脊柱胸腰段骨折后路经伤椎单节段固定与常规短节段固定的力学性能比较

目的 应用三维有限元技术构建胸腰椎骨折经伤椎单节段固定及常规短节段固定模型,研究经伤椎单节段固定的生物力学特点,论证其在胸腰椎骨折治疗中应用的可行性。方法 选取青壮年健康男性志愿者,利用CT扫描数据建立脊柱T10~L2正常模型、T12骨折模型以及经伤椎单节段固定和短节段固定模型;分析在轴向压缩、前屈、后伸、侧屈及轴向旋转下各个节段的最大位移差及内固定物的应力情况。结果 骨折模型T10~11、T11~12、T12~L1的最大位移差较正常模型在大多数加载情况时明显增大,经短节段或者经伤椎单节段固定后,该值明显减小,两种固定方式无显著差异。内固定物应力方面：在轴向压缩及前屈时,经伤椎单节段固定模型中螺钉应力明显低于短节段固定;而在后伸、侧屈及轴向旋转时,螺钉应力无明显差异。对于固定棒,轴向压缩及前屈时,两种固定方式无差异;后伸及侧屈时经伤椎节段固定应力高于短节段固定,而旋转时则恰恰相反。结论 对于胸腰段单节段不完全骨折,经伤椎单节段固定可以提供与常规短节段固定相近的生物力学稳定性,是治疗胸腰椎不完全骨折的一种良好的选择。     

3种不同后路内固定方式及其横连治疗胸腰段骨折的力学性能比较

目的比较3种不同后路内固定方式及其有无横连杆治疗胸腰段骨折的生物力学性能差异,寻找最优化的后路内固定方式。方法在已验证的正常T12~L2有限元模型基础上,模拟L1椎体爆裂性骨折。将T12椎体上半皮质骨切除并赋予内部松质骨损伤材料属性,分别建立无、有横连杆经伤椎单侧螺钉(模型A1、A2)、常规短节段(模型B1、B2)和经伤椎双侧螺钉(模型C1、C2)6种内固定模型。分别比较6组模型在各种生理应力下的活动范围(range of the motion,ROM)以及螺钉和棒的最大Von Mises应力情况。结果在屈伸和侧屈应力下,经伤椎单侧和双侧螺钉内固定模型组ROM均明显小于常规短节段内固定组;而经伤椎单侧和双侧螺钉内固定组,在屈伸应力下两者ROM无显著差异,在侧屈应力下经伤椎双侧螺钉模型的稳定性优于经伤椎单侧螺钉固定。应力主要集中在上位螺钉钉尾和上位螺钉与伤椎螺钉之间的棒体,经伤椎双侧内固定组上位螺钉最大应力明显低于经伤椎单侧和常规短节段内固定组螺钉最大应力。横连可增加各内固定组在扭转应力下的稳定性,也可降低上位螺钉和棒在扭转应力下的最大应力,而屈伸和侧屈应力下螺钉和棒的最大应力未见明显差异。结论经伤椎置钉后路内固定可获得较好的生物力学稳定性,且添加横连不仅能改善构型扭转刚度,而且能降低螺钉和棒的最大扭转应力,是治疗胸腰椎不稳定骨折良好选择。     

经伤椎椎弓根螺钉内固定治疗胸腰椎骨折的护理

脊柱胸腰段骨折约占脊柱骨折的1/2,传统治疗方法为后路短节段跨伤椎4钉内固定术。近年来,具有更大生物力学稳定性的附加伤椎固定的三椎体6钉椎弓根螺钉内固定技术逐渐应用于临床并取得了较满意的治疗效果[1]。我科2007年9月至2010年9月对29例胸腰椎骨折患者行附加伤椎固定的三椎体6钉内固定术,现总结其临床护理体会,     

