基于TESSYS技术下14岁青少年脊柱L4～5节段椎间孔成形术后有限元分析

目的 建立14岁青少年正常脊柱L₃～L₅节段三维有限元模型，分析不同程度腰椎间孔成形术后腰椎生物力学变化情况，为青少年椎间孔成形术改良提供参考。方法 选择1名既往无腰椎病史的14岁女性志愿者，收集腰椎(L)CT影像数据导入Mimics 16.0软件建立模型，利用ABAQUS软件进行有限元模型受力分析。在正常脊柱L₃～L₅节段模型M的基础上建立M₁(磨除L₅左上关节突面积1/4)、M₂(磨除L₅左上关节突面积1/3)、M₃(磨除L₅左上关节突面积1/2)模型。在中立位及前屈、后伸等6种加载工况下测定相应节段关节突关节应力并进行比对分析。结果 建立的三维有限元模型有效，方差分析模型有效。模型M₁中，L₅左上关节突在后伸、右旋转工况加载下应力值与模型M中应力值对比差异有统计学意义(P<0.05);模型M₂...     

原位及复位融合腰椎滑脱的三维有限元分析

背景：由于脊柱结构复杂,对复位或原位融合后融合的腰椎节段应力分布变化特点的精确生物力学分析一直是个难点。 目的：通过建立L₄/₅节段退变性滑脱原位椎间融合椎弓根钉内固定和复位椎间融合椎弓根钉内固定的三维有限元模型来比较腰椎滑脱原位融合和复位融合两种手术方式在各种载荷下的生物力学变化及其对腰椎稳定的影响。 方法：根据健康成年男性的下腰椎CT数据,利用mimics,Catia和Patran,Marc等软件建立起L₄/₅节段的三维有限元模型,利用此模型模拟退变性腰椎滑脱,在此基础上建立L₄/₅节段原位椎间融合椎弓根钉内固定和复位椎间融合内固定模型,分析两模型在各种载荷下的应力分布特点,并比较异同。 结果与结论：L₄/₅节段退变性滑脱原位椎间融合椎弓根钉内固定和复位椎间融合椎弓根钉内固定三维有限元模型在前屈后伸侧屈旋转负荷下,该节段各部结构,包括椎体,椎弓根钉内固定器和椎间融合器上的应力变化没有显著差异。两模型都显示椎间融合器和椎弓根螺钉内固定器上分布的应力最大。结果表明退变性腰椎滑脱,行原位椎间融合内固定和复位椎间融合内固定后,复位与否对该节段生物力学没有显著影响。     

椎间孔镜下腰椎间盘髓核摘除治疗腰椎间盘突出症的生物力学优势

文题释义：腰椎间盘突出症的手术治疗：腰椎间盘突出症是脊柱外科常见病,手术方式较多。近年来,经皮椎间孔镜腰椎间盘髓核摘除术作为微创治疗方法迅速发展,具有创伤小、出血量少并能快速康复的优点,受到越来越多的关注。 背景：腰椎间盘突出症的手术方式较多,各有优缺点,通过有限元分析方法进行脊柱生物力学研究可以指导临床工作。 目的：建立L_3-5三维有限元模型,分析不同术式在椎间盘摘除后对脊柱力学的影响。方法：选择1名无腰椎病史的35岁男性志愿者,收集腰椎CT数据构建有限元模型并验证。在L₃/L₅脊柱正常模型(模型Ⅰ)的基础上建立L_4/5节段单纯开窗髓核摘除模型(模型Ⅱ)、椎间盘镜手术模型(模型Ⅲ)、经皮椎间孔镜腰椎间盘髓核摘除模型(模型Ⅳ)、关节突关节切除模型(模型Ⅴ),在7种加载工况下测定L₄/L₅节段椎体、椎间盘和左右关节软骨应力分布及L₄椎体位移。 结果与结论：①建立的三维有限元模型有效,方差分析模型有效;②L_4-5椎间盘两两比较后模型Ⅲ、Ⅳ在椎间盘应力集中最小;L₄椎体应力,模型Ⅳ对椎体影响最小;L₄椎体位移,模型Ⅲ和Ⅳ对椎体稳定影响最小;③从加载方式看,关节突关节损伤越小,椎间盘应力越小,模型Ⅳ最小;左侧关节突模型Ⅲ和Ⅳ均保持关节完整;右侧关节左右旋转加载下手术侧关节越完整,应力越大,故模型Ⅳ较大;左右侧倾加载下反而相反,模型Ⅴ最大;L₄椎体应力模型Ⅳ最小;椎体位移,模型Ⅲ和Ⅳ位移最小,接近模型Ⅰ;④提示经皮椎间孔镜腰椎间盘髓核摘除模型在椎体、椎间盘和关节突关节应力分布最小,有明显优势;椎间盘镜手术模型和经皮椎间孔镜腰椎间盘髓核摘除模型位移均较其他手术模型稳定,二者无差异;故经皮椎间孔镜腰椎间盘髓核摘除目前是较理想的术式。　 ORCID: 0000-0002-2604-0049(吐尔洪江·阿布都热西提) 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     

