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。     

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。     

腰椎融合加椎弓根固定治疗腰椎滑脱

目的 探讨腰椎融合加椎弓根复位固定术在治疗腰椎滑脱中的手术疗效.方法 采用后路手术,行椎管、侧隐窝及神经根管的彻底减压,切除病变椎间盘,利用椎弓根钉复位,行病变椎体间前方植骨,左右椎间融合器融合及椎弓钉内固定术治疗腰椎滑脱症17例.结果 术后随访16～29个月,全部病例临床症状均有不同程度改善,X线显示所有病例均满意复位,病变椎体在半年后达骨性融合,无再次滑脱,无内植物松动、折断,优良率为94.1%.结论 椎弓根钉复位固定并椎间植骨融合术是治疗腰椎滑脱症的有效方法.     

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

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。     

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。     

解剖型融合器置入治疗腰椎不稳症：46例腰椎矢状面形态2年随访☆

2003-01/2004-06南京中医药大学附属无锡医院骨科采用解剖型融合器治疗下腰椎不稳症46例，男19例，女27例；年龄53~71岁，平均62岁。融合节段：L3/45例，L4/529例，L5/S110例，L3/4＋L4/51例，L4/5＋L5/S1 1例。行后路椎体间融合术，均植入2枚解剖型钛制实心融合器，全部加用椎弓根螺钉内固定并辅以后外侧植骨，椎间隙不予植骨。全部病例均得到随访，平均随访27个月。术后腰椎矢状面形态恢复满意，融合节段稳定性良好。Oswestry功能障碍指数均显示神经功能得到满意的恢复。     

三维有限元模型分析3种内固定方式治疗严重腰椎不稳定型骨折的生物力学特点

背景：严重腰椎不稳定型骨折的内固定修复方法未形成统一的观点。 目的：应用三维有限元模型对比分析不同内固定方式治疗严重腰椎不稳定型骨折的生物力学性能。 方法：选取1个健康成年志愿者,用CT图像和Mimics软件建立T12~L2椎体三维模型,模拟L1椎体爆裂性骨折,并分别模拟后路减压短节段椎弓根钉固定、前路减压钛网置入内固定和后路减压内固定+前路椎体次全切除钛网置入内固定3种治疗方法。将模型导入到有限元分析软件Abaqus,施加约束和载荷分别加载260 N压力和10 N•m转矩,模拟3种模型在不同工况下的椎体位移、应力传导情况,以及前后路固定器械的受力情况。 结果与结论：从椎体位移分布情况来看,前后联合内固定方式下的位移要较其他两种内固定方式小。从应力分布情况来看,前后联合内固定方式更加符合载荷分布原则。从生物力学角度来看,前后联合内固定方式优于其他两种内固定方式。     

后路及单侧椎间孔和前路腰椎椎体间融合并置入椎弓根螺钉后相邻节段的生物力学变化

目的：比较经后路、单侧椎间孔、前路腰椎椎体间融合及附加椎弓根螺钉后相邻节段的力学性能。 方法：新鲜的雄性小牛L1~L5节段脊柱标本15具。随机取5只标本作为正常对照组,在非破坏状况下测试其力学指标后,再将15只标本随机分为3组,按要求制作L4/5前路椭圆形碳纤维Cage 1枚融合（前路腰椎椎体间融合组）、后路长方体碳纤维椎间Cage 2枚融合（后路腰椎椎体间融合组）和侧方椎间钛合金Cage 1枚融合（单侧椎间孔腰椎椎体间融合组）模型。测试完成后,每个标本附加L4/5节段双侧Moss-miamiTM椎弓根螺钉测试。 结果：3种融合方法在附加内固定前后应变和位移都高于正常对照组,强度低于正常对照组（P<0.01）,3组间以单侧椎间孔腰椎椎体间融合组变化最大,后路腰椎椎体间融合组最小（P<0.05）;在内固定前后配对比较,附加内固定后各组应变、位移增加,强度降低（P<0.05）。 结论：3种融合方法在附加内固定前后都有加速上位相邻节段退变的趋势,附加内固定比单纯融合更易导致相邻节段退变,单侧椎间孔腰椎椎体间融合退变趋势更加明显,后路腰椎椎体间融合的趋势相对较小。     

两种内固定物置入增强前路椎间融合后腰椎即刻稳定性的差异

背景：腰椎前路自锁定椎间融合器SynFix-LR与前路钢板和后路椎弓根螺钉比较,其操作更简单、创伤更少,而且其前方0切迹设计降低了血管损伤的风险。如果前路椎间融合后以SynFix-LR固定与后路椎弓根螺钉固定在生物力学上相似,那么在避免后路手术入路的情况下就可以达到同样的脊柱稳定的效果。 目的：比较前路椎间融合后以前路自锁定椎间融合器固定和后路椎弓根螺钉固定后腰椎即刻稳定性的差异。 方法：选用15具新鲜小牛腰椎标本,模拟临床建立前路椎间融合后SynFix-LR固定模型和后路椎弓根螺钉内固定模型,在脊柱三维运动测试机上测试两种内固定模型生物力学特性上差异。 结果与结论：行单纯前路椎间融合后,腰椎的稳定性比完整标本有明显的下降。以SynFix-LR固定和后路椎弓根螺钉固定都能有效地增加腰椎前路椎间融合的初始稳定性,而且两种固定增加脊柱稳定性的效果之间在统计学上没有显著性区别,因此认为SynFix-LR是较理想的前路椎间融合固定器械,可以在一定范围内用于临床。     

