腰椎椎弓峡部裂病因学的应力分析

本文采用三维有限元方法建立了腰椎活动节段的力学模型,着重分析椎弓峡部的应力分布情况。结果发现椎弓峡部在人体直立法、屈曲位和伸展位均出现明显的应力集中,其中以伸展位时的应力水平最高。作者认为,椎弓峡部裂实质上主要是由局部应力增高而引起的疲劳骨折,而腰椎后伸与其关系最为密切。     

腰椎峡部裂生物力学三维有限元分析

目的 建立腰椎三维有限元模型,模拟分析不同运动状态下腰椎峡部的应力分布,探讨腰椎峡部裂滑脱产生的病理基础及力学机制。方法 选取成年男性志愿者1名,采用64排螺旋CT行腰部断层扫描,所得图像通过MIMICS软件处理优化,导入有限元分析软件,建立腰椎三维有限元模型（L1~L5）,分析不同姿势下腰段脊柱椎弓峡部的受力及变形情况。结果 腰椎峡部在前屈、后伸位均出现明显的应力集中,后伸位更为明显,应力值由L1~L5向下逐渐加大。结论 腰椎峡部在后伸运动间,峡部应力异常集中,这种运动状态是产生后天性腰椎峡部裂及进一步滑脱病变的重要病理基础,双侧L5峡部裂在后伸位受到应力最大,活动度异常加大,最易产生滑脱病变。     

单椎节与单节段内固定治疗腰椎椎弓峡部裂的有限元分析

目的通过单椎节和单节段内固定治疗腰椎椎弓峡部裂三维有限元模型的生物力学实验,比较峡部裂状态和两种内固定情况下邻近终板的应力变化。方法利用已经建立的L4双侧椎弓峡部裂三维有限元模型,重建下腰椎内固定物如椎弓根螺钉和连接杆,将两者组合构建单椎节和单节段内固定治疗腰椎椎弓峡部裂的有限元模型,在同样约束条件及载荷下进行有限元分析,比较腰椎峡部裂状态、单椎节、单节段内固定3种力学状态下邻近终板的应力变化情况。结果轴向加压时,两种内固定方式与峡部裂状态相比较在L4下终板应力均值差异有统计学意义(P<0.05),前屈、后伸、侧屈时单椎节固定方式终板应力均值与峡部裂状态相仿,而单节段固定方式与峡部裂状态相比较在L4下终板应力均值增高有统计学意义(P<0.05),在S1上终板应力均值差异也有统计学意义(P<0.05),旋转时单椎节固定方式与其他两种状态相比在S1上终板应力均值下降有统计学意义(P<0.05)。结论单椎节经椎弓根钉棒固定系统治疗腰椎弓峡部裂在轴向加压、前屈、后伸、侧屈、旋转时不仅能提供良好的固定,而且最大程度地保留了上下椎间盘的活动,尤其在旋转运动时对下一节椎间盘有良好的稳定作用。     

腰椎椎弓峡部裂及其所致椎体滑脱的CT表现

椎弓峡部裂是临床上发生率较高的一种脊椎疾病。椎弓峡部裂及其所致椎体滑脱则是引起腰腿痛的常见病因之一。CT检查不仅可以明确椎弓峡部裂的存在 ,而且可以更全面、详细地提供椎管内及其周围软组织的资料。现将我院近 12年来遇到的椎弓峡部裂患者 36例的 CT表现分析如下。1　材料与方法病例 36例 ,其中男 2 1例 ,女 15例 ,平均年龄 36岁 ,36例患者中行完整椎体扫描者 19例 ,扫腰 3- 4,腰 4- 5 ,腰5骶 1椎间隙再加扫腰 4,腰 5椎弓峡部者 17例。扫描层厚 ,层距常规 5 mm ,部分薄层及重叠扫描。2　结果腰 5椎弓峡部裂 30例 ,腰 4椎弓峡部裂 …     

