腰椎融合术的生物力学研究

1911年Hibbs和Albee首先报道应用后路融合术(Posterior fusion)治疗脊柱结核等疾病,获得满意疗效.1929年Hibbs和Swift将脊柱融合术用于治疗脊柱退行性变,扩大了脊柱融合术应用范围.目前脊柱融合术被广泛地应用在治疗脊柱退行性变,脊柱创伤,脊柱的不稳定,以及脊柱畸形的矫治.并且出现了脊柱融合技术的多样性,适用范围的扩大以及多种内固定植入物的使用等.文献报导美国每年约有七万人接受脊柱融合术的治疗,采用了不同的融合术式.本文对腰椎融合术的生物力学研究作一综述.一、植骨融合需要的力学环境     

腰椎管狭窄症的手术治疗体会

目的探讨腰椎管狭窄症的手术治疗效果。方法自2000年1月~2005年1月经手术治疗的腰椎管狭窄症患者58例且随访1~5年,男30例,女28例,年龄39岁~72岁,平均61岁,病程1~7年,平均5.3年。33例行单纯全椎板切除减压术,25例行椎板减压、植骨、椎弓根固定术,回顾分析术后疗效。结果术后随访2~5年,95%患者自觉症状明显改善,Oswe-stry评分由术前61.23±10.03分改善至15.32±6.13。2例发生并发症,1例二次手术。     

自体筋膜固定腰椎滑脱的生物力学实验研究

目的评价自体筋膜治疗腰椎滑脱术后及循环载荷下的生物力学特征。方法18具新鲜猪脊柱运动节段(L     

单开门椎管扩大术对颈椎运动影响的生物力学研究

本文定量地研究了正常颈椎和单开门椎管扩大术（Ｅ０ＤＬ）后的颈椎（Ｃ２～６）各节段的运动。采用７例新鲜的青年颈椎标本（枕骨至Ｃ７），施加力偶最大为１．５Ｎｍ，使之产生前屈、后伸和左、右侧弯运动。从正、侧位的照片上分别测量颈椎的前屈、后伸和左、右侧弯运动。每种力偶都加载、卸载三次。计算中性区、弹性区和运动范围．在Ｃ２～５或Ｃ３～５行单开门椎管扩大术后，与正常颈椎运动相比较，Ｃ２～各节段的前屈、后伸和左、右侧弯均无显著性差别。可见单开门椎管扩大术不会造成颈椎的不稳。     

椎弓根钉固定与椎体成形术治疗爆裂型骨折的生物力学研究

目的:评价用椎弓根钉系统固定并同时经椎弓根人工骨椎体成形术治疗胸腰椎爆裂性骨折的生物力学效果,为临床术式选择提供生物力学依据.方法:采用12具国人新鲜脊柱标本(T11～L3),预损伤后压缩法模拟失去前柱支持,完全不稳的L1椎体爆裂性骨折.实验分完整状态组、椎弓根钉同定组和椎弓根钉同定并椎体成形术组.测试标本前屈,后伸,左、右侧弯及左、右轴向旋转状态下同定节段(T11～L3)的运动范围(ROM)以及极限载荷,并计算刚度,进行统计学处理,比较各组间差异.结果:椎弓根钉同定并椎体成形术与单纯椎弓根钉固定两种手术方式进行比较.在屈伸、左右侧弯时,二者运动范围之间的差异无统计学意义,而在轴向旋转时,前者[左旋:(72.42±16.33)%,右旋:(70.30±1 1.58)%]运动范围小于后者[左旋:(106.92±12.0)%,右旋:(105.02±14.31)%](p＜0.05).极限载荷和刚度之间比较,前者均大于后者(P＜0.05).结论:采用椎弓根钉固定并椎体成形术治疗胸腰段爆裂型骨折,能够提高生物力学稳定性.稳定效果要优于单纯的后路短节段椎弓根螺钉内同定,同时也可以增加固定节段承受的极限载荷和刚度.     

颈椎后路不同开门术式的生物力学评价

目的:比较颈椎后路单、双开门手术后的三维稳定性及抗疲劳性,为临床术式选择提供生物力学依据。方法:新鲜成人颈椎标本12例,模拟后路单、双开门椎管扩大术式,随机分2组,每组6例,A组行单开门,椎板开口间距为5mm;B组行双开门,棘突开口间距为5mm。标本进行生物力学测试,获得三维稳定性和抗疲劳性数据。统计方法采用独立样本t检验及配对样本t检验。结果:单开门术式组手术前、后与双开门术式组手术前、后颈椎的活动范围比较无显著性差异(P>0.05)。单、双开门术式在疲劳测试前后各个方向的运动范围无显著性差异(P>0.05)。结论:颈椎后路单、双开门术式的三维稳定性及抗疲劳性无差异,临床上可根据术者的熟练程度选择。     

