基于有限元模型研究椎骨错缝对颈椎病患者关节应力的影响

目的：应用颈椎三维有限元模型,探讨颈椎＂椎骨错缝＂对颈椎病患者关节和椎间盘应力的影响。方法：选取颈椎病患者,通过颈椎动静态触诊和X线判定发生＂椎骨错缝＂的患者1例（男,28岁）,CT扫描C1-C7（层厚0.75mm）,基于CT数据,应用特定三维有限元分析软件对椎骨错缝节段（C4-C6）进行三维有限元模型创建,基于本模型应用软件模拟临床手法矫正＂错缝椎骨＂C5,然后应用有限元分析软件计算和分析这一形变过程关节突关节和椎间盘的应力变化。结果：错缝节段C5对相邻节段C4,5、C5,6的椎间盘和关节突关节的应力均发生改变,且C5,6椎间盘和关节突关节的应力均明显大于C4,5椎间盘和关节突关节受到的应力。结论：＂椎骨错缝＂后易引起相应关节突关节和椎间盘的异常应力,而手法矫正＂椎骨错缝＂能有效改善异常应力分布。     

三维平衡正脊手法治疗神经根型颈椎病的有限元分析

目的:探讨"三维平衡正脊"手法治疗神经根型颈椎病(cervical spondylotic radiculopathy,CSR)的生物力学特点。方法:将1例CSR患者行"三维平衡正脊"手法治疗,并在治疗过程中运用力学检测系统监测手法过程中的力学变化。利用螺旋CT对患者颈部进行断层扫描获取DICOM数据,依次运用Mimics软件、Geomagic Studio软件、ANSYS Workbench软件建立神经根型颈椎病三维有限元模型;模拟加载"三维平衡正脊"手法,将各部分力学参数代入有限元模型,运用ANSYS软件进行有限元分析,研究"三维平衡正脊"作用下患者的椎体、椎间盘的内部应力变化及位移变形情况。结果:建立的CSR患者C_3-C_7有限元模型包括5节椎体、4节椎间盘、3种韧带,涉及153 471个节点,64 978个单元。手法完全加载后,C_3-C_7椎体应力部位主要在C_5棘突前部及根部、椎弓及二者联合处,最大应力达到17.781 MPa;变形部位主要集中在C_3椎体关节突、横突前部,以及C_4椎体上关节突、横突,C5椎体关节突。C_3-C_7椎间盘应力主要分布于C_(3,4)椎间盘前部及C_(4,5)、C_(5,6)髓核部;位移情况扩展到C_(3,4)髓核中后部,C_(4,5)、C_(5,6)髓核周围及颈间盘前部。结论:C_3-C_7神经根型颈椎病患者三维有限元模型的建立较能真实地模拟颈椎几何形态及材料属性,亦较准确地反映颈椎的生物力学特性,验证"三维平衡正脊"手法对CSR的内在作用机制,证明治疗的安全性及成效性,指导更规范的手法操作,避免医疗事故的发生。     

终板切除对终板-钛网界面应力分布影响的三维有限元分析

目的 采用三维有限元法比较终板切除与否对颈椎椎体次全切除减压终板-钛网界面应力分布的影响.方法 在正常人C4～C7三维有限元模型基础上,模拟颈椎(C5)椎体次全切除减压手术,建立颈椎前路减压、终板保留与不保留两种手术模型.利用Ansys 9.0软件的建模功能建立12 mm直径钛网(无垫片)、颈椎前路钢板以及螺钉模型,分...     

颈椎三维有限元模型的建立及意义

目的 :建立颈椎 (C4～C7)三维有限元模型 ,以期应用于临床实验研究。方法 :根据正常中年女性CT与CT重建片 ,采用CAD数据处理技术 ,输入相关的材料特性 ,构建C4～C7三维有限元模型。模型包括颈C4～C74个椎体、C4 / 5～C6 / 73个椎间盘以及后部结构与主要的 5条韧带。共 2 178个三维固体 2 0节点有限元结构。在1 8Nm作用力下 ,观察节段运动与力 位移反应。对比国内外的实验结果进行检验。结果 :生物力学实验结果与以往实验模型结果基本相符。结论 :所建立的颈椎三节段有限元模型可以模拟颈椎生物力学实验。     