腰椎椎弓峡部裂患者的椎间盘退变

目的：探讨腰椎椎弓峡部裂患者的椎间盘退变程度及其临床意义。方法对：对７３例腰椎椎弓峡部裂行腰椎ＭＲＩ检查。在正在中矢状面ＭＲＩ图像上根据Ｔ２加权像椎间盘信号强度判定相邻腰椎椎间盘退行性变程度。结果：７３例中椎间盘退变程度０级２２例,１级１７例,２级１３例,３级１４例,４级７例。椎间盘退变程度与年龄相关性非常显著,但与腰椎滑脱程度相关性不显著。结论;术前ＭＲＩ检查有助于判定椎瞳盘奶变程度并选择正确的     

空心拉力螺钉治疗腰椎峡部裂的三维有限元分析

背景:空心拉力螺钉技术治疗峡部裂有很多优势,但依然存在内固定的断裂、松动的风险。目的:通过三维有限元软件建立L₄-S正常模型、峡部裂模型及空心拉力螺钉治疗腰椎峡部裂模型,分析空心拉力螺钉治疗腰椎峡部裂的生物力学稳定性。方法:选择1名男性健康青年军人志愿者,对志愿者腰椎、骶椎进行三维CT扫描,获取影像学数据并保存为Dicom格式。将CT数据导入Mimics research 21.0软件初步建立几何模型,并进行偏差分析,将所得模型以STEP格式输出;再导入Solidworks 21.0软件分别建立L₄-S节段正常、L₅双侧峡部裂、空心拉力螺钉治疗峡部裂3组模型,分别用A,B,C表示,比较轴向压缩、前屈、后伸、左侧弯、左旋转5种工况下3组模型的生物力学特点。结果与结论:①相比于A,C模型,B模型在轴向压缩、前屈、后伸、左侧弯、左旋转5种工况下的整体最大位移均为最大,而A,C整体最大位移相差不明显;②C模型去除内固定之后,最大应力趋势与A模型相近,而B模型在左侧弯及左旋转时应力明显高于A,C模型;③3组模型的整体最大转角表明,...     

双侧峡部裂对腰椎稳定性影响的实验研究

目的：研究双侧峡部裂对腰椎三维稳定性的影响。方法：实验材料为８具成人新鲜腰椎标本,切断Ｌ２双侧峡部,通过脊柱三维运动试验机,对标本施加前屈／后伸、侧弯和轴向旋转等６种力偶矩（１０Ｎ．ｍ）,由脊柱三维运动分析系统得到腰椎节段的运动范围。结果：双侧峡部断裂后,腰椎前屈／后伸及左／右旋转运动范围分别增加２６．６％、５５．９％、１００．９％、１１５．８％,较正常标本有显著性增大,而左／右侧弯变化不大。结论：峡部对腰椎三维稳定具有重要的力学作用,双侧峡部裂导致腰椎不稳。     

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     

腰椎峡部裂机翼型记忆合金固定装置的有限元分析

目的　以正常人体CT影像数据为基础,建立腰椎峡部裂弹性固定有限元模型,分析内固定器受力并对其进行改进。 方法 采用分辨率0.625 mm薄层CT扫描数据,导入 Mimics10.0软件建立三维几何面网格模型,通过Geomagic studio12.0、HyperMesh 10.0前处理,最终导入Abaqus10.1软件生成腰椎峡部裂记忆合金固定模型,并在椎体上表面施加500N压力和7.5 Nm力矩,模拟前屈、后伸、侧屈和旋转四种生理载荷,观察并比较不同载荷下固定装置的应力分布。 结果　机翼型记忆合金固定装置应力集中于侧翼,尤其是侧翼和底座的接合部位,后伸和旋转时最大,容易导致疲劳性断裂。 结论　提高镍钛合金材料质量和工艺水准,术后延长腰围保护时间,以避免机翼型记忆合金固定装置断裂的风险。     

腰椎滑脱及椎弓峡部裂的X线平片与CT诊断探讨

目的探讨腰椎滑脱和椎弓峡部裂中X线平片与CT各自的诊断作用。方法首先,随机选取220例检查腰椎滑脱与椎弓根峡部裂的患者,均分成A、B两组。然后,A组行X线平片检查,B组行CT检查。最后,比较分析两种诊断方式对于腰椎滑脱及椎弓峡部裂的检出率。结果腰椎滑脱的检出率A组为95.4%,B组为85.6%;椎弓峡部裂的检出率A组为87.9%,B组为96.6%。结论 CT检查椎弓峡部裂的检出率比X线平片的检出率高,X线平片对腰椎滑脱的检出率比CT的检出率高。     