腰椎间盘突出患者腰椎CT三维重建影像的解剖学测量及其在单边双通道内镜手术中的临床意义

目的 探讨腰椎间盘突出症患者腰椎CT三维重建影像解剖学特点及其在单边双通道内镜手术中的意义。方法 横断面调查研究。纳入安徽医科大学第二附属医院骨科2019年1月—2020年6月收治的腰椎间盘突出症的患者50例,其中男32例、女18例,年龄23~69（64.1±13.4）岁。病变节段：L_2/3 1例,L_4/5 18例,L₅/S₁ 23例,L_3/4合并L_4/5 1例,L_4/5合并L₅/S₁ 6例。均采用单边双通道内镜辅助下腰椎间盘突出髓核摘除术治疗。术前患者均行腰椎CT扫描及三维容积重建,观察患者腰椎整体形态结构,使用放射工作站软件测量两侧椎板夹角、椎板宽度、关节突关节矢状化程度以及椎板下移程度,并进行腰椎节段间及侧别间比较。结果 （1）棘突与两侧椎板呈“人”字形平滑连接,两侧椎板向两侧弧形展开。两侧椎板夹角自L₃至L₅逐渐增大,分别为70°±11°、78°±12°和92°±13°,差异有统计学意义（F=42.25,P<0.001）。（2）椎板下缘向两侧延伸,椎板宽度自L₃至L₅逐渐增宽,左侧分别为（14.0±2.4）、（15.7±2.6）和（18.7±2.8）mm,右侧分别为（14.4±2.4）、（16.4±2.3）和（19.2±2.8）mm,各节段椎板宽度右侧均大于左侧,差异均有统计学意义（t=2.13、4.00、2.78,P值均<0.05）。（3）椎板末端逐渐增宽膨大成关节面,关节面L_3/4~L₅/S₁逐渐由矢状化转变为冠状化,左侧分别为60°±10°、50°±9°和42°±11°,右侧分别为58°±11°、48°±10°和40°±13°。同一节段左右两侧对比,在L_3/4差异有统计学意义（t=2.92,P=0.005）,在L_4/5及L₅/S₁差异均无统计学意义（t=1.29、1.79,P值均>0.05）。（4）椎板下移程度自L₃至L₅逐渐减小,分别为（6.8±2.1）、（5.1±2.3）和（2.4±2.3）mm,差异有统计学意义（F=50.39,P<0.001）。结论 腰椎间盘突出症患者从L₃到L₅,两侧椎板夹角逐渐增大、椎板宽度逐渐增大、关节突关节逐渐由矢状化转变为冠状化、椎板下移程度逐渐减小。了解腰椎解剖的节段性变化有助于单边双通道内镜手术的顺利进行、椎板去除范围的确定、对关节突关节的保护以及椎间盘位置的确定。     

