颈椎生理曲度变直的生物力学研究及临床意义

目的：探讨人颈椎生理曲度变直后的生物力学性能变化。方法：采集国人新鲜颈椎标本4具,应用生物力学实验应力分析方法,对颈椎生理曲度后的颈椎椎体、椎间盘和小关节应力场与位移场的生物力学性能与正常人体颈椎的生物力学性能进行对比。结果：颈椎生理曲度变直后,4种不同生理运动工况下应力平均增加41%,位移增加18%,小关节的平均应力增加23%,最大扭矩和扭转刚度,分别下降17%和28%。结论：颈椎生理曲度变直引起椎间活动度明显减少并出现再分配,同时下颈椎的小关节、钩突关节、椎间盘应力集中,出现扭转失稳状态,形成颈椎不稳,加速颈椎退变。     

腰椎间盘退变后应力变化的有限元分析

目的 利用有限元分析方法,评估腰椎间盘退变后的生物力学变化.方法 利用MIMICS软件对正常腰椎的CT图像进行预处理后,导入ABAQUS软件建立正常椎间盘L3～L4节段的三维有限元模型.通过改变椎间盘退变后对应的材料属性,建立退变椎间盘L3～L4节段的有限元模型.对模型施加0.3 MPa均布轴向压缩载荷,比较正常和退变椎间盘的纤维环、髓核、软骨终板、关节突关节的应力.结果 与正常椎间盘比较,退变椎间盘的应力分布发生改变,纤维环周边承受较大应力,髓核的压应力明显降低,软骨终板的应力集中在外周偏后;关节突关节面的应力明显增大.结论 有限元方法可以直观地观察椎间盘退变对腰椎的影响,是对临床研究的必要补充.     

颈椎生理曲度的生物力学变化与交感型颈椎病关系的研究

目的探讨颈椎生理曲度的生物力学变化所致颈椎不稳与交感型颈椎病发病的关系。方法对30例交感型颈椎病患者和30例随机抽样正常健康者颈椎的X线表现做对照研究。结果观察组颈椎生理曲度不稳者为23例（76.6%）,颈椎间盘退变7例（23.4%）;不稳定节段为1个者6例,2个者13例,3个者4例。颈椎不稳主要发生在C3-C4、C4-C5、C5-C6,偶见于C6-C7,且多为中度以上。对照组颈椎生理曲度不稳者为7例（23.4%）,且多为轻度;颈椎间盘退变占21例（70%）。结论颈椎生理曲度的生物力学变化所致的颈椎失稳是交感型颈椎病的重要发病原因。     

颈椎生理曲度改变分析

目的:分析颈椎曲度改变的原因和形成原理.方法:对颈椎侧位颈椎曲线测量进行分析.结果:颈椎曲度的改变为颈椎曲度减小、生理前凸曲度消失(变直)或反向弯曲(后凸),发生率很高且呈低龄化.结论:颈椎软组织的急性或慢性损伤造成的颈、肩部肌肉、筋膜、韧带的挫伤、断裂和椎间盘的退行性变,均可引起颈椎生理曲度的改变.低龄化颈椎曲度改变者的发生原因主要是维持颈椎正常前凸状态的软组织前后力量平衡失调而造成属功能性改变,可恢复;中高年龄层的患者主要是颈肩部肌肉、筋膜、韧带、关节囊等软组织以及椎间盘,椎体骨质产生不可逆的病理变化,如韧带的断裂,椎间盘脱出,椎体骨质和椎间关节特别是钩椎关节的增生而造成,属器质性改变.     