腰椎峡部裂记忆合金节段内固定器的生物力学评价

目的 :对自行研制的腰椎峡部裂记忆合金节段内固定器进行生物力学评价。方法 :采用MTS-85 8材料试验机先在 0℃条件下测试 10件内固定器的抗拉力情况 ,内固定器在常温下恢复原形状后 ,随机分成 2组 ,分别在 3 7℃及 40℃条件下测量其抗拉力情况 ;2件内固定器施加 2 0～ 2 0 0N进行循环拉伸载荷 (1Hz)测试 ,观察内固定器的形变情况。结果 :0℃条件下内固定器的抗拉力能力明显低于 3 7℃及 40℃组 (P <0 .0 1) ,在 3 7℃及 40℃条件下内固定器被拉开 2mm均需 2 0 0N以上拉力 ,且 2组间无显著性差异 (P>0 .0 1) ;2件内固定器发生形变 6%时抵抗拉伸载荷次数分别为 95 76次和 10 0 2 8次。结论 :腰椎峡部裂记忆合金节段内固定器是一种简便易行、固定可靠的新型内固定器械     

椎间盘髓核摘除对腰椎间小关节承载功能影响的实验研究

目的分析椎间盘髓核摘除后腰椎小关节受力大小及变化情况。方法采用8具新鲜脊柱腰骶段(L1~S1)标本,在MTS系统上用压敏片分别测量L3-L4、L4-L5两个节段小关节面在中立位和前屈、后伸位时受力大小;摘除L4-L5椎间盘髓核,重复测量。结果完整脊柱标本中,L4-L5与L3-L4节段关节面受力大小相似:中立位时受力占轴向压缩载荷的15%;前屈10°、20°时受力占压缩载荷的比例减为9%、5%;后伸10°、20°时受力占压缩载荷的比例增至23%、33%。L4-L5椎间盘髓核摘除后,L4-L5节段小关节面在各个运动状态下受力均显著增大,而L3-L4节段小关节受力也有增加的趋势。结论腰椎小关节有一定的承载功能。腰椎间盘切除术后,同一平面及相邻平面小关节受力增加,可能引发腰痛。     

记忆合金椎间融合器对腰椎节段稳定性的生物力学研究

目的 :评价植入记忆合金椎间融合器 (SMAcage)后腰椎节段的即时稳定性。方法 :8具青年男性新鲜尸体脊柱腰 3、4节段标本 ,制成包括正常腰椎、SMAcage和其它 3种不同类型椎间融合器在内的5种状态的试验模型。测试其前屈 ,后伸 ,左右侧屈和左右旋转方向的运动范围 (ROM )。结果 :植入SMAcage后各向ROM值分别为完整状态的 66%、84%、65 %和 12 5 %,在前屈和侧屈方向上较正常腰椎的稳定性明显提高 (P <0 .0 0 1) ;后伸方向一致 (P =0 .117) ;旋转方向则降低 (P <0 .0 0 1)。与其它 3种融合器的稳定性相比 ,在前屈、后伸方向一致 (P >0 .0 5 ) ;侧屈方向与 2种方形融合器无明显差别 (P =0 .12 2 ) ,高于螺纹状融合器 (P =0 .0 0 4) ;旋转方向与螺纹状融合器一致 (P =0 .861) ,高于 2种方形融合器(P <0 .0 5 )。结论 :SMAcage具有独特的构型和稳定机制 ,其生物力学稳定性高于一般螺纹状和方椎间融合器。     

横向连接装置在腰椎经椎弓根内固定系统中的作用

目的：评价横向连接装置在腰椎后路内固定器械中的作用，进而为临床应用提供生物力学依据。方法：应用6具新鲜腰骶椎尸体标本，在三维运动实验机上模拟人体脊柱活动，分别测定腰椎不稳、予以短节段经椎弓根CD器械固定（应用或不应用横向连接杆）不同状态下L4－5节段运动范围（ROM）。随后将安装CD后的标本试件在858Mini Bionix-MTS多轴实验机上模拟人体生理活动行1500次疲劳运动，并测定相应节段的ROM。结果：（1）安装CD内固定后，应用横向连接杆（DTT）组与不应用横向连接杆（NDTT）组在前屈／后伸、左／右侧弯位时L4－5节段ROM小于完整结构组，但轴向旋转时无DTT组ROM大于完整结构组；（2）疲劳试验后DTT组与无DTT组ROM均增加，而DTT组在各方向的ROM值均明显小于NDTT组。结论：横向连接装置可明显增强失稳脊椎内固定的作用，并具有良好的抗疲劳稳定性。     