不同腰椎生理曲度下牵引的三维有限元分析

文题释义：腰椎牵引：是指令患者平卧于治疗床上,使用束带将患者前臂固定,达到医者固定患者双臂的目的;波浪式滚动气柱以腰背部为作用点进行顶推,控制多层气柱叠加高度使受试者腰部逐渐过伸牵引脊柱关节,实现对软组织的牵伸,并结合自身重力过伸牵引脊柱关节,能够增大椎间隙及调整椎小关节,最终达到理筋整复的作用。 三维有限元分析：是指在获取腰椎的CT图像数据,并导入到Mimics等软件当中建立的有限元模型基础上,将L₃的发生的位移变化带入MSC.Nastam软件中,高度仿真模拟人体在不同生理曲度下,计算分析出全腰椎各节段椎体、椎间关节、椎间盘、前纵韧带的应力值及分布情况的变化。 背景：近年来利用有限元分析方法研究腰椎生物力学成为热点,研究认为腰椎生理性前凸可减少腰椎间盘压力负荷,而对腰椎起保护效应。 目的：研究腰椎在正常生理曲度、屈曲位及最大过伸位下进行腰椎牵引时对L₁-L₅腰椎各节段的生物力学效应,并评估腰椎牵引的最佳生理曲度。 方法：选取1名健康男性志愿者,26岁,身高174 cm,体质量60 kg,既往体健,排除腰椎骨骼异常疾病。以受试者L₃为作用点徒手操作南少林倒盖金被法,利用DR机分别获得受试者腰椎起始位和最大过伸位的腰椎侧位片,构建全腰椎有限元模型。计算腰椎不同生理曲度下全腰椎各节段椎体、椎间关节、椎间盘、前纵韧带的应力值及分布情况的变化。研究方案的实施符合福建中医药大学附属康复医院相关伦理要求,受试者对试验过程完全知情同意。 结果与结论：①模拟腰椎前屈、后伸,左右侧弯,左右旋转6种工况活动度：L₁-L₂的前屈与后伸活动度之和为9.31°,左右侧弯9.84°,左右旋转4.43°;L₂-L₃：前屈与后伸10.22°,左右侧弯12.35°,左右旋转4.57°;L₃-L₄的前屈与后伸的活动度之和为11.20°,左右侧弯11.63°,左右旋转5.32°;L₄-L₅前屈与后伸活动度之和13.16°,左右侧弯11.58°,左右旋转5.05°;②在正常生理曲度牵引腰椎时,腰椎各个结构的应力值远大于过伸位牵引的应力值;前纵韧带应力值正常曲度是2.47 MPa,过伸位是21.20 MPa;L₃的椎体应力值达到最大,是过伸位牵引应力值的4倍;L₂-L₃的椎间关节及椎间盘的应力值在腰椎各个节段是最大的;③结果说明,腰椎在过伸位较正常生理曲度牵引下椎体、椎间关节、椎间盘的压力减轻更大,而且前纵韧带的压力值始终在安全范围内。腰椎在过伸位牵引时可能获得更好的临床疗效,同时具备一定的安全性。 ORCID: 0000-0002-4468-1464(李民) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建;骨细胞;软骨细胞;细胞培养;成纤维细胞;血管内皮细胞;骨质疏松;组织工程     