颈椎病患者寰枢关节骨错缝的临床诊治价值的研究

目的 :探讨寰枢关节骨错缝对颈椎病发病的作用,为临床中医手法诊治颈椎病提供思路。方法 :研究设颈椎病和无颈椎病两组,其中颈椎病组(来源于2006年3月至2008年12月曙光医院骨伤科门诊)患者333例,男119例,女214例,平均年龄(48.11±12.21)岁;无颈椎病组受试者73例(来源于上海中医药大学在校大学生、曙光医院研究生和进修生及部分社区人员),男18例,女55例,平均年龄(45.99±11.47)岁。对两组受试者的颈椎开口位X线片进行寰枢关节位置关系观测,比较两组中寰枢关节骨错缝的发生率的差异性,并对两组寰枢关节骨错缝的临床特点进行分析比较。结果:与无颈椎病组相比,颈椎病组患者寰枢关节骨错缝的发生率高达81.38%(271/333),二者之间差异具有统计学意义(P=0.0000.01);且颈椎病组寰枢关节骨错缝的分型较复杂和多样化,其中单纯平移错缝占50.55%(137/271),单纯旋转错缝占7.01%(19/271),平移合并旋转错缝占42.44%(115/271)。结论 :寰枢关节骨错缝是各型颈椎病常见X线征象,且寰枢关节骨错缝形式较复杂和多样化,临床应重视寰枢关节骨错缝分型的研究,并按照不同临床分型,对寰枢关节进行定性、定点、定向手法矫正,将对颈椎病的临床防治具有重要指导意义。     

“骨错缝筋出槽”与颈椎病发病关系的临床研究

目的:探讨颈椎"骨错缝筋出槽"与颈椎病临床发病的关系。方法:将2006年3月至2011年10月曙光医院骨伤科门诊收治的符合颈椎病诊断标准的333例患者作为颈椎病组纳入研究,男119例,女214例,平均年龄(48.11±12.21)岁;健康受试者组受试者30例(来源于曙光医院研究生及进修生、社区人员),男6例,女24例,平均年龄(45.27±10.12)岁。分别从症状体征、动态触诊、X线评价3方面综合判断两组受试者颈椎"骨错缝筋出槽"的发生率。结果:两组的症状体征、动态触诊、影像指标方面差异有统计学意义(P<0.01);颈椎病组有87.99%(293/333)发生颈椎"骨错缝筋出槽",与健康受试者组比较差异有统计学意义(P<0.01)。结论:颈椎"骨错缝筋出槽"是颈椎病临床发病的关键病理环节之一,为颈椎病临床防治提供新的研究思路。     

带肌肉组织全颈椎三维有限元模型的建立及分析

目的 :建立带肌肉组织的全颈椎三维有限元模型并验证该模型的有效性,为进一步分析颈椎疾患的生物力学作用机制建立良好的工作平台。方法:选取一名34岁健康男性志愿者进行颈椎薄层CT扫描,将CT原始数据以Dicom格式存贮。用Mimics 17软件将CT图像逆向重建出颈椎三维点云模型,利用Geomagic Studio 2012软件把点云模型拟合成NURBS曲面模型,然后导入Hypermesh12软件中进行网格划分、赋予材料属性、定义接触及边界条件等操作,最后提交至ABAQUS 6.12软件进行有限元分析,将各个工况(前屈、后伸、侧弯和轴向旋转)下各节段活动度与文献数据进行比较,验证该模型有效性。结果:建立的带有肌肉组织的全颈椎三维有限元模型共包含789024单元,285045节点,外观与人体颈椎具有非常好的几何相似性。该模型在屈伸、侧弯及旋转工况下的活动度与文献数据进行了80次对比,共计24次(占30%)超出部分参考范围,其中,仅C5-6左右侧弯活动度8.4°、C0-C1左右旋转活动度24.2°超出所有参考范围(P0.05)。结论:本研究建立的带有肌肉组织的全颈椎三维有限元模型符合有限元分析几何相似性和力学相似性要求,可用于颈椎生物力学分析。     