后路固定术治疗胸腰椎爆裂骨折的生物力学研究

为了给胸腰椎爆裂性骨折病人手术方式的选择提供理论支持和临床依据,建立T10-L2节段正常脊柱模型、爆裂性骨折模型,经伤椎单节段固定模型、经伤椎双节段固定模型和跨伤椎短节段固定钉模型。在T10上表面施加400 N的压缩载荷和7.5 N·m的力矩,模拟人体前屈、后伸、左/右侧弯和左/右侧旋转6种生理活动,利用有限元方法分析3种手术固定方式的生物力学特性。结果表明,与完整的正常脊柱模型相比,3种固定模型在所有运动状态下的活动度(ROM)均有所减少。相比经伤椎双节段内固定模型,经伤椎单节段内固定模型在前屈、后伸、左弯、右弯、左旋和右旋6种受力状态下,椎弓根螺钉上的应力分别增加了78.1%、87.8%、90.5%、81.3%、51.3%,72.3%。经伤椎单节段固定术系统的活动度和正常脊柱最为相似,其在恢复脊柱稳定性的同时可最大可能地保护脊柱原有的力学属性,但其钉棒的最大应力远高于经伤椎双节段固定术。对于失稳严重的损伤,经伤椎双节段固定术可明显降低螺钉应力,同时提高脊柱的稳定性。     

经胸腰段伤椎单节段椎弓根螺钉固定后的生物力学特性

背景：临床常采用经伤椎椎弓根螺钉内固定治疗胸腰椎骨折,研究已证实经伤椎双侧椎弓根螺钉固定后脊柱稳定性加强,但也有研究认为经伤椎单节段椎弓根螺钉固定足以增加脊柱的稳定性,但此结论缺乏生物力学结果支持。 目的：观察胸腰段椎体骨折经伤椎单节段固定的相关生物力学特性。 方法：取扬州大学医学院解剖教研室提供8具中国人新鲜胸腰段标本(T₁₁ -L₃),锯条横断2/3椎体,制成完整胸腰段椎体实验标本,将8具标本等分成跨伤椎固定组和单节段经伤椎固定组,分别在跨伤椎临近椎体四钉固定和临近椎体四钉固定+经伤椎单侧椎弓根固定。 结果与结论：胸腰段椎体骨折后经跨伤椎固定与经单节段伤椎固定的载荷-应变关系相差12%、载荷-位移关系相差11%、强度相差18%、轴向刚度相差11%、扭转力相差11%及拔出力相差1.8%,两组差异有显著性意义(P < 0.05),说明经伤椎单节段固定胸腰段椎体骨折的生物力学性能更好。     

两种植骨方式治疗L1椎体爆裂骨折的有限元研究

目的　建立L1椎体爆裂骨折的有限元模型,分析比较经椎弓根椎体内植骨和经椎管椎体内植骨的应力分布。 方法　通过CT扫描、Mimics三维重建、ANSYS前处理等方法建立胸腰段T12~L2有限元模型,据此建立L1椎体爆裂骨折后经椎弓根椎体内植骨和经椎管椎体内植骨加椎弓根钉棒后路固定模型。并对模型在前屈、后伸、侧弯和旋转下加载350N/8Nm,观察分析应力分布情况。 结果　正常胸腰段、L1椎体爆裂骨折、经椎弓根植骨和经椎管植骨模型的等效应力峰值如下,前屈：6.89、54.10、8.03、5.92 MPa;后伸：56.70、109.00、12.50、8.61 MPa;侧弯：6.83、47.50、11.30、3.60 MPa;旋转：23.80、112.00、13.10、7.65 MPa。未植骨时应力主要集中于螺钉的尾部和连接棒,植骨后应力明显降低,并向螺钉中部分散分布。 结论　两种植骨方式的模型均重建了伤椎的强度,增加即时稳定性,但经椎管椎体内植骨更充分、更有效减小内固定应力,增加其力学安全性,从生物力学角度是一种植得推广的术式。     