有限元分析不同牵伸时长相邻腰椎节段和椎间盘应力及位移的变化

文题释义：脊柱手法床：该手法床是模拟南少林骨伤科整脊手法,将传统医学通督脉理论与现代牵伸理论相结合的一种机械设备。具体操作是借助智能调控高压缓冲气室对气柱速率和频率的调节及气阀门控制系统对气体的充放,可以模拟㨰动、弹拨、牵伸等多种手法,有利于促进手法的规范化、自动化发展。 腰椎三维有限元分析：腰椎三维有限元模型的建立是通过CT、MRI 等途径获取腰椎的影像学资料,使用MIMICS、GEOMAGIC STUDIO 以及HYPERMESH等相关的软件对图像进行处理并建立三维有限元模型。随着科学技术的不断发展,腰椎有限元模型的建立在一定程度上完善了腰椎间盘、椎体间小关节、连接韧带、关节囊等软组织以及周围肌肉等结构的模型建立。 背景：与传统牵伸手法对比,利用脊柱手法床气柱叠加结构进行牵伸可以很好地掌控牵引时间,通过有限元分析能详细计算出相邻腰椎节段的应力,为临床脊柱手法床的腰椎牵引提供更好的牵引处方理论依据。 目的：利用脊柱手法床模拟倒盖金被手法进行牵伸,并通过有限元分析不同牵伸时长对相邻腰椎节段应力大小及分布的影响。 方法：选择健康男性志愿者1例,年龄26岁、身高174 cm、体质量60 kg,受试者对试验方案理解并签署知情同意书,研究获得福建中医药大学附属康复医院伦理委员会的批准(批准号：2016XJS-001-01)。依据志愿者T₁₂-S₁的CT图像,建立正常人体腰椎的有效三维有限元模型,通过三维有限元分析利用脊柱手法床顶推L₃棘突时,L₃在手法的牵引下分别维持至10,20,30 s时,上下相邻的腰椎间盘、椎小关节的应力变化情况,并且分析该变化的内在规律及作用机制。 结果与结论：①顶推高度为5 cm,作用时长介于1.25-17 s时,相邻腰椎节段的应力值是持续增大的,椎间盘：L₂-L₃为4.60-5.68 MPa,L₃-L₄为5.26-6.61 MPa;椎小关节：L₂-L₃为7.01-8.67 MPa,L₃-L₄为5.22-6.50 MPa;②在顶推作用时长超过24 s以后,相邻椎间盘、椎小关节应力基本保持不变;③因此脊柱手法床作用于腰椎时对相邻腰椎节段不会造成损伤;使用脊柱手法床的作用时长应在25-30 s之间。 ORCID: 0000-0002-4468-1464(李民) 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     

有限元模拟全内镜下精准椎板开窗减压术及生物力学分析

文题释义： 全内镜下精准椎板开窗：在内镜可视下及术中影像学实时监测下,对椎板开窗切除范围精准可控。 有限元分析：是一种采用较简单的小问题来替代较复杂的大问题,从而只需对简单的小问题进行求解的分析方法,可对脊柱的形状、材料属性及边界条件等进行描述,是一种研究人体力学的有效科学手段。 背景：目前内镜微创减压手术已应用于腰椎管狭窄症的治疗,但对镜下精准椎板开窗范围的研究较少。 目的：利用退变腰椎有限元模型,评估分析全内镜下不同分区精准椎板开窗减压手术对腰椎活动度及应力分布的影响。 方法：随机选取1名腰椎管狭窄症患者,采集CT数据,使用相关生物力学软件建立腰椎L_4-5节段有限元模型(M1),并进行有效性验证。继而有限元模拟内镜可视下精准椎板开窗减压手术,结合腰椎管狭窄症临床病理分型,建立椎板开窗减压相应范围L_4-5节段手术模型,分别为L₄椎板下缘+L_4-5关节突关节部分切除模型(M2)、L_4-5部分关节突关节+L₅椎板上缘切除模型(M3)、L₄椎板下缘+L_4-5部分关节突关节+L₅椎板上缘切除模型(M4)、L₄椎板下缘+L_4-5部分关节突关节+L₅椎板上缘+ Over-the-Top对侧部分关节突切除模型(M5)及L₄椎体下缘+L_4-5关节突关节1/2以上+L₅椎板上缘切除模型(M6)(以上椎体均保留峡部,除M6外,关节突关节均保留50%以上的关节面)。分别对完整脊柱(M1)及5种模拟手术模型(M2、M3、M4、M5、M6)施加相同载荷边界条件,进行前屈、后伸、左/右侧弯、左/右旋转6种工况下腰椎活动度及椎间盘等效应力的对比分析。 结果与结论：①与完整脊柱M1模型比较,M2、M3、M4及M5模型在各工况下活动度值相近,但M6模型的活动度值较M1明显增大,为M1活动度的151%-264%,特别是后伸和旋转工况为甚;②在椎间盘等效应力方面,M2、M3、M4及M5模型在椎间盘前区、左/右区工况下等效应力上升趋势不明显,在椎间盘后区、中区等效应力有所增加,最大增加幅度达53%,但未出现较大应力集中的情况;而M6模型椎间盘各区域等效应力均出现较大程度上升趋势,特别在前屈工况下最大达完整退变模型(M1)的3倍;③结果表明,过大椎板开窗明显影响腰椎稳定性,同时相应节段椎间盘应力增加,易加速椎间关节退变。内镜微创减压手术精准可控,针对不同类型腰椎管狭窄症采用个性化治疗方案,保证减压效果的同时,可有效维持手术节段的生物力学特性。 ORCID: 0000-0001-8935-3117(蒋强) 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     