两种术式髓核摘除对腰椎生物力学影响的有限元分析

目的评价两种术式髓核摘除对腰椎节段稳定性和纤维环应力的影响。方法在L4-5节段三维有限元模型上分别模拟骨性椎板开窗髓核摘除和椎板间隙开窗髓核摘除,施加不同类型载荷,观察节段间旋转角度和纤维环最大应力的改变。结果骨性椎板开窗髓核摘除后,腰椎节段在前屈和后伸载荷下旋转角度分别增加31%和28%,纤维环最大应力分别增加16%和6%;椎板间隙开窗髓核摘除后,腰椎节段在前屈和后伸载荷下旋转角度分别增加33%和39%,纤维环最大应力分别增加17%和0.2%。两种术式髓核摘除后,纤维环的应力分布均没有发生改变。结论和椎板间隙开窗相比,骨性椎板开窗髓核摘除能更好地保持腰椎的后伸稳定性,但后伸时纤维环承受的应力明显增大。     

全腰椎非线性有限元模型的建立与有效性验证

目的　为人体腰椎生物力学有限元分析建立有效的全腰椎非线性数字仿真模型。 方法　采集一名25岁的健康男性腰椎（L1~5）CT影像数据,依次通过Mimics 17.0、Geomagic Studio 2013、UG8.5、Hypermesh 13.0、Abaqus6.14-4五个软件建立模型,赋予各组织对应的属性。首先进行网格收敛性测试,选取合适的网格划分方案以提高分析效率。然后通过给模型施加不同的力矩载荷来模拟腰椎的6种运动（前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左轴向旋转、右轴向旋转）,计算腰椎各功能节段（functional spinal unit,FSU）的活动度（range of motion,ROM）。 结果　模型得出的结果与体外试验的数据类似,两者变化趋势规律一致。 结论　本研究使用的全腰椎非线性有限元模型的建立与验证方法可用于未来脊柱相关疾病的建模与分析。     

全腰椎三维有限元模型的建立及其有效性验证

目的建立全腰椎及骶椎的有限元模型,为分析L4～5之间纤维环易破裂的病理提供可靠的模型。方法利用健康成人椎骨的CT影像,采用Mimics医学图像处理软件和Geomagic逆向工程软件建立L1～S1椎骨和椎间盘三维模型,再导入有限元软件Hypermesh中划分网格,并附加腰椎相关韧带,赋予材料属性,建立边界条件,构建腰椎加骶椎有限元模型;模拟腰椎受轴向压力、前弯、侧弯和后伸4种载荷下的生物力学反应。结果模型在受到10 N.m载荷作用分别发生前屈、侧弯和后伸运动下的整体刚度分别为0.61、0.7和0.75 N.m/(°),与实验结果较为吻合;轴向施加力和弯矩时L4～5之间的纤维环应变较大;纤维环在各种载荷下均出现较明显的应力集中。结论 L4～5之间纤维环局部应力集中和应变较大是导致其易破裂的原因之一;所建立的L1～S1椎体三维有限元模型符合脊柱生物力学特性,可用于脊柱生物力学的进一步研究。     

峡部裂对上位脊椎力学稳定性影响

目的通过测量腰椎峡部裂模型上位脊椎间盘压力,研究峡部裂上位脊椎稳定性。方法实验材料为9具成人新鲜腰椎标本,造成实验模型,通过MTS-858生物力学测试机对正常组及峡部裂组标本进行中心垂直、前屈、后伸及侧屈压力加载,对不同状态椎间盘进行压力测试,分析比较峡部裂组及正常组上位椎间盘压力。结果峡部裂组上位脊椎(L4/5)间盘压力在中心垂直正压状态下(600、800、1000N加载)与正常组椎间盘压力均值比较,P0.05,无显著性差异,分别增加了1.3%,1.5%,1.7%。前屈15°状态下(300、500、700N加载)与正常组椎间盘压力均值比较,P均0.001,有显著性差异,分别增加了20.97%,24.45%,28.79%。后伸15°状态下(300、500、700N加载))与正常组椎间盘压力均值比较,P0.001,有显著性差异,分别增加了14.15%,17.86%,24.92%。侧屈15°状态下(300、500、700N加载)与正常组压力比较,P0.05,无显著性差异,分别增加了3.54%,2.12%,1.14%。结论腰椎峡部裂不仅对同序脊椎具有重要力学影响,而且对上位脊椎同样具有重要力学影响,从而可以影响同序及上位脊椎的稳定性。     

