颈椎动态稳定器置入非融合颈椎的生物力学分析

背景：颈椎动态稳定器的解剖型设计与正常椎间盘应具有相似的生物力学特点,其动态性设计具有轴向顺应性以及震荡吸收功能,而前缘倒齿嵌入上下椎体可获得足够的轴向稳定性。 目的：比较颈椎前路融合内固定和颈椎动态稳定器置入非融合后颈椎相关生物力学指标变化。 方法：将6具新鲜人C2~C7颈段脊柱标本随机分为3组,在完整颈椎测试后分别行C5、6前路减压颈椎动态稳定器DCI置入,C5、6前路减压单纯Cage融合内固定,C5、6前路减压颈椎前路一体化钢板椎间融合器融合内固定。检测各组标本前屈、后伸、左右侧屈不同生理运动工况并施加2.0 N•m纯力偶矩,颈椎标本C5~6上下邻近节段手术前后活动度大小。 结果与结论：3种内固定后C5~6上下邻近节段较正常颈椎标本前屈、后伸和左右侧屈关节活动度值均有所增加,且表现出良好的即时稳定性,但颈椎动态稳定器置入组最接近正常值;3组间C5~6上下邻近节段关节活动度差异无显著性意义。表明颈椎动态稳定器置入后对邻近节段椎体活动度无明显影响或影响甚小,在一定程度上减小假体与其邻近椎体轴向应力,有效地维持颈椎活动。     

ROI-C椎间融合器植入对颈椎生物力学的影响

目的研究ROI-C椎间融合器植入颈椎C5~6节段后对下颈椎C3~7整体关节活动度(range of motion,ROM)、椎间盘与椎体生物力学特性及力传导模式的影响。方法采用ROI-C植入和植骨融合钢板内固定两种术式建立颈椎C5~6节段退行性病变的有限元模型,分析两种术式下C3~7颈椎段在前屈、后伸、侧弯和轴向旋转时ROM以及椎间盘、椎体和内植入器械的应力分布情况。结果 ROI-C植入后对邻近节段ROM的影响相对较小,减小了椎间盘的负荷,但椎体应力显著增加,C5椎体应力增加了251%。植骨融合内固定后,手术节段ROM减小86%~91%,邻近节段ROM以及椎间盘和椎体应力均明显增加。结论 ROI-C植入对颈椎ROM和椎间盘应力的影响较小,对椎体应力的影响较大。研究结果可为ROI-C植入和植骨融合钢板内固定临床植入手术方案的设计和研究提供理论依据。     

颈椎前路钛网植骨钢板内固定在不同颈椎节段中的生物力学比较

颈椎前路钛网钢板在不同颈椎节段中的生物力学研究。取6具新鲜尸体C3～7标本,行C5、C5～6、C4～6椎体次全切除,行钛网植骨钢板内固定术。依次测量各节段的前屈、后伸、左右侧弯、左右旋转运动变化,以完整标本作对照。不同颈椎节段开槽减压椎间撑开钛网钢板内固定状态下手术节段的即刻稳定性比完整状态增加(P< 0．05)。颈椎前路椎体次全切除之后,应用颈椎前路钛网钢板内固定可明显增强颈椎的稳定性,随颈椎固定节段增加稳定性下降。     

新型高度可调颈椎融合器的三维有限元分析

背景：颈前路减压手术的核心是解除脊髓和神经的压迫,恢复椎间高度及颈椎的生理曲度。但是目前临床上所应用的融合器无法满足个体化需求,可能导致融合节段终板破坏,融合器下沉或移位。作者设计一种高度可调颈椎融合器,植入椎间隙可达到与椎间隙上下终板贴合。目的：通过三维有限元分析法评价新型颈椎高度可调椎间融合器的力学特点,为临床应用和进一步改进提供相应理论依据。方法：建立颈椎前路椎间盘切除减压融合内固定的三维有限元模型,分为正常组、融合器植入高度较低组、融合器植入高度适中组和融合器植入高度较高组进行重建,并在前屈、后伸、左右侧屈及左右旋转6个工况下,施加50 N预载荷以及1.0 N·m的运动附加弯矩,观察相应的椎体Von Mises应力峰值、融合器Von Mises应力峰值、椎间盘应力及椎体活动度情况。结果与结论：(1)融合器植入高度适中组对应的融合器Von Mises应力峰值和C₃-C₇椎体Von Mises应力峰值低于融合器植入高度较低组和融合器植入高度较高组;(2)植入不同高度融合器后C4/5椎间盘应力差异较为明显;(3)融合器植入高度较高组C     