青少年正常腰椎与腰椎间盘突出症关节突关节有限元分析

目的 探讨13～18岁正常与青少年腰椎间盘突出症(ALDH)关节突关节不对称对腰椎生物力学的影响。方法 联合应用软件MIMICS 21.0、3-Matic Medical 13.0、Geomagic Wrap 2017、HYPERMES 2019和有限元软件ABAQUS 2021建立下腰椎正常与ALDH三维有限元模型,根据关节突关节左右之差,选择13～18岁正常青少年和ALDH患者资料各3例,共计6例,分析比较施加不同力矩载荷下(中立位、侧屈和旋转工况)椎间盘应力大小。结果 1.建立6例男性正常与ALDH患者的L₃～L₅节段三维有限元模型,获得中立位、前屈、后伸、侧屈和旋转工况正常与ALDH应力、位移云图;2.正常青少年关节突关节角左右对称在中立位时,L_4～5纤维环后侧应力增大;3.不同工况下,椎间盘应力纤维环均大于髓核,纤维环应力前屈>中立位>后伸;4. ALDH患者下腰椎关节突关节左侧大于右侧10°模型,后伸工况L_4～5节段纤维环后侧应力明显增大。侧屈工况下,左侧屈纤维环左侧应力与右...     

腰椎—骨盆—髋关节有限元模型建立及生物力学分析

背景：髋腰疾病的发病率不断增加,给临床治疗带来一定的挑战,需要完善的腰椎-骨盆-髋关节模型以分析其生物力学特点。目的：建立正常成人腰椎-骨盆-髋关节三维有限元模型进行生物力学分析,为研究髋腰疾病和相关手术治疗提供实验依据和参考。方法：获取正常成人CT数据,利用Mimics、Geomagic、Hypermesh、Abaqus等软件构建正常的腰椎-骨盆-髋关节三维有限元模型,将所得模型进行各个工况分析,得到椎体活动度、椎间盘及股骨头应力分布进行模型有效性验证。之后进一步构建坐位模型,比较分析站立位和坐位2种姿势下的生物力学分布特点和变化趋势。结果与结论：(1)成功建立了正常成人腰椎-骨盆-髋关节三维有限元模型;(2)构建的模型在各工况分析中结果均在既往文献数据的参考范围内,确认模型有效,可进一步用于后续的实验研究;(3)从站立位到坐位姿势变化后,L₄-L₅及L₅-S₁椎间盘的应力呈上升趋势,其中L₅-S₁应力变化最明显;对于髋关节应力分布而言,在站立位时,应力...     

腰椎间融合后路非对称与对称固定螺钉应力的有限元比较

背景：经椎间孔腰椎间融合非对称固定的生物力学稳定性研究,发现固定效果与双侧椎弓根螺钉接近,可满足临床应用所需生物力学要求。经关节突椎弓根螺钉参与经椎间孔腰椎间融合非对称固定的螺钉力学安全性又会怎样呢？ 目的：建立L₄-₅功能节段左侧经椎间孔腰椎间融合后,分别予以同侧椎弓根螺钉+对侧经关节突椎弓根螺钉、同侧椎弓根螺钉+对侧经椎板关节突螺钉及双侧椎弓根螺钉固定的三维有限元模型,施加相同的载荷,分析不同运动状态下螺钉应力分布特点,比较3种螺钉应力状况。 方法：对一成人正常L₄-₅椎节段标本、椎间融合器、椎弓根螺钉和皮质骨螺钉进行64排螺旋CT 扫描,通过Mimics11.1建立左侧经椎间孔腰椎间融合后3种内固定组合(同侧椎弓根螺钉+ 对侧经椎板关节突螺钉、同侧椎弓根螺钉+对侧经关节突椎弓根螺钉及双侧椎弓根螺钉固定)的几何模型,利用Simpleware3.1软件分别建立三维有限元模型,模拟500 N\6 Nm载荷下前屈、后伸、左\右侧弯、左\右侧旋等6种运动状态,用Abaqus6.8软件进行螺钉应力变化和分布特点分析。 结果与结论：由于经椎间孔腰椎间融合入路切除了左侧关节突,造成内植物应力分布不对称,对弹性模量大的内固定器械—椎弓根螺钉应力影响最大,尤其是在左旋运动时。在不对称组合内固定中,由于关节突关节螺钉的使用,使对侧椎弓根螺钉应力相应增加,以左旋运动时尤为明显,但关节突关节螺钉断裂的危险性增高不明显。提示为降低螺钉断裂的风险,经椎间孔腰椎间融合后路3种组合内固定均应严格限制旋转运动,尤其是关节突切除侧的旋转运动。     