腰椎有限元模型建立方法的研究

目的介绍一种基于CT扫描图像重建腰椎有限元模型的方法。方法通过CT扫描获得人体腰椎断层图片,在Mimics 10.0软件及Patran-Nastran中进行腰椎有限元建模,在此模型的L3椎体上表面加载500N轴向压力以模拟正常人站立时的情况,再分别在15NM力矩下进行屈、伸、侧弯以及扭转四个动作来验证模型的有效性。结果建立的腰椎有限元模型各方向的位移与符合真实情况,并且椎间盘应力分布接近现实。结论利用CT扫描技术建立限元模型的方法精确有效。     

步态仿真下腰椎间盘退变合并骶髂关节紊乱的有限元分析

目的通过观察腰椎间盘退变合并骶髂关节紊乱的生物力学特征,探讨腰椎间盘退变与骶髂关节紊乱相关性的生物力学机制。方法选取正常志愿者1名,腰椎间盘突出症合并骶髂关节紊乱者2名(骶骨错位、髂骨错位各1名),采集CT数据建立相应的正常、骶骨错位、髂骨错位腰椎-骨盆模型,同时采集其步态数据驱动Any Body仿真肌骨模型,得到腰椎骨盆周围肌肉力及髋关节力作为加载条件,进行有限元分析。比较患者与正常志愿者L4、L5椎间盘及骶髂关节应力变化。结果正常模型L4、L5左右及两侧骶髂关节应力曲线呈双峰,且无明显差异;骶骨错位模型与髂骨错位模型L4、L5左右及两侧骶髂关节应力曲线双峰改变甚至消失,L4左右两侧应力峰值差分别为0.55、0.80 MPa,L5左右两侧应力峰值差分别为4.05、2.08 MPa,骶髂关节右侧应力峰值与左侧峰值差分别为0.96、3.32 MPa。结论腰椎间盘退变合并骶髂关节错位导致人体承重力线的偏移,骶髂关节紊乱可加重身体两侧应力失衡,在腰椎间盘突出症的治疗过程不能忽视骶髂关节紊乱的影响。     

上颈椎三维六面体网格有限元模型的建立及有效性验证

目的 改善目前国内上颈椎有限元模型质量,建立具有详细解剖结构的上颈椎三维非线性六面体网格有限元模型并验证其有效性,以期应用于临床相关生物力学研究.方法 对一名健康成年男性志愿者,采用16排螺旋CT机进行0.5 mm薄层扫描,获得枕骨底C0到C3的体层图像数据并以Dicom格式保存.将数据导入Mimics 10.01软件,进行上颈椎三维几何模型重建,利用ICEM软件对C0～ C3三维重建模型进行六面体网格划分,关节软骨面间隙为0.5 mm,终板厚0.2 mm,关节软骨面定义为滑动接触,摩擦系数设为0.1.再运用Hypermesh V10.0调整网格质量,加载韧带,初步建立上颈椎(C0～ C3)三维六面体单元有限元模型.随后进行材料赋值、边界约束,模拟模型产生前屈、后伸、旋转、侧屈运动,将数据导入有限元软件ABAQUS 6.11进行各椎体三维运动的计算分析.最后将模型的三维活动度(ROM)及各工况下的应力云图与体外实验及其他模型文献数据进行有效性对比验证.结果 建立了具有详细解剖结构的上颈椎三维非线性六面体有限元模型,整个模型共30 550个节点和41 909个单元,模型运动范围及应力分布与文献数据相符合.结论 建立的上颈椎有限元模型具有较高的真实性,可应用于临床相关生物力学研究.