短节段椎弓根钉内固定结合伤椎内植骨术治疗新鲜胸腰椎骨折

目的探讨短节段椎弓根钉内固定结合伤椎内植骨术治疗新鲜胸腰椎骨折的临床应用及疗效.方法采用后路短节段椎弓根钉系统复位固定并经伤椎椎弓根椎体内植骨术治疗新鲜胸腰椎骨折35例,分别于术前、术后及随访时测量伤椎前、后缘高度和 Cobb 角,比较植骨后推体高度的恢复度和 Cobb 角的纠正度.结果本组病例均获随访,平均随访时间12.5个月.平均骨折愈合时间5.4个月.全部随访患者未出现断钉、断棒及椎弓根钉拔出.所有病例术后及随访时椎体高度和 Cobb 角均纠正良好,脊柱椎体排列良好,椎体内植骨融合良好.其中11例1年后,10例1年半后取内固定物,取内固定物半年后拍片未见椎体高度丢失和塌陷.结论后路短节段椎弓根钉内固定结合伤椎内植骨术治疗新鲜胸腰椎骨折治疗能不仅有效恢复伤椎高度,尽早形成伤椎的骨性愈合,增加伤椎前、中柱的支撑力,重建了伤椎前、中柱的稳定性,而且保留伤椎邻近节段的运动单元功能,恢复脊柱的生理功能,有效防止断钉、内固定物松动、椎体前缘高度丢失、Cobb 角变大、继发腰椎不稳、临近节段间盘退变以及椎管狭窄等并发症的发生.     

小切口椎弓根螺钉治疗胸腰段单一椎体骨折25例分析

目的 探讨后路小切口椎弓根螺钉治疗胸腰段单一椎体骨折的临床疗效.方法 回顾性分析25例脊柱胸腰段单一椎体骨折患者采用经后路小切口椎弓根螺钉内固定治疗的临床资料.所有患者术前、术后、随访均行X线检查,测量伤椎椎体前缘高度值、Cobb角,其中爆裂性骨折16例患者采用术前和术后CT检查测量椎管骨折块占位比.观察术后并发症和脊髓神经功能恢复情况.结果 随访6 ～ 36个月,平均19个月.椎弓根螺钉植入准确,螺钉位置及稳定性良好,术中失血少、无切口感染,无神经损伤,11例术前有神经损伤症状者均完全恢复.无内固定松动、断钉现象;伤椎前缘高度无明显丢失.结论 经后路小切口椎弓根螺钉内固定治疗脊柱胸腰段单一椎体骨折,手术时间短、组织损伤小,能有效复位及维持伤椎高度、矫正后凸畸形、重建脊柱稳定性.     

胸腰椎B型骨折经伤椎单节段与跨伤椎短节段固定的对比研究

背景：后路经伤椎单节段固定与跨伤椎短节段固定是治疗胸腰椎B型骨折常用的方法,但两种术式的近远期疗效及各自优缺点尚未明确。 目的：探讨后路经伤椎置钉单椎间椎弓根螺钉复位固定与传统跨伤椎短节段固定治疗创伤性B型胸腰椎骨折,治疗后脊柱稳定性及对固定相邻节段椎间盘退变的影响。 方法：回顾性分析完成随访的AO分型B型胸腰椎骨折患者80例,按照不同的内固定方式分为经伤椎单节段固定组(n=40)和跨伤椎短节段固定组(n=45)。分别对两组患者的疼痛目测类比评分疼痛分级、ASIA脊髓功能分级、椎体前缘压缩率、椎管受堵指数、后凸Cobb角、UCLA相邻节段退变分级进行测量。  结果与结论：两组在ASIA脊髓功能分级、椎管受堵指数、后凸Cobb角的疗效相当。而在手术时间、手术出血量、疼痛目测类比评分疼痛分级、椎体前缘压缩率、UCLA相邻节段退变分级,单节段组要优于短节段组。后路经伤椎单节段固定及传统的短节段固定在治疗胸腰椎B型骨折上都有显著的疗效,而单节段固定组在椎体前缘压缩率的改善及疼痛目测类比评分评分的改善情况要明显优于短节段组。此种手术方式还具有手术时间短、创伤小、减少固定节段以节省脊柱的活动节段,减少固定节段的相邻节段椎间盘退变的优点。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;组织工程全文链接：     