复杂性腰椎管狭窄症的有限元建模与分析

目的精确建立复杂性腰椎管狭窄症(lumbar spinal stenosis,LSS)的退变腰椎全节段有限元模型,与正常模型进行对比。方法选取复杂性LSS患者采集CT数据,采用专用生物力学软件建立退变腰椎全节段模型,同时构建正常材质和几何形态的腰椎模型,用相同边界条件进行对比分析。结果复杂性LSS腰椎的刚度增加、活动度范围比正常模型要小,特别是后伸工况减少了25.4%。总体上,退变腰椎的应力有增大趋势,退变节段椎间盘L4～L5和邻近上位椎间盘L3～L4的终板、髓核和和维环基质应力分布趋向四周边缘集中,特别是基质应力最大增加129%。结论复杂性腰椎管狭窄症的腰椎有限元模型的活动度减少、刚度增加,退变椎间盘四周出现应力集中,促进邻近椎间盘退变。     

颈椎（C0～C3）有限元模型的建立及验证

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1名健康成年男性,以层厚0．6mm进行连续颈部CT扫描得到骨窗断层图像,将CT数据导入到三维重建软件Mimics11．0中得到上颈椎的三维图像数据,再导入ANSYS8．1中生成上颈椎的三维骨性模型。依据文献资料及参考CT结果对上颈椎软组织进行建模,包括椎间盘、小关节和主要韧带结构。最后模拟生理载荷下测定模型各节段（C0-C1,C1～C2,C2～C3）的三维运动范围,并将所得结果与体外生物力学实验结果进行对比,验证所建颈椎有限元模型的有效性。结果：建立了一个较为详尽的上颈椎有限元模型。包括76799个10-node Solid 92单元,14670 Shell 93单元,80个2-node Link 10单元．1557个8-node Solid 45单元,56个Shell 63单元。结论：该模型的生物力学和几何学相似性很好．本实验方法是科学的、精确的。     

颈椎生理曲度改变分析

目的 :分析颈椎曲度改变的原因和形成原理。方法 :对颈椎侧位颈椎曲线测量进行分析。结果 :颈椎曲度的改变为颈椎曲度减小、生理前凸曲度消失 (变直 )或反向弯曲 (后凸 ) ,发生率很高且呈低龄化。结论 :颈椎软组织的急性或慢性损伤造成的颈、肩部肌肉、筋膜、韧带的挫伤、断裂和椎间盘的退行性变 ,均可引起颈椎生理曲度的改变。低龄化颈椎曲度改变者的发生原因主要是维持颈椎正常前凸状态的软组织前后力量平衡失调而造成属功能性改变 ,可恢复 ;中高年龄层的患者主要是颈肩部肌肉、筋膜、韧带、关节囊等软组织以及椎间盘 ,椎体骨质产生不可逆的病理变化 ,如韧带的断裂 ,椎间盘脱出 ,椎体骨质和椎间关节特别是钩椎关节的增生而造成 ,属器质性改变。     

青少年颈椎病CT影像特点观察

目的 探讨青少年颈椎病的CT影像特点.方法 对2006年1月～2009年12月青少年颈椎病患者应用SOMATO SPIRIT螺旋CT机,从C2～7椎间盘扫描,重点观察分析颈椎生理曲度、椎间盘突出情况、椎管大小、椎体后缘增生及韧带钙化肥厚情况.结果 64例患者表现为颈椎生理曲度异常,包括生理弯曲度减小、消失变直或反弓,占总数的91.43%;6例患者表现为骨质增生及椎间盘退行性改变韧带钙化,占8.57%.结论 颈椎曲度异常是青年颈椎病的主要征象特点,CT扫描对其诊断的敏感性和准确性较高,对颈椎病患者的早期诊治具有一定的意义.     

颈曲变直模型的三维构建及虚拟颈椎后伸作用评价

目的：构建家兔正常颈椎曲度和颈曲变直的三维模型,并对三维模型进行生物力学分析,以探讨颈椎后伸手法的作用机制。方法：固定家兔颈椎后进行CT断层扫描,通过MIMICS三维软件分别重建正常曲度位和颈曲变直位2个模型;再运用ANSYS有限元分析软件进行力学分析。对2个三维模型进行前屈20°和后伸60°的力学加载,观察颈椎各节段椎间盘的应力变化。结果：前屈20°应力时,第1、4、5颔椎节段力学变化较大,且颈曲变直模型应力大于正常曲度模型（P〈0．05）;后伸60°应力时,2个模型各颈椎节段力学变化均不明显（P〉0．05）。结论：颈椎变直使颈椎节段应力变化加大,虚拟颈椎后伸手法可以调节颈椎力学改变。     