国产新型腰椎棘突间撑开器体外生物力学测试及有限元分析

文题释义： 三维有限元分析：运用计算机三维模型,从结构、形态、弹性模量上模拟人体腰椎屈伸、侧弯、轴向旋转活动,通过应力云图直观显示在不同位置棘突间撑开器、椎体植入节段及临近节段的应力分布及腰椎活动度等情况。有限元分析只是一种模拟实验,因此其对该装置的评价需要结合动物实验和临床观察,才能更接近实际。 体外生物力学：是应用力学原理和方法对生物体中力学问题定量研究的生物物理学分支。随着生物力学在医学领域的不断发展,运用生物力学来检测新设计的脊柱内固定器械的生物特性已成为一项必经程序。体外生物力学实验试件通常选择的是内固定器械与实验标本共同组成的标本单元。采用此形式对测试物体进行脊柱屈伸、侧弯和侧旋等生理载荷模式下的力学测试,可更加精确、方便和准确地获得内固定器械特性参数,与三维有限元分析相辅相成。 背景：腰椎棘突间撑开器非融合系统为腰椎退行性疾病提供了一种新的治疗选择。但目前国内临床对于腰椎棘突间撑开系统的应用及研究严重不足,对于适用于国人的国产化腰椎棘突间撑开器更是鲜有报道。 目的：通过人体腰椎三维有限元分析技术和山羊腰椎体外生物力学实验分析国产新型棘突间撑开器生物力学特点,验证新型腰椎棘突间撑开器的科学性和有效性。 方法：①国产新型腰椎棘突间撑开器有限元分析：通过正常成人腰椎CT资料建立L₂-L₅椎体三维模型,随后依次建立国产新型腰椎棘突间撑开器模型、国产新型腰椎棘突间撑开器腰椎非融合系统模型,赋予腰椎生理情况下的力学条件,对新型撑开器植入前后进行生物力学分析;②国产新型腰椎棘突间撑开器体外生物力学分析：获取24只成年雄性山羊腰椎(L₁-L₅),在L_3-4棘突间植入国产新型腰椎棘突间撑开器,撑开器植入前后检测腰椎标本前屈、后伸、侧弯、旋转状态下的腰椎活动度与椎间盘压力。 结果与结论：①在撑开器植入后,责任节段后伸时活动范围及椎间盘压力减小,相邻节段活动度和椎间盘压力几乎不受影响,从理论上验证了腰椎棘突间撑开器可以为腰椎退行性疾病的治疗提供了生物力学依据,为预防临椎病贡献了理论参考。②在后伸状态下,L_3-4椎体植入撑开器后的椎体活动度明显小于植入前(P < 0.05),L_2-3、L_4-5椎体植入撑开器后的椎体活动度与植入前比较差异无显著性意义(P > 0.05);在前屈、侧弯、旋转状态下,L_2-3、L_3-4、L_4-5椎体植入撑开器后的椎体活动度与植入前比较差异均无显著性意义(P > 0.05)。在后伸状态下,L_3-4椎体植入撑开器后的椎间盘压力明显小于植入前(P < 0.05),L_2-3、L_4-5椎体植入撑开器后的椎间盘压力与植入前比较差异无显著性意义(P > 0.05);在前屈、侧弯、旋转状态下,L_2-3、L_3-4、L_4-5椎体植入撑开器后的椎间盘压力与植入前比较差异均无显著性意义(P > 0.05)。③结果表明,国产新型腰椎棘突间撑开器的科学性和有效性均从三维有限元分析和体外动物腰椎标本实验得到了有力验证,为国产新型棘突间撑开器的活体动物实验、临床实验、临床应用以及临床生产提供了有力的依据。 ORCID: 0000-0001-6432-9794(王宝东) 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     