跨伤椎与经伤椎固定治疗胸腰椎爆裂性骨折的有限元分析

[摘要]目的 利用三维有限元方法研究跨伤椎4钉内固定与经伤椎6钉内固定两种方法治疗L1椎体爆裂性骨折的应力分布情况。方法 选取1例外伤致L1椎体爆裂性骨折患者,AO分型：L1：A4（N0;M1）。利用CT扫描数据建立T12-L2节段脊柱模型,在此基础上分别建立跨伤椎4钉内固定模型和经伤椎6钉内固定模型,两组模型均未使用横连接。分别对其施加相同载荷以模拟屈伸、侧屈和旋转等动作,记录模型最大位移和螺钉应力峰值。结果 成功建立了跨伤椎4钉与经伤椎6钉两种内固定模型。位移云图显示不同载荷下两种模型最大位移无明显差异,仅右旋时4钉模型较6钉模型最大位移值增加7.0%,而在其他5种姿势下两模型最大位移相差不超1.5%;应力云图显示不同载荷下4钉模型中螺钉应力峰值均较6钉模型明显增加,增加范围为24.6% ～ 38.1%。结论 跨伤椎4钉内固定和经伤椎6钉内固定均可有效恢复节段的稳定性,经伤椎6钉模型应力更加分散,可能减少内固定失败的发生。     

长、短节段椎弓根螺钉并骨水泥强化治疗骨质疏松性胸腰段椎体骨折的有限元分析

文题释义： 长、短节段椎弓根螺钉固定：临床上对于长、短节段固定的范围目前尚无统一的标准。一般来说,长节段固定是指伤椎椎体上、下各2个或2个以上椎体的固定,短节段固定范围包括骨折椎体上、下各一个椎体。此次研究中,短节段固定设置3组螺钉(包括骨折椎体及骨折椎体上下各一个椎体),长节段固定设置5组螺钉(包括骨折椎体及骨折椎体上下各2个椎体)。 骨水泥强化椎弓根螺钉：利用骨水泥弥散进入椎弓根螺钉周围的骨质,通过其弥散凝固效应提高骨-钉界面的把持力,可提高骨质疏松椎体内椎弓根螺钉置入后的稳定性和抗拔出力,减少松动或脱出等并发症。一般有2种方式,一种先行钉道系统内骨水泥灌注强化,随后拧入椎弓根螺钉;另一种是使用的带侧孔及前孔的骨水泥灌注螺钉,拧入椎弓根螺钉后在灌注骨水泥。背景：椎弓根螺钉内固定联合骨水泥强化钉道是治疗严重骨质疏松性椎体骨折的有效方法,但其没有统一标准,其中固定节段的范围是临床争议的焦点之一。 目的：建立骨质疏松性胸腰段椎体骨折后路长节段和短节段骨水泥强化椎弓根螺钉内固定的三维有限元模型,分析两组中相邻节段结构、骨折椎体及内固定装置等的生物力学特征。 方法：选取1例排除明显退行性病变志愿者T₉-L₅节段进行CT扫描,获得Dicom格式CT图像,导入工程软件,建立有限元几何模型,模拟胸腰椎骨折、钉道强化长短节段固定模型,根据文献设置相关材料参数,对比分析两组的生物力学特征。 结果与结论：①椎骨所受应力主要集中在椎体的四周及附件的小关节面;在前屈、后伸、左、右侧弯4个方向上,近端和远端相邻椎骨所受的最大应力,长节段均大于短节段;椎间盘的应力主要集中在外周的纤维环,在6个方向上,近端和远端相邻椎间盘所受的最大应力,短节段均大于长节段,但长节段相邻椎间盘受应力较大的区域大于短节段,因此长节段固定邻近节段发生退变的概率及相邻的椎体发生骨折的风险可能较高;②长节段组和短节段组骨折椎体均发生不同程度位移,左、右侧弯时发生位移最明显;在6个运动方向中,短节段组骨折椎体的位移和所受的最大应力均大于长节段组,因此长节段固定可较好地维持骨折椎的稳定性;③内固定装置所受的应力主要集中在两端的螺钉及杆的局部,长节段组固定装置所受的最大应力均大于短节段组,但两端螺钉的主要应力区域则较短节段组减少。 ORCID: 0000-0002-0286-0472(罗培杰) 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     