颈椎前路融合术致邻近节段椎间盘退变的影像学分析

目的:通过观察颈椎前路椎间盘切除椎间融合术前后颈椎X线和MRI表现,探讨节段融合术有否加重邻近节段的退变及其可能机制。方法:对25例行单节段(C5～6)前路椎间盘切除椎间融合术治疗的颈椎病患者术前一月内和术后一年的正侧位片及MRI图像进行评价,以颈椎矢状正中位T2加权MRI分析融合节段之邻近节段(C4～5)及间隔节段(C3～4)椎间盘,计算颈椎的前凸角和椎间盘的退变指数。结果:术后颈椎生理曲度变小,颈椎前凸角变小,与术前相比有显著性差异(P<0.05)。邻近节段C4～5椎间盘退变指数与术前相比,有显著性差异(P<0.05),而间隔节段C3～4椎间盘退变指数则无显著性差异(P>0.05)。结论:颈椎前路椎间盘切除椎间融合术加剧了融合邻近节段的退变速度,术后颈椎曲度的改变和应力集中以及活动度的代偿性增加可能是加剧退变的主要原因。     

模拟推拿时腰椎小关节有限元模型的生物力学分析

【目的】采用生物力学的方法分析模拟推拿时正常和退变腰椎小关节的应力分布状况。【方法】通过有限元及配套影像方法，建立能准确反映第4腰椎与第5腰椎间(L4-5)小关节实际状况的有限元模型，对模型分别施加前屈、后伸、侧弯、旋转与压缩5种载荷，以分析比较其在模拟推拿作用时的受力情况。【结果】腰椎小关节在承载方面具有较大的作用，特别是在抗旋转推拿运动过程中的作用更为明显。【结论】对有明显退变的腰椎，使用前屈旋转手法时以轻巧手法为宜。     

颈前路融合手术对相邻节段影响的有限元分析

目的：通过有限元分析比较正常人体下颈椎、颈前路椎间盘切除植骨融合术（ACDF）后及颈前路椎体次全切植骨融合术（ACCF）后活动度（ROM）和相邻节段椎间盘及关节突关节的应力变化。方法建立正常人体下颈椎三维有限元模型。通过与已发表的关于颈椎ROM的文献相对比,验证该模型的有效性。模型验证成功后,建立下颈椎ACDF、ACCF模型,并对比正常颈椎、ACDF及ACCF术后ROM和相邻节段椎间盘及关节突关节的应力变化。结果所建立的下颈椎三维有限元模型在各个方向上的ROM与已发表研究所测得的ROM数值基本吻合,验证了模型的有效性。ACDF和ACCF术后总体ROM和融合节段ROM显著低于正常下颈椎。ACDF及ACCF术后相邻节段各个方向的ROM显著高于正常下颈椎。ACDF、ACCF术后相邻节段椎间盘及关节突关节应力峰值在各个运动方向上高于正常下颈椎组。结论颈椎融合术后总体ROM减少、相邻节段ROM增加,并且相邻节段椎间盘及关节突关节应力峰值升高,显著改变了颈椎的正常生理特性。     

利用CT扫描及CAD技术建立第3～7颈椎三维有限元模型

目的：探讨3～7颈椎有限元模型的建立,以期应用于临床实验研究。方法：通过CT扫描、Unigraphics V18．0软件进行影像边界记录、定标等方法,按照点、线、面、体的顺序重建三维结构,采用CAD数据处理技术,输入相关的材料特性,构建3～7颈椎三维有限元模型。并通过有限元分析验证重建模型的有效性。结果：采用Unigraphics V18．0软件建立3～7颈椎的实体模型并划分单元,并分析了生理载荷下3～7颈椎不同组成部分的应力分布。结论：为颈椎有限元模型的建立提供了一种简便、准确的方法,为分析和研究各种情况下生物力学表现创造了条件。     