三维有限元法分析腰骶区椎间融合联合置入棘突间动态内固定装置后腰椎的生物力学变化

文题释义： Topping-off技术：在融合节段的相邻节段置入棘突间动态内固定装置,以期望达到保护相邻节段目的的一种手术方式。 腰骶区：腰椎与骨盆环相连的区域,即L5/S1节段,应力集中,腰椎节段中活动度最大,融合后对腰椎影响最大。 背景：Topping-off技术通过将腰椎融合和棘突间动态内固定系统(Coflex)结合,在实现充分减压的同时也能够对相邻节段予以保护。目前将Topping-off技术应用于腰骶区需要融合同时相邻节段存在退变的年轻患者的相关力学研究尚未见报道。 目的：建立腰骶交界区Topping-off有限元模型,分析邻近节段生物力学及全腰椎活动度的变化趋势。 方法：随机选择1名健康年轻男性志愿者,既往无腰部外伤史及腰痛病史,经签署志愿同意书后,行薄层CT扫描,获取影像学资料。将图像信息导入计算机,依次通过Mimics、Geomagic Studio 12.0、HyperMesh、Abaqus对图像信息进行分析建立全腰椎模型,即健康组模型。验证模型的有效性后,在健康组模型的基础上改变L₄-S₁椎间盘材料属性建立椎间盘中度退变模型,并在退变模型的基础上分别建立融合模型和Topping-off 模型。然后分别计算4组模型在施加400 N的预载荷和10 N•m的扭转力矩后L₂-L₅节段活动度变化趋势及L₄/L₅椎间盘、髓核以及关节突关节的应力变化。 结果与结论：①Topping-off模型与融合模型腰椎活动度较退变模型减小,且Topping-off模型比融合模型减小更明显;②融合模型术后L₄-L₅活动度较退变模型显著增加,L₂/L₃、L₃/L₄节段活动度相比退变模型并无明显改变;Topping-off模型L₄-L₅活动度较退变模型减小,L₂/L₃、L₃/L₄节段活动度相比退变模型在前屈及后伸体位下均有一定程度增加;③相比退变模型,融合模型L₄-L₅节段在前屈、后伸、左旋、左侧弯4个体位下,椎间盘、髓核、关节突关节应力均增大,而Topping-off模型纤维应力在4个体位下均降低;④说明Topping-off技术不仅能够降低上位相邻节段椎间盘、髓核和关节突的关节应力,而且能够减少相邻节段过度活动,增加上位其他节段的活动度,进而在代偿腰椎活动度的同时延缓相邻节段退变。 ORCID: 0000-0002-5167-9151(曹亮亮) 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     

倒盖金被手法在腰椎间盘生物力学中的三维有限元分析

背景:南少林手法将武术精华运用于整骨理筋和按摩手法中,形成了独特的中国骨伤治疗技术,研究发现南少林理筋整脊手法治疗腰椎间盘突出症有显著疗效。目的:运用三维有限元法分析倒盖金被手法作用于腰椎间盘的生物力学效应。方法:选择一名健康青年男性志愿者,根据其CT扫描结果构建全腰椎(L₁-L₅)三维有限元模型。在已验证有效性的全腰椎模型上模拟加载倒盖金被手法,计算不同顶推高度下腰椎间盘的应力分布及变化情况。结果与结论:(1)当L₃椎体被顶推10 cm总位移后,各椎间盘平均应力最值约9.2 MPa,其中L_4-5椎间盘存在部分单元的应力集中现象。(2)随着顶推高度的增加,各椎间盘的应力呈现近似线性增长的趋势,各椎间盘应力值范围分别为:L_1-2椎间盘1.36-7.36 MPa,L_2-3椎间盘1.64-7.82 MPa,L_3-4椎间盘1.52-9.20 MPa,L_4-5椎间盘1.25-8.71 MPa;应力分布情况为:L_3...     