椎间融合器高度对颈椎生物力学影响

目的研究颈椎前路减压融合术中椎间融合器高度对颈椎生物力学影响,为融合器选择提供参考。方法建立正常颈椎C2~7节段有限元模型并验证,在C5~6节段分别植入高度为5、6、7、8 mm的融合器,施加1.5 N·m力矩使颈椎产生前屈、后伸、侧弯和轴向旋转运动,并探究融合器高度变化对颈椎活动度(range of motion,ROM)、小关节应力、椎间压强等的影响。结果融合器高度每增加1 mm,手术节段的角度值平均增加0.68°。植入融合器后C5~6 ROM范围小于0.44°。融合器高度差异对C4~5的ROM影响大于C6~7,对非融合节段ROM的影响小于7.3%。融合器高度差异对非手术节段ROM、小关节应力、相邻节段椎间压强的影响较小。关节囊韧带、融合器和钉板系统应力均随融合器高度增加而明显增加,6、7、8 mm融合器模型的关节囊韧带、融合器和钉板系统应力均远高于5 mm融合器模型。结论对于需要植入融合器的患者,建议植入物高度比原椎间隙高0~1 mm。     

生物力学评价颈椎前路椎弓根螺钉植入骨质疏松椎骨内的稳定性

背景：前路颈椎间盘切除植骨融合是治疗颈椎病的有效术式,该术式能够提供坚强固定且植骨融合率相对较高。但是,对于2个节段以上同时受累的颈椎,由于植骨跨度较大,内固定和植骨块稳定性较差,容易产生植骨融合失败、假关节形成等并发症,影响疗效。 目的：观察颈椎前路椎弓根螺钉植入骨质疏松椎骨内的生物力学稳定性。 方法：纳入12具人颈椎骨,包括6具骨密度正常颈椎骨和6具骨质疏松颈椎骨,共60个椎骨标本资料进行分析,将30个骨质疏松椎骨标本植入颈椎前路椎弓根螺钉设为颈椎前路椎弓根螺钉组,将30个骨密度正常椎骨标本植入前路椎体螺钉设为前路椎体螺钉组。从上述两组中根据骨密度值抽取40个椎骨,分别设置为即时正常骨密度组、即时骨密度疏松组、疲劳正常骨密度组以及疲劳骨质疏松组,每组10个椎骨。采用双能X射线骨密度仪测定各椎体骨密度值,采用ElectroForce 3510材料试验机对两种螺钉进行生物力学指标测试。 结果与结论：颈椎前路椎弓根螺钉组骨矿盐含量、椎体螺钉拔出力、椎体螺钉拔出刚度、椎弓根螺钉拔出力、椎弓根螺钉拔出刚度均显著高于前路椎体螺钉组(P < 0.05)。颈椎前路椎弓根螺钉即时正常骨密度标本最大轴向拔出力、即时骨质疏松标本最大轴向拔出力、疲劳正常骨密度标本最大轴向拔出力、疲劳骨质疏松标本最大轴向拔出力均显著高于高于前路椎体螺钉(P < 0.05)。结果证实,与颈椎前路椎体螺钉相比,颈椎前路椎弓根螺钉在骨质疏松椎骨内生物力学性能更加稳定。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     

选择性连续三节段Solis融合器置入对颈椎曲度的长期影响

背景：随着对颈椎疾病病理过程认识的深入,颈椎曲度日渐成为评价长期临床疗效的重要指标之一。恢复及保持颈椎正常生理曲度对维持颈椎远期稳定性及颈椎生物力学环境有重要意义。 目的：评价选择性颈椎前路连续三节段Solis椎间融合器治疗脊髓型颈椎病对颈椎曲度的长期影响。 方法：2008年6月至2010年12月应用Solis融合器行选择性连续三节段颈前路手术治疗脊髓型颈椎病共22例,男14例,女8例,年龄26-73岁,平均45.1岁。C2/3/4/5,C3/4/5/6,C4/5/6/7,C5/6/7/T1分别为2,7,12,1例,共66个椎间隙。所有患者均随访2年以上。 结果与结论：平均出血量40 mL (20-80 mL),平均手术时间121 min(100-175 min)。平均随访30.7个月,手术节段均骨性融合,无植入物移位或椎体塌陷。置入前JOA评分为11.94±3.61,置入后6个月为15.56±1.13,置入后2年为15.21±1.85;置入前颈椎曲度为(1.86±3.24) mm,置入后6个月为(4.83±1.78) mm,置入后2年为(4.44±3.36) mm。以上各组数据置入前与置入后6个月,置入前与置入后2年间差异均有显著性意义(P < 0.05),置入后6个月与置入后2年间差异均无显著性意义(P > 0.05)。结果显示行颈椎前路连续三节段椎间融合器置入治疗脊髓型颈椎病可有效改善颈椎曲度并长期维持,有良好的临床疗效。     