腰椎三维有限元模型建立和应力分析

目的 建立完整的腰椎三维有限元模型,并对腰3-4运动节段的进行了有效性验证和生物力学分析.方法 利用交互式医学图像控制系统MIMICS软件对CT图片进行预处理,后导人大型通用有限元软件ABAQUS中建立三维有限元模型.分别建立了腰1-腰5各椎体及其椎间盘有限元实体,后组合成整体的腰椎和腰3-4有限元模型,并且还准确的模拟了腰椎的椎间盘、软骨终板、关节突关节以及连接韧带.验证了模型的收敛性,并针对腰34运动单元设置了0.3、0.5、1.0、2.0、4.0 mPa 5种载荷进行生物力学分析.结果 在轴向压力作用下,椎间盘纤维环后部存在着明显的应力集中,并向后外侧传导.最大压应力的部位在髓核和软骨终板的中央,椎弓根是椎体多种应力集中的部位.轴向压力增加,应力成比例增大.结论 本研究的有限元模型精确度高,结论符合腰椎的临床特点,较好的模拟了腰椎的生物力学特性.     

胸腰段骨质疏松性椎体压缩骨折三维有限元模型的建立和应力分析

目的 建立脊柱胸腰段骨质疏松性椎体压缩骨折及邻近节段的有限元模型,并对模型进行初步的生物力学分析.方法 利用交互式医学图像控制系统MIMICS软件对患者的CT图片进行预处理,后导入大型通用有限元软件ABAQUS中建立三维有限元模型.建立了胸10-腰2四个运动单元的三维模型,并且准确模拟了椎间盘、软骨终板、关节突关节以及连接韧带.通过设置0.3、1.0、4.0 Mpa 3种轴向载荷进行力学分析,观察力学改变情况.结果 当轴向压力以0.3、1.0、4.0MPa增加后,椎间盘、软骨终板和椎体整体的应力也成比例增加.椎间盘所受应力分布不均;各椎体前部所受应力最大,而后部结构所受应力较小,椎体局部出现受力较大情况,尤以相邻椎体更为明显.结论 本研究的有限元模型符合胸腰段骨质疏松性椎体骨折的临床特点,模拟了其生物力学特性.     

采用有限元方法建立和分析枢椎的生物力学行为

目的采取有限元的方法,建立第二颈椎(枢椎)的三维有限元模型,模拟该枢椎模型在外力作用下的生物力学行为,分析枢椎骨折的生物力学条件。方法利用螺旋CT扫描获得健康成年男性上颈椎原始DICOM数据图像,采用Mimics软件对数据进行处理并导入ANSYS软件,得到枢椎骨性结构的三维实体模型。并且此模型上模拟头颅位于中立位、屈曲位及后伸位等条件下,枢椎承受的应力分布状况,分析枢椎可能出现的骨折类型。结果实验所构建枢椎骨性的有限元模型外形逼真,三维网格化后枢椎模型共包含1 717个节点,5 772个单元。模拟结果:头颅在中立、前屈、后伸位时枢椎最大应力集中于齿突基底部,次级应力集中区域为枢椎椎弓峡部;直接于齿突加载力模拟头部过度屈曲时,最大应力集中于齿突基底部。结论头颅位于中立位,屈曲位或者后伸位,枢椎齿突基底部及枢椎椎弓峡部是应力最集中的部位。头部过度屈曲时,齿突基底部是应力最集中的部位。     