伤椎椎弓根置钉治疗胸腰椎压缩性骨折的三维有限元分析*

背景：有文献报道伤椎置钉技术较传统4钉跨阶段固定具有更强的牢固性,可有效避免内固定的松动断裂,但其生物力学机制研究尚显不足。 目的：构建脊柱胸腰椎单纯压缩性骨折的三维有限元模型,探讨伤椎附加椎弓根螺钉置入治疗胸腰椎压缩性骨折的生物力学效应。 方法：将一T12椎体压缩性骨折患者脊柱胸腰段超薄CT扫描数据输入Mimics软件中,构建T12椎体压缩性骨折的有限元模型,在此模型基础上模拟伤椎置6钉和跨节段4钉内固定,对两个模型分别施加垂直压缩、前屈、后伸、左屈及右旋载荷。 结果与结论：两组固定模式各种载荷下的应力均集中在螺钉根部,在垂直载荷下,螺钉的应力最小,右旋和左屈载荷下的应力最大;在垂直压缩、前屈、后伸、左侧弯及右旋运动下,上位螺钉较下位螺钉应力大(P < 0.05)。伤椎置6钉固定组螺钉应力较跨节段4钉固定组小(P < 0.05)。两组T11椎体最大位移无差别。表明伤椎附加椎弓根螺钉置入可以优化内固定的载荷,减少断钉率。     

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。     

后路360°植骨融合椎弓根钉棒系统内固定置入治疗腰椎椎体滑脱症48例

回顾性分析2006-02/2007-10应用后路椎弓根钉棒系统复位内固定、椎间Cage植骨及后外侧植骨360°融合治疗腰椎椎体滑脱症患者48例，其中单节段融合30例，二节段融合10例，三节段融合8例。置入前、置入后3 d及最终随访时常规摄腰椎正、侧、双斜位片及过伸过屈侧位X射线平片；并分别测量滑移率、滑移复位率和植骨融合率；根据下腰痛JOA评分标准计算其恢复率。全部患者均获随访，结果显示恢复率为71.2%，滑移复位率为91%，植骨融合率为100%。X射线平片示滑移椎均全部复位，所有患者均未出现切口感染及局部炎症反应、排异反应等宿主反应，腰椎融合后，腰部伸屈功能部分受限。提示后路椎间360°植骨融合、椎弓根钉棒系统内固定可有效提高滑脱椎体复位及融合，改善患者临床症状。     

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174 cm，体质量63 kg，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。     

MAST QUADRANT 可扩张管下单侧椎弓根钉置入与椎体间融合治疗腰椎退变性疾病**★

背景：腰椎后路椎体间融合治疗腰椎退变性疾病，能够恢复椎间隙高度、维持腰椎生理前凸、提供腰椎的即刻稳定性及取得较高的椎间骨性融合率。 目的：验证运用MAST QUADRANT 可扩张管通道微创系统行单侧椎弓根钉置入并椎体间融合治疗腰椎退变性疾病的适应证及有效性。 方法：在3.0 cm的微创切口内放置MAST QUADRANT可扩张管，应用单侧椎弓根钉内固定加椎体间融合治疗腰椎退变性疾病患者32例。 结果与结论：患者置入内固过程中未发生硬膜囊撕裂、神经根和大血管等副损伤。随访3个月以上。置入3个月后JOA评分明显高于置入前(P < 0.01)，目测类比评分显著低于置入前(P < 0.01)。X射线片显示椎间隙骨密度均逐渐增加，未发现椎间融合器移位、假关节、内固定松脱或折断等并发症，亦无炎症、过敏等不良反应。     

Pilot study of oblique lumbar interbody fusion using mobile percutaneous pedicle screw and validation by a three-dimensional finite element assessment

The purpose of this study was to try oblique lateral interbody fusion (OLIF) using percutaneous pedicle screws (PPS) with mobility.Twelve patients who underwent single-level OLIF were observed for at least one year. These included 6 patients with conventional PPS (rigid group), and 6 with movable PPS (semi-rigid group). Mobile PPS used cosmicMIA, which is a load sharing system. The anterior and posterior disc height, screw loosening and bone healing period, and implant failure were evaluated at final observation by CT. Moreover, the stress on the vertebral body-cage, on the vertebral body-screw/rod and on the bone around the screw was estimated using a three-dimensional finite element assessment in both groups.There was no significant difference in surgical time, amount of bleeding, JOA score, or low back pain VAS between groups. There were no differences between groups in anterior and posterior disc height, screw loosening, and implant failure at final observation. The bone healing period was significantly shorter in the semi-rigid screw group (18.3 months vs 4.8 months, p = 0.01). The finite element analysis showed that the lower stress on the rod/screw would contribute to fewer implant fractures and that lower stress on the bone around the screw would reduce screw loosening, and that higher compressive force on the cage would promotes bone healing.OLIF combined with a movable screw accelerated bone healing by nearly 75%. We conclude that mobile PPS in combination with OLIF promotes bone healing and can be a better vertebral fusion technique.