镁合金中空螺钉固定治疗ⅡA型齿状突骨折的三维有限元分析

目的:建立正常枢椎及中空螺钉固定ⅡA型齿状突骨折的三维有限元模型,分析镁合金螺钉固定ⅡA型齿状突骨折的稳定性.方法:通过CT扫描l例正常成年男性志愿者颈椎获取枢椎的空间结构信息,导入三维重建软件Mimics 10.01、Solidworks 2010,建立正常枢椎及中空螺钉固定ⅡA型齿状突骨折的三维有限元模型.在有限元软件Ansys 13.0中分析正常枢椎模型、ⅡA型齿状突骨折中空螺钉(镁合金螺钉、钛合金螺钉)固定模型,分别模拟颈椎后伸、前屈时受到水平载荷50N、100N、150N、200N的作用力及颈椎旋转时分别受到50N· mm、100N· mm、150N· mm、300N· mm扭矩时,测量齿状突的最大位移与最大应力、枢椎椎体的最大应力及螺钉的最大应力.钛合金螺钉弹性模量为108000MPa,屈服强度为930MPa;镁合金螺钉弹性模量为45000MPa,屈服强度为193MPa.结果:所建正常枢椎及ⅡA型齿状突骨折中空螺钉固定有限元模型外形逼真,几何相似性好.颈部前屈、后伸、旋转三种活动状态下,受到不同载荷时镁合金螺钉的最大应力均小于钛合金螺钉,两种螺钉的最大应力均小于其屈服强度;两种材料中空螺钉固定的ⅡA型齿状突骨折模型中齿状突、枢椎椎体的最大应力均小于皮质骨应力阀值(200MPa),齿状突的最大位移是正常枢椎齿状突最大位移的5～8倍,均小于1 mm(有限元模型中网格大小为1mm).结论:应用CT扫描获取枢椎空间结构信息建立的枢椎三维有限元模型可用于生物力学实验,镁合金中空螺钉在固定ⅡA型齿状突骨折时足以维持其稳定性.     

颈椎前路分节段减压融合术三维有限元分析

目的应用三维有限元模型分析颈椎前路分节段减压融合术的生物力学特点。方法建立C2～7三维有限元模型，在此基础上根据临床实际建立手术模型，观察不同手术方式的颈椎活动范围和邻近节段椎间盘应力。结果建立的颈椎三维有限元模型有效，分节段减压融合术比传统椎体次全切除术术后邻近节段椎间盘应力小，二者颈椎活动范围相同。结论颈椎前路分节段减压融合术比传统椎体次全切除术更符合人体生物力学要求。     

双侧经寰枢关节螺钉及寰椎椎板钩内固定系统的三维有限元研究

目的 探讨双侧经寰枢关节螺钉及寰椎椎板钩内固定系统的生物力学性能.方法 健康男性志愿者,年龄28岁,身高172 cm ,体重60 kg ,X线检查排除枕颈部畸形;对志愿者进行枕骨底到第三颈椎(C0-3)薄层CT扫描,建立具有详细解剖结构的上颈椎(C0-3)有限元模型并验证其有效性.在寰枢椎不稳的上颈椎模型中模拟双侧经寰枢关节螺钉及寰椎椎板钩固定并进行三维有限元对比分析.结果 上颈椎三维非线性有限元模型的仿真性好,可以进行生物力学分析.双侧经寰枢关节螺钉及寰椎椎板钩内固定系统中螺钉在经过寰枢关节部位时应力最大,有良好的生物力学稳定性.结论 双侧经寰枢关节螺钉及寰椎椎板钩固定是一种实用、有效的寰枢椎融合方式.     

脊髓损伤后神经轴突导向分子Semaphorin 3A表达的研究

目的:研究后脊髓损伤大鼠Semaphorin 3A表达的变化,探索脊髓损伤后轴突再生受到抑制的可能机制。方法:40只雌性健康SD大鼠,8周龄,体质量(210.00±9.88)g,随机分为对照组(A组,20只)和模型组(B组,20只)。A组仅切开T10全椎板及T9、T11部分椎板,对脊髓未作其他处理;B组切开T10全椎板及T9、T11部分椎板采用脊髓横切法制作脊髓损伤的动物模型。两组分别在术后3、7、14、28、42 d(每组每个时间点4只)进行灌注、获取脊髓组织,然后进行HE染色,同时按照SP试剂盒的操作步骤进行Semaphorin 3A的表达。结果:单纯脊髓横切损伤后,损伤局部发生出血坏死,局部水肿,神经变性、坏死以及囊腔形成,胶质细胞增生胶质瘢痕形成。对照组Semaphorin 3A只在灰质区有低水平表达。模型组术后3 d脊髓损伤损伤区Semaphorin 3A无表达,14 d时脊髓损伤损伤区Semaphorin 3A的表达显著增加,处在较高的水平,28 d时Semaphorin 3A的表达呈中等水平,42 d时Semaphorin 3A阳性表达恢复到正常水平。结论:脊髓损伤后Semaphorin 3A表达升高,可能是抑制轴突再生的机制之一。     