成人颈椎椎弓根螺钉在儿童腰椎应用的可行性

背景：由于1~3岁幼年儿童椎体发育未完全成熟,各种解剖径线相对较成人小得多,尚无幼儿专用的椎弓根螺钉固定器械,现有能够利用的直径最小的椎弓根螺钉是用于成人颈椎侧块或椎弓根固定的钉棒系统。 目的：观察将成人颈椎椎弓根螺钉应用到成年猪颈椎与幼猪腰椎固定后的生物力学对比。 方法：将6具完整新鲜成年猪颈段C3~C6脊椎标本和6具完整8周龄新鲜幼猪腰段脊柱标本自椎间盘及关节处离断,游离成单个椎体,共54个椎体108侧椎弓根。按照标准操作将成人颈椎椎弓根螺钉分别安置在成年猪颈椎标本和幼猪腰椎标本的椎弓根上,应用生物力学方法测试螺钉的最大轴向拔出力。 结果与结论：颈椎标本最大轴向拔出力高于腰椎标本,但差异无显著性意义(P > 0.05);L1椎弓根螺钉的拔出力均值明显小于L3椎弓根螺钉的拔出力均值(P < 0.05);C5椎弓根螺钉的拔出力均值明显大于C3椎弓根螺钉的拔出力均值(P < 0.05);颈椎和腰椎标的骨密度差异有显著性意义(P < 0.01),椎体椎弓根力学数值与椎体骨密度之间存在线性正相关。说明取得了成人颈椎椎弓根螺钉在轴向拉力方面适应于幼儿腰椎的初步实验依据。     

模拟置入骨椎间融合器行颈椎椎体间融合术稳定性分析

目的 设计研制一种异种骨颈椎融合器，并进行生物力学测试为临床提供生物力学参数。方法 取24具新鲜成年男性尸体C3-T1颈椎标本，分别对完整C3-T1（对照组）、模拟前路间盘C5、6摘除置融合器（实验1组）、模拟前路间盘C5、6、C6、7摘除置融合器（实验2组）三个实验组，进行前屈、后伸、扭转、轴向压缩和颈椎移位时融合器的最大拨出力实验，还对以上各组标本进行粘弹性实验，得到各组标本前屈、后伸、轴向压缩载荷和位移，扭矩和扭转角，在恒应力和应变条件下应力、应变-时间曲线及归一化应力松驰、蠕变函数和曲线。结果 无论是置入一枚融合器或二枚融合器，各项力学性能指标与正常对照组无显著差异。结论 所设计的异种骨椎间融合器在椎体安置后其具有较好的抗压，抗弯、抗扭转、抗拔出能力，并具有较强稳定性。     

矿化胶原型椎间融合器在山羊颈椎椎间融合中的初步效果观察

目的 初步评价矿化胶原型椎间融合器对活体羊颈椎的融合效果.方法 选取12只2年龄山羊,经颈椎前路分别在每只羊C2/3和C3/4节段植入矿化胶原(MC)型椎间融合器(实验组)及聚醚醚酮(PEEK)型椎间融合器(对照组),两组融合器内均填塞自体骨,并常规使用颈椎前路钛板和螺钉系统固定.术后3个月随机处死6只羊,取颈椎标本行...     