颈椎三维有限元模型的建立与应用

目的建立颈椎的三维有限元模型(C4/5/6),以用于临床试验研究。方法根据条件选取健康成年男性志愿者,通过CT扫描,得到颈椎的连续断层数据图片,通过医学三维重建软件Materialise Mimics、作图软件Uni-graphics NX、有限元分析软件ANSYS 8.1构建出颈椎的三维有限元模型,进行边界设定,在模型上加载45N的预载荷,再加以2.0 N.M的纯力矩模拟脊柱的前屈、后伸、左右侧曲、旋转的生理活动,观察正常FSU(C4/5)的运动与受力,并与体外实物生物力学实验结果比较。结果C4/5三维有限元模型的运动范围与体外实体实验结果在统计学上没有显著差异(P<0.01)。结论建立的颈椎有限元模型可以模拟颈椎的生物力学特性。     

Load Rate of Facet Joints at the Adjacent Segment Increased After Fusion

Background:

The cause of the adjacent segment degeneration (ASD) after fusion remains unknown. It is reported that adjacent facet joint stresses increase after anterior cervical discectomy and fusion. This increase of stress rate may lead to tissue injury. Thus far, the load rate of the adjacent segment facet joint after fusion remains unclear.

Methods:

Six C2–C7 cadaveric spine specimens were loaded under four motion modes: Flexion, extension, rotation, and lateral bending, with a pure moment using a 6° robot arm combined with an optical motion analysis system. The Tecscan pressure test system was used for testing facet joint pressure.

Results:

The contact mode of the facet joints and distributions of the force center during different motions were recorded. The adjacent segment facet joint forces increased faster after fusion, compared with intact conditions. While the magnitude of pressures increased, there was no difference in distribution modes before and after fusion. No pressures were detected during flexion. The average growth velocity during extension was the fastest and was significantly faster than lateral bending.

Conclusions:

One of the reasons for cartilage injury was the increasing stress rate of loading. This implies that ASD after fusion may be related to habitual movement before and after fusion. More and faster extension is disadvantageous for the facet joints and should be reduced as much as possible.     

下颈椎关节突关节倾角测量在后路侧块螺钉固定术中的应用

目的探讨下颈椎关节突关节倾角测量在后路侧块螺钉固定术中的应用。方法对2006年11月至2008年11月于我院就诊的50例颈椎骨折脱位患者,通过测量下颈椎关节突关节倾角,后路侧块螺钉固定术中下颈椎置入螺钉以侧块中点稍内为钻孔进针点,选择进针方向在水平面外倾20°,矢状面上斜40°进针,植入骨屑,选择合适孔距的钢板和螺钉,拧入螺钉使钢板固定伤段颈椎。结果50例颈椎骨折脱位患者中,6例完全瘫者躯干感觉部分恢复,43例不全瘫者JOA评分为13～17分,1例呼吸衰竭死亡。结论下颈椎侧块螺钉置入时应根据不同患者、不同椎体术前测量的关节突关节倾角决定置入侧块螺钉的角度。     

股骨远端骨折髓内钉与锁定钢板内固定方式的有限元分析

目的模拟股骨远端骨折髓内钉与锁定钢板内固定,比较2种常用内固定的效果,并探索其对膝关节生物力学的影响。方法建立精确的膝关节三维有限元模型,在此基础上建立股骨远端A型骨折理想模型、髓内钉内固定手术有限元模型（Ⅰ型模型）和锁定钢板内固定手术有限元模型（Ⅱ型模型）。通过对多个关节屈曲度（0°、60°、90°、120°）的模型加载重力载荷来分析内固定物、关节软骨及半月板的应力变化和股骨远端最大位移等。结果Ⅰ、Ⅱ型模型的内固定物、关节软骨和半月板各有1个最大应力部位,最大应力峰值均出现在关节屈曲90°状态下。股骨远端位移峰值总体随着关节屈曲角度的加大而增加。同样屈曲角度下,胫骨平台软骨、半月板的最大应力值均大于股骨髁软骨,锁定钢板的最大应力值大于髓内钉,Ⅱ型模型的股骨远端最大位移值大于Ⅰ型模型。结论内固定方式有限元分析可以模拟膝关节不同运动状态下的受力情况,有效分析出不同模型中内固定物、关节软骨和半月板在不同运动状态下的生物力学特征。