腰椎棘突间Coflex动态固定的三维有限元分析

目的比较腰椎棘突间Coflex动态固定、单纯减压及坚强固定术后各节段活动度及椎间盘应力,分析Coflex系统的生物力学特点。方法运用三维有限元方法建立正常成人腰骶椎模型,及开窗减压、棘突间Coflex动态固定、椎弓根钉棒坚强固定模型,约束骶骨及髂腰韧带,施加500N预载荷和7.5Nm运动附加力,测量腰椎节段各方向的活动度及椎间盘应力。结果 Coflex固定模型活动度和椎间盘应力分别为,植入节段(L4/5):前屈3.15°,2.571MPa,后伸1.21°,2.109MPa;上位邻近节段(L3/)4:前屈3.46°,2.001MPa,后伸2.75°,3.149Mpa;下位邻近节段(L5S1):前屈3.22°,2.681MPa,后伸2.46°,3.812MP。结论 Coflex动态固定可保留植入节段部分活动度并减低其椎间盘应力,而对相邻节段活动度及椎间盘应力无明显影响。     

新型腰椎后路动态稳定系统的三维有限元分析

目的对新型腰椎后路动态稳定系统进行三维有限元分析,研究其在稳定节段及邻近节段的生物力学影响,为下腰痛的脊柱内植物的设计和应用提供参考。方法基于正常腰椎有限元模型,构建腰椎不稳损伤模型,即腰椎切除腰4和腰5之间的双侧小关节、腰4椎板下1/2、后纵韧带,形成脊柱失稳模型,分别在失稳模型上进行坚强内固定系统和后路动态稳定系统,比较两种术式对手术节段和临近阶段的活动度、各个节段的弯曲刚度、椎间盘应力水平、前纵韧带应力水平及小关节韧带拉力的变化情况。结果对内固定桥接节段(腰4/腰5)应用新型腰椎后路动态稳定系统和坚强内固定系统后,在屈伸、侧屈、轴向旋转方向上的活动度均明显减小,但坚强固定后活动度减小更明显,应用动态稳定系统活动度更接近于正常腰椎节段;腰4/腰5椎间盘最大应力均减小,但坚强固定后活动度减小更明显,应用动态稳定系统活动度更接近于正常腰椎节段;对邻近节段(腰3/腰4、腰5/S1)应用新型腰椎后路动态稳定系统和坚强内固定系统后,在屈伸、侧屈、轴向旋转方向上的活动度均有所增大,但坚强固定后活动度增加更明显,应用动态稳定系统邻近节段活动度更接近于正常腰椎节段;邻近节段椎间盘最大应力均增大,但坚强固定后增大更明显,应用动态稳定系统更接近于正常腰椎节段;应用腰椎内固定后,邻近节段的小关节应力峰值增大,并且应用腰椎坚强内固定模型的小关节应力增大更多;应用腰椎动态固定的模型邻近关节应力峰值更加接近完整腰椎模型。结论新型腰椎后路动态稳定系统对比坚强内固定系统能够使失稳节段的活动更加接近于正常,减小邻近节段的活动度增加,减小邻近节段椎间盘及小关节压力,说明新型腰椎动态稳定系统达到设计要求。     

Biomechanical comparison between lumbar disc arthroplasty and fusion

The artificial disc is a mobile implant for degenerative disc replacement that attempts to lessen the degeneration of the adjacent elements. However, inconsistent biomechanical results for the neighboring elements have been reported in a number of studies. The present study used finite element (FE) analysis to explore the biomechanical differences at the surgical and both adjacent levels following artificial disc replacement and interbody fusion procedures. First, a three-dimensional FE model of a five-level lumbar spine was established by the commercially available medical imaging software Amira 3.1.1, and FE software ANSYS 9.0. After validating the five-level intact (INT) model with previous in vitro studies, the L3/L4 level of the INT model was modified to either insert an artificial disc (ProDisc II; ADR) or incorporate bilateral posterior lumbar interbody fusion (PLIF) cages with a pedicle screw fixation system. All models were constrained at the bottom of the L5 vertebra and subjected to 150N preload and 10Nm moments under four physiological motions. The ADR model demonstrated higher range of motion (ROM), annulus stress, and facet contact pressure at the surgical level compared to the non-modified INT model. At both adjacent levels, ROM and annulus stress were similar to that of the INT model and varied less than 7%. In addition, the greatest displacement of posterior annulus occurred at the superior-lateral region. Conversely, the PLIF model showed less ROM, less annulus stress, and no facet contact pressure at the surgical level compared to the INT model. The adjacent levels had obviously high ROM, annulus stress, and facet contact pressure, especially at the adjacent L2/3 level. In conclusion, the artificial disc replacement revealed no adjacent-level instability. However, instability was found at the surgical level, which might accelerate degeneration at the highly stressed annulus and facet joint. In contrast to disc replacement results, the posterior interbody fusion procedure revealed possibly accelerative degeneration of the annulus and facet joint at both adjacent levels.     

