、侧屈及轴向扭转时 ROM 分 别为 6. 61°、4. 03°、3. 30°、2. 03°,在 FL 和扭矩共同作用下屈曲、后伸、侧屈及轴向扭转时 IDP 分别为 1. 80、1. 00、 1. 36、0. 80 MPa,后伸、侧屈及轴向旋转时 FJF 分别为 79. 60、29. 49、94. 64 N。 结论 基于人体脊柱矢状面曲线构建 的力学简化模型可用于脊柱矢状面曲线变化的脊柱力学分析。