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。     

新型翼状颈椎间融合器植入颈椎即刻稳定性的生物力学评价

用三维有限元法测试自行设计的翼状颈椎间融合器(ACIFC)的生物力学性能,探讨其用于颈椎椎间前路融合的可行性。在有限元分析软件ABAQUS中模拟植入ACIFC的颈椎前路椎体融合术,进行术后即刻稳定性的生物力学分析。计算出活动度(ROM),分析其力学性能,并与相关实验数据进行了比较性分析。椎间融合器植入后,颈椎活动度下降了25%,与植入前有显著性差异(P<0.05)。同时,ACIFC有较好的抗拔出性能和具备较好的植骨融合环境。可以证实ACIFC能为颈椎椎间融合提供足够的初始生物力学稳定性。     

颈椎前路不同方式减压固定对颈椎稳定性影响的生物力学研究

目的:研究颈椎前路多节段病变不同减压、融合固定方式对生物力学稳定性的影响.方法:18具新鲜人尸体颈椎标本,分别行前路椎间盘切除植骨融合(ACDF)、分节段混合减压植骨融合(ACHDF)及椎体次全切除植骨融合(ACCF)术,依次测定正常状态、减压植骨后、钢板固定后、疲劳2000次后的三维活动度,计算稳定潜能指数(SPI),测定疲劳2000次后尾端螺钉和椎体间的活动度.结果:3种方式减压、植骨、钢板固定后,稳定性均明显提高;届伸疲劳1200次后,ACDF、ACHDF组标准化的螺钉-椎体间活动度曲线无变化,而ACCF组曲线升高;疲劳2000次后,ACDF组三维运动SPIROM及SPINZ无变化,ACHDF组轴向旋转SPINZ降低,而ACCF组三维运动SPIROM及SPINZ均降低,统计学处理差异具有显著性(P<0.05).结论:颈椎3节段病变3种手术方式均可恢复即刻稳定性,ACDF和ACHDF疲劳后仍保持较好稳定性,而ACCF组耐受疲劳性较差,节段间活动度增大,远端螺钉松动,稳定性降低.     

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。     

颈椎连续三节段 Hybrid 手术与融合术的生物力学研究

目的 比较颈椎连续三节段Hybrid手术[颈前路减压植骨融合(anterior cervical discectomy and fusion, ACDF)+人工颈椎间盘置换(cervical disc arthroplasty, CDA)]与三节段ACDF对颈椎生物力学的影响。方法 基于CT数据建立C1～T1颈胸椎有限元模型,通过植入Prestige LP和Zero-P假体模拟3种模型,包括两种Hybrid模型(AFA:C3～4、C5～6节段植入Prestige LP,C4～5节段植入Zero-P;FAF:C3～4、C5～6节段植入Zero-P,C4～5节段植入Prestige LP)和三节段ACDF模型(FFF)。比较各模型前屈、后伸、侧弯以及轴向旋转时相邻节段及整体活动范围(range of motion, ROM)以及相邻节段椎间盘内压力(intradiscal pressure, IDP)及小关节接触力(facet contact force, FCF)的变化。结果 AFA模型相邻节段及整体ROM都更接近完整模型,FAF、FFF模型相邻节段ROM最大增幅分别为15.0%和23....     

In Vivo Changes in Dynamic Adjacent Segment Motion 1 Year After One and Two-Level Cervical Arthrodesis

Biomechanical cadaver testing indicates adjacent segment motion increases after one-level anterior cervical spine arthrodesis, and two-level arthrodesis exacerbates these effects. There is little in vivo evidence to support those biomechanical studies. The purpose of this study was to assess the effects of one- and two-level cervical arthrodesis on adjacent segment motion. Fifty patients received either one-level C56 arthrodesis or two-level C456 or C567 arthrodesis and were tested preoperatively (PRE) and 1 year postoperatively (1YR-POST) along with 23 asymptomatic controls. A validated CT model-based tracking technique was used to measure 3D vertebral motion from biplane radiographs collected during dynamic flexion-extension and axial rotation of the cervical spine. Head and adjacent segment intervertebral end-range range of motion (ROM) and mid-range ROM were compared between one-level and two-level arthrodesis patients and controls. Small (2.3° or less) but non-significant increases in adjacent segment end-range ROM were observed from PRE to 1YR-POST. Mid-range flexion-extension ROM in the C67 motion segment inferior to the arthrodesis and mid-range axial rotation ROM in the C45 motion segment superior to the arthrodesis increased from PRE to 1YR-POST (all p < 0.022). This study provides in vivo evidence that contradicts long-held beliefs that adjacent segment end-range ROM increases appreciably after anterior cervical arthrodesis and that two-level arthrodesis exacerbates these effects. Mid-range ROM appears to be more useful than end-range ROM for detecting early changes in adjacent segment motion after cervical spine arthrodesis.