椎间盘损伤的胸腰椎骨折患者修复后易出现严重后凸畸形

BACKGROUND: Thoracolumbar fracture often accompanies with the injury of adjacent intervertebral disc. Traditional posterior short-segment fixation does not deal with the injured intervertebral disc, which may be the main reason for kyphosis in patients after surgery.     

TLIF后路不同的内固定方式生物力学特性的比较分析

目的　比较3种不同后路经腰椎间孔椎间融合（transforaminal lumbar interbody fusion,TLIF）内固定方式的生物力学特性。 方法　建立正常L3~5有限元模型,在验证其有效性基础上模拟3种不同TLIF后路内固定方式即：单侧或双侧椎弓根螺钉内固定组（Model A和Model B）、单侧+对侧关节突螺钉固定组Model C。分别比较其在生理活动范围（Range of the motion, ROM）下模型的稳定性以及内植物的应力差异。 结果　对所有重构模型,在融合节段（L4~5）的ROM均显著下降,其中以Model B下降最多,屈伸活动减少达18.2%;内植物最大应力出现在Model C,左侧弯时达234.9 MPa;Model B的cage最大应力最小。 结论　后路双侧椎弓根螺钉固定能获得最佳稳定性,且能降低cage下沉及移位的风险;单侧+对侧关节突螺钉亦能提供较好良好的稳定。     

胸腰段后凸畸形对相邻椎间盘力学影响的三维有限元分析

目的：了解胸椎后凸畸形对相邻椎间盘(IVD)的影响，从生物力学方面探讨椎间盘退变及椎间盘突出的机制。方法：选取结构正常的脊柱作为实验材料，通过CT扫描获取脊柱的二维图像，然后进行三维重建，转化为有限元模型(FEM)。利用FreeFonm成形软件构建胸椎后凸畸形模型。分别对正常结构和胸椎后凸的脊柱有限元模型进行载荷试验，分析比较椎间盘和小关节应力分布情况。结果：胸椎后凸畸形后椎间盘应力分布发生明显的改变，椎间盘前部的压应力明显增加，后部出现张应力，小关节面的压应力减小。椎体的应力分布也发生了改变，由后向前应力越来越大。结论：(1)有限元方法是脊柱生物力学研究中很有效及很有前途的方法，但是要使其与人体达到近乎真实的模拟则还有不少问题有待完善。有些组织的材料性质了解不够，有限元模型的逼真度有一定影响。(2)利用FreeForm成形软件构建脊柱畸形的有限元模型是富有创意的建模方法。(3)脊柱胸腰段后凸畸形改变了相应椎间盘的载荷应力应变分布，这可能加快椎间盘退变及使后方纤维环易受损破坏。     

下腰椎L4/5棘突间撑开器的生物力学研究

应用有限元分析方法研究在L4/5植入X STOP类型产品时该节段的稳定性,以及对相邻节段的生物力学影响。依据一名正常志愿者中立位下螺旋CT扫描资料,利用Mimics14、Geomagic Studio2012、Hypermesh12和Abaqus612 1等软件,构建L2～L5健康腰椎有限元模型和植入撑开器X STOP的动态固定模型,并模拟前屈、后伸、侧弯和轴向旋转,验证健康腰椎有限元模型的有效性和动态固定对照模型的生物力学特性。根据两组模型在椎间活动度、椎间盘应力等生物力学指标,证明X STOP可减少该节段7483%的后伸活动度,而相邻节段活动度基本不受影响。植入物和腰椎的最大应力出现在后伸时两者的接触面上,最大应力分别为333和1356 MPa。X STOP可以显著降低椎间盘压力和后伸活动度,对相邻阶段无明显影响。植入物和腰椎的最大von Mises应力出现在接触面上。对X STOP的改进提供理论支持,为下腰椎L4/5棘突间撑开器X STOP临床手术提供生物力学依据。