身体姿势对腰椎小关节受力的影响

目的 :分析脊柱处于不同姿势时腰椎小关节受力大小及变化情况。方法 :采用 8具新鲜脊柱腰骶段 (L1～S1)标本 ,在MTS系统上用压敏片测量L4、5小关节面在中立位和前屈、后伸位时受力大小。结果 :中立位时L4、5小关节受力为 (3 1.16± 7.15 )N ,占轴向压缩载荷的 15 % ;前屈时小关节受力减小 ,前屈 10°、2 0°时受力大小为 (18.3 2± 4.46)N、(9.3 8± 1.82 )N ,占压缩载荷的比例减为 9%、5 % ;后伸时小关节受力增大 ,后伸 10°、2 0°时受力大小为 (4 5 .92± 11.0 6)N、(65 .68± 10 .16)N ,占压缩载荷的比例增至2 3 %、3 3 %。结论 :腰椎小关节在中立位能承受脊柱的一部分压缩载荷 ,且随脊柱姿势不同小关节面受力也不同。     

腰椎屈伸活动对腰椎应力分布的影响

用三维有限元方法建立腰椎活动节段的力学模型。结果表明,腰椎后伸时椎间盘纤维环和腰椎后部结构的应力水平明显上升,这提示腰椎的过度后伸可能是导致某些腰椎疾患的病因。     

单、双开门颈椎板成形术后重建韧带复合体部分生物力学特性的比较研究

目的比较单、双开门颈椎板成形术后重建后方韧带复合体部分生物力学特性的差异。方法新鲜山羊颈椎标本24具,随机分成3组,每组8具。A组：完整标本组,保留颈后方项韧带、伸肌等伸颈结构,切除前方结构;B组：在A组基础上行单开门颈椎板成形术后重建后方韧带复合体;C组：在A组基础上行双开门颈椎板成形术后重建后方韧带复合体。在电子万能试验机上行生物力学实验,测试项目包括三点折弯实验、轴向拉伸实验和压缩实验。分析比较3组间的差异性。结果三点折弯实验：标本变直时的位移、加载力,A、B、C3组间差异无统计学意义（P〉0．05）。拉伸实验：各拉伸负荷下与变直时的位移,A、B、C3组间差异无统计学意义（P〉0．05）。压缩实验中,A、B、C3组间差异无统计学意义（P〉0．05）。结论单、双开门颈椎板成形术后重建颈后方韧带复合体组标本都最大限度保留了颈后方韧带复合体的功能。在对抗颈椎变直和前屈的应力方面,二者无明显差别。     

人工椎间盘置换腰椎节段有限元模型的建立

目的：建立UL节段正常及人工腰椎间盘置换的三维有限元模型，用于进一步的腰椎生物力学研究。方法：取新鲜成人腰椎标本，通过螺旋CT扫描、图像数字化处理、三维图像重建技术及自由造型系统进行图像表面光滑处理，再对表面图像矢量化，转入有限元软件，建立L4／L5腰椎节段和SMH人工腰椎间盘的有限元模型，模仿腰椎前路椎间盘除术，建立人工腰椎间盘置换的三维有限元模型，用不同的材料参数仿真腰椎和人工椎间盘各结构特性。结果：建立了L4/L5节段人工腰椎间盘置换的有限元模型，模型由皮质骨、松质骨、椎间盘、韧带和人工椎间盘等结构组成。模型分为53452个单元，86329个结点，其中包括53408个固体单元，44个缆绳单元。结论：通过CT扫描可以获得准确的腰椎几何构型数据，并可在此基础上建立高仿真脊柱节段有限元模型。     

保留C2棘突半棘肌附着的颈椎管扩大椎板成形术

目的观察完整保留C2棘突半棘肌附着的颈椎管扩大椎板成形术的手术疗效.方法A组27例行改良颈椎板成形术,即显露时保留半棘肌在C2棘突上的附着,切除C3椎板,C4～C7双开门术式.B组33例行常规颈椎板成形术,即分离切断C2棘突半棘肌附着,关闭时缝合重建,C3～C7双开门成形术式.比较两组手术时间、出血量、术后神经功能、并发症、颈椎曲度和屈伸活动度(ROM)、病人自我评价.JOA计分法评价神经功能、Cobb's法测量颈椎曲度和ROM.结果所有病例随访至少1年,A、B组术后JOA评分平均改善率分别为63.01%、60.83%(P＞0.05).手术时间A、B组分别123±17.4min、175±12.7min,出血量分别380±18.6ml、564±21.5ml;A组较B组手术时间短、出血量少(P＜0.05).术后1年A、B组ROM分别保留术前的81.6%和65.3%(P＜0.01);A组无后凸畸形、手术并发症少、局部症状轻微.结论改良颈椎管扩大椎板成形术脊髓减压满意,手术时间短、出血量少,无严重并发症;而且有助于早期颈椎功能锻炼、维持良好颈椎曲度和ROM.