上颈椎三维非线性有限元模型的建立及其有效性验证

目的建立具有详细解剖结构的上颈椎三维非线性有限元模型并验证其有效性。方法对健康成年男性志愿者进行CT扫描,获得枕骨底(C0)到C3的体层图像,将数据导入Mimics软件进行上颈椎骨质的三维模型重建,用Freeform软件进行模型修改,导入有限元软件Ansys9.0进行分析计算。模型中韧带以非线性的弹性元素建模,分为弹性区和中性区,分别定义元素性质,韧带的起止点及横截面积根据文献确定,寰椎横韧带坚韧、弹性低,定义为固体元素性质,同时便于对齿状突横韧带关节进行受力分析。寰枕关节、寰枢关节、C2,3关节突关节、寰椎齿状突关节、齿状突横韧带关节均定为有摩擦系数的表面滑动接触关节。使模型C3椎体下缘固定,在枕骨底施加40N的预载荷和1.5N·m的力矩作用下使其产生前屈、后伸、旋转、侧屈运动,将模型的活动度(ROM)与Panjabi测得正常上颈椎的实验数据对比进行验证。结果建立了具有详细解剖结构的上颈椎三维非线性有限元模型,整个模型有229047个节点和152475个单元,模型运动范围与Panjabi的数据相符合。结论建立的上颈椎模型具有较高的真实性,可以用于生物力学分析实验。     

前屈位不同角度牵引治疗颈椎病的有限元分析

目的：分析不同牵引角度加载在颈椎曲度变直的模型上得到的数据,为临床牵引治疗颈椎病提供实验依据和临床建议。方法：选取颈椎曲度变直患者采集CT数据（女性,43岁）,采用专用生物力学有限元软件构建完整的颈椎全节段模型,包括使用实际解剖位置构建的颈椎韧带、肌肉组织;进行有限元模型的验证后,用0。、前屈5°10°15°20°25°进行牵引,观察椎间孔、关节突、钩锥关节、椎间盘的间距变化,以及髓核和基质的应力变化。结果：当牵引角度为前屈0°～15°时,椎问孔、钩椎关节、后关节突之间的间距加大,椎间盘的拉应力适宜,压应力较小,比较符合临床治疗要求。结论：建议牵引治疗颈椎病时采取前屈位0°～15°     

利用Mimics和Freeform建立下颈椎三维非线性有限元模型

目的建立具有详细解剖结构的下颈椎三维非线性有限元模型并验证其有效性。方法对健康成年男性志愿者进行CT扫描,获得C4-7,节段的断层图片,将数据保存为Dicom格式,导入Mimics9．1软件进行三维几何模型重建,形成三维图像,利用Freeform软件进行模型修改和表面划分,以IGES格式转入有限元软件Ansys9．0完成有限元模型建模。下颈椎韧带以非线性的弹性元素建模,韧带的起止点及横截面积根据文献确定,关节突关节定义为有摩擦系数、表面滑动接触关系。在C4施加40N的预载荷,在1．8N·m的力矩作用下使模型产生前屈、后伸、侧屈、旋转运动,将实验结果与Moroney等实验结果对比进行验证。结果建立了具有详细解剖结构的下颈椎三维非线性有限元模型。整个模型共有145570个节点,96645个单元,模型在各种工况下的平均刚度与Moroney等的结果基本吻合。结论利用Mimics和Freeform建立的下颈椎模型在一定条件下是有效的,可以进行临床和实验研究。     

基于CT三维重建的上颈椎三维活动度在体测量研究

目的:采用CT三维重建的方法测量健康成年人上颈椎寰枕关节、寰枢关节的各个方向上的活动度及其耦合运动,以及颈椎病患者上颈椎最大旋转位的三维活动度,并作对比分析,同时验证所使用的测量方法的可靠性。方法:2014年1月至2015年6月,选取20个健康成年受试者(健康成年组),其中男11例,女9例,年龄22～26(24.0±1.2)岁;26个颈椎病患者(颈椎病组),其中男24例,女2例,年龄36～72(52.8±8.6)岁。采集健康成年人中立位、最大右侧旋转位、最大右侧侧屈位及最大屈曲位、最大背伸位5个位置的及颈椎病患者中立位、最大右侧旋转位上颈椎(含枕骨大孔)的CT图像。利用软件Mimics将所得CT重建为三维图像。在各个椎体(或枕骨)上选取明显的解剖标志点进行标注,根据所标注的解剖标志点建立局部坐标系,局部坐标系即代表了所在椎体的位置及方向。利用Pro/Engineer及MATLAB软件运算出上位椎体(或枕骨)相对下位椎体的活动度及颈部整体三维活动度,并比较颈椎病组和健康成年组差异。因解剖标志点识别有人为差异,选取两名实验员进行3次测量,用组内相关系数(组内ICC)和组间相关系数(组间ICC)验证实验方法的可靠性。结果:可靠性验证结果:组内ICC、组间ICC结果均在0.90以上,测量方法有很高的可靠性;健康成年组上颈椎三维活动度:最大右侧旋转位时,寰枕关节有(-6.8±1.5)°的耦合左侧屈和(8.9±2.0)°的耦合背伸活动,其余3个位置寰枕关节各方向活动度均很小,最大为(5.3±2.6)°;最大右侧旋转位时寰枢关节右旋(37.9±5.1)°,占整个颈椎活动度[(72.4±5.0)°]的52.34%,其余3个位置寰枢关节仍以旋转活动最为突出;上位椎体(或枕骨)相对下位椎体的平移距离均很小。颈椎病患者颈椎整体平均轴向旋转角度[(62.0±3.4)°]较健康成年组明显下降,但寰枕关节、寰枢关节的平均轴向旋转角度比较健康成年组没有明显差异(P0.05)。结论:(1)基于CT三维重建的方法能够很好的描述颈椎的这种复杂的三维运动,并且有很高的可靠性。(2)上颈椎运动是一个复杂的三维运动过程,各个方向活动时均附带有其他方向上的耦合运动。(3)颈椎病患者最大旋转位上颈椎旋转方向的活动度较健康成年人没有明显变化。     