     

经口前路寰枢椎侧块关节融合器的力学稳定性评价

目的　评价经口前路寰枢椎侧块关节融合器在前路经口寰枢椎复位固定钢板（TARP）及后路寰枢椎椎弓根钉棒（后路C1-C2钉棒）固定下的力学稳定性,为临床应用提供理论依据。  方法　采用自行设计的经口前路寰枢侧块关节融合器,将6具新鲜上颈椎标本,随机分为完整对照组(M)、前路TARP+髂骨块组(A1)、前路TARP+cage组(A2)、后路C1-C2钉棒＋髂骨块组(B1)、后路C1-C2钉棒＋cage组(B2)。 利用Motion Analysis, co.6 Eagle系统对屈伸、侧屈、旋转方向运动范围（ROM）进行测量,并行统计学分析。  结果　相同固定方式组间比较,cage组比髂骨块组运动范围更小,屈伸方向稳定性依次为A2＞B2＞A1＞B1, 其中A1与A2比较, 有显著性差异（P=0.0125）, B1与B2比较, 有显著性差（P=0.0132）;相同置入物组间比较, 前路TARP与后路C1-C2钉棒固定力学稳定性无显著性差异(P>0.05)。  结论　寰枢椎融合术中使用cage比髂骨块具有更好的三维稳定性、理论上能够提高寰枢椎融合率,减少并发症。     

人工颈椎间盘置换术与融合术的生物力学比较

目的 分析颈前路植骨融合术（anterior cervical discectomy and fusion,ACDF）与颈椎间盘置换术（total disc replacement,TDR）后颈椎生物力学特性。方法 采用12具人体颈椎标本,通过三维非接触式光电测量系统及位移控制方式,测试原始状态（intact）、TDR及ACDF术后各节段在前屈与后伸、左侧弯与右侧弯、左旋转与右旋转6种独立工况的运动和载荷分布,并探讨颈椎正常生理运动规律及植入器械特点。结果TDR术后,颈椎各节段运动保留效果明显,能恢复接近正常的运动,并以屈伸、旋转工况为优;同等工况下ACDF术后手术节段运动丢失达73.41%,其他节段运动也存在明显改变。侧弯工况两者均存在较大运动改变,TDR达45.92%,ACDF达108.06%。试验发现,颈椎正常生理运动为空间三轴耦合运动,以侧弯工况耦合程度最大,绕X轴运动分量达35%,TDR术后,颈椎能恢复接近正常的耦合运动规律。结论TDR术能使颈椎恢复更接近正常的生理运动,在屈伸、旋转工况效果最好,侧弯次之。本研究为TDR与ACDF的临床手术提供理论依据和定量参考。     

Artificial disc and vertebra system: a novel motion preservation device for cervical spinal disease after vertebral corpectomy

OBJECTIVE:To determine the range of motion and stability of the human cadaveric cervical spine after the implantation of a novel artificial disc and vertebra system by comparing an intact group and a fusion group.METHODS:Biomechanical tests were conducted on 18 human cadaveric cervical specimens. The range of motion and the stability index range of motion were measured to study the function and stability of the artificial disc and vertebra system of the intact group compared with the fusion group.RESULTS:In all cases, the artificial disc and vertebra system maintained intervertebral motion and reestablished vertebral height at the operative level. After its implantation, there was no significant difference in the range of motion (ROM) of C3–7 in all directions in the non-fusion group compared with the intact group (p>0.05), but significant differences were detected in flexion, extension and axial rotation compared with the fusion group (p<0.05). The ROM of adjacent segments (C₃₋₄, C₆₋₇) of the non-fusion group decreased significantly in some directions compared with the fusion group (p<0.05). Significant differences in the C_4-6 ROM in some directions were detected between the non-fusion group and the intact group. In the fusion group, the C₄₋₆ ROM in all directions decreased significantly compared with the intact and non-fusion groups (p<0.01). The stability index ROM (SI-ROM) of some directions was negative in the non-fusion group, and a significant difference in SI-ROM was only found in the C₄₋₆ segment of the non-fusion group compared with the fusion group.CONCLUSION:An artificial disc and vertebra system could restore vertebral height and preserve the dynamic function of the surgical area and could theoretically reduce the risk of adjacent segment degeneration compared with the anterior fusion procedure. However, our results should be considered with caution because of the low power of the study. The use of a larger sample should be considered in future studies.