下颈椎两节段椎体次全切后前路椎弓根螺钉固定系统重建稳定性有限元模型的建立

目的:建立下颈椎(C3-C7)两节段椎体次全切后的前路椎弓根螺钉内固定系统(anterior cervical transpedicular system,ACTPS)的固定模型,为下颈椎前路重建提供一种内固定手术的有限元建模方法.方法:采集1名30岁成年健康男性志愿者颈段(C1-T1)的CT数据,应用Mimics 1...     

颈椎前路融合手术中钢板摆放角度对颈椎稳定性影响的有限元分析

目的:利用有限元分析的方法,比较颈前路融合手术中钢板偏离颈椎长轴与钢板标准摆放的生物力学性能。方法:选取一名健康女性志愿者并进行CT扫描(C1-T1),应用Mimics 19.0,Geomagic Studio 2015,Solidworks 2018,Ansys Workbench 17.2等软件建立下颈椎(C3-C7)模型进而验证模型的可靠性,随后置入不同角度、不同长度的颈前路钢板,从而建立颈前路椎间盘切除减压融合术(anterior cervical discectomy fusion,ACDF)模型,在C3上施加73.6 N轴向压力及1 NM的纯力矩,使模型产生屈曲、后仰、侧弯及旋转活动,观察模型应力云图,记录器械最大应力值及椎间活动度并进行分析比较。结果:建立下颈椎(C3-C7)有限元模型,与已发表的关于颈椎活动度的文献相对比,验证了模型的有效性。钢板摆放偏移轴线对内固定器械的应力分布、最大应力值及椎间活动度影响较小;单节段钢板相比于双节段钢板对钢板偏移的力学影响更小。结论:在颈椎前路钢板与颈椎长轴存在角度时对颈椎的力学稳定性影响不大。在临床手术钢板倾斜小于20°时,无须重新调整钢板位置。     

弯腰挺立手法治疗腰骶关节紊乱的有限元分析

目的:分析腰骶关节紊乱患者有限元模型及施加弯腰挺立手法后的位移、应力及作用机制。方法 :建立1例腰骶关节紊乱患者的三维有限模型,运用有限元分析方法对模型进行轴向、34°斜向上、垂直向上3种工况加载进行观察分析。结果:腰骶关节紊乱模型应力分布,L_5椎体集中在下终板中央、椎间盘集中在间盘中央,S_1及相关结构应力集中分布在椎体前后缘。模拟手法后应力主要集中在L_5椎体上终板前缘、后缘和下终板中央圆形区域,椎体后部相关结构集中在椎弓根腹侧、峡部和椎板背侧,椎间盘应力分散于椎体后缘;S_1椎体相关结构集中在骶骨椎体后缘和骶骨嵴上。位移结果:腰骶关节紊乱模型中左侧横突、上下关节突和棘突左侧部分向左明显移位,椎间盘向前突出移位。模拟手法后:L_5椎体下切迹向前上方移位,椎间孔面积增大,L_5椎体下关节突向前移行,骶骨上关节突向前下方移位,关节突关节距离加大,骶骨位移最大集中在椎体后缘和骶正中嵴上。结论:腰骶关节建模成功可进行有限元分析;弯腰挺立手法作用机制明确,用于治疗腰骶关节紊乱有效、安全可施。