L5/S1椎间盘突出重吸收的腰骶矢状面参数改变

背景：以往有研究表明了腰骶矢状面参数与腰椎间盘突出重吸收现象的相关性，但腰骶矢状面参数包括了腰椎前凸角、腰骶关节角、骶骨倾斜角等众多参数，且各参数对椎间盘重吸收的影响具有差异性；另外目前对具体某一节段椎间盘突出重吸收的研究尚少，测量数据也多从数字化X射线摄影或CT中获取，而从MRI中测量的腰骶矢状面参数与L₅/S₁椎间盘突出后发生重吸收的相关性报道则较少见。目的：观察L₅/S₁椎间盘突出重吸收后腰椎矢状面参数的相应改变，筛选出椎间盘重吸收过程中变化最显著的腰骶矢状面参数。方法：选择具有完整MRI影像资料的57例腰椎间盘突出症患者，符合腰椎间盘突出症诊断标准，且单纯接受非手术治疗L₅/S₁突出节段发生重吸收现象。MRI测量冠状面上的最大突出层面的突出面积、腰骶矢状面参数，包括腰椎曲线指数、腰椎前凸角(α)、L₅/S₁椎间盘角(β)、椎间隙高度、腰骶关节角、骶骨平台角、骶骨倾斜角、下腰椎前凸角，将腰骶矢状面参数在R软...     

新型棘突间撑开融合装置BacFuse修复腰椎退行性病的生物力学特征

背景：近年来，棘突间撑开融合装置BacFuse应用于腰椎退行性疾病的治疗并取得了良好的临床疗效，但目前其相关的生物力学特征暂无相关报道。目的：探索棘突间撑开融合装置BacFuse在腰椎退行性疾病中应用的生物力学特征。方法：构建山羊离体脊柱模型(L₁-L₆)，模拟手术分为4组，分别为对照组、BacFuse固定组(L_3/4)、钉棒固定组(L_3/4)及Topping-off组(L_3/4钉棒固定+L_2/3 BacFuse固定)。搭建山羊腰椎手术模型力学测试系统，采用生物力学机器进行力学加载，模拟腰椎在前屈、后伸、侧屈及旋转时的运动模式(4 Nm的力矩)，采用视觉追踪系统进行定位捕捉，并完成力学及光学校准，通过计算得出L_2/3、L_3/4、L_4/5节段的活动度。结果与结论：(1)相对于对照组，BacFuse组L_3/4固定节段在前屈、后伸、侧屈与旋转方向上活动度分别减少27.27%,...     

经椎板关节突螺钉固定的X线解剖学研究

目的 总结X线透视下经椎板关节突螺钉(TLFS)成功置入时的正位、侧位、斜位影像学标准,为临床置钉提供影像学参考。方法 6具成人防腐保存椎体标本(L₂~S₁),男5具、女1具,年龄31~61岁,均经X线摄片排除畸形、骨折、肿瘤及其他腰椎病变。直视下L_3/4、L_4/5、L₅/S₁随机单侧置入4 mm螺钉,TLFS进钉点选择在一侧椎板与棘突交界中下1/3处向后0.5 cm,外倾角和下倾角为CT片和X线片测量所得,以X线透视安全置入TLFS全过程,并分析其标准腰椎前后位、侧位和斜位X线影像特征。结果 TLFS进针完成满意后,正位片显示钉尖位于下位椎弓根投影外上缘与横突上缘之间,侧位示钉尖位椎弓根后上缘,斜位片示钉尖过下位小关节间隙中点,至上关节突投影前缘。结论 术中X线透视可能为TLFS置入的准确性和安全性提供重要帮助和参考。     

CT多平面重建预评估腰椎经皮椎弓根螺钉置入损伤关节突关节的风险

文题释义：CT多平面重组技术：是将扫描范围内所有的轴位图像叠加起来在对某些标线标定的重组线所指定的组织进行冠状位、矢状位及任意角度斜位图像重组,以在不同角度观察影像学图像。 经皮椎弓根螺钉：该技术采用在术中影像检查设备引导下经皮肤小切口置入椎弓根螺钉,与常规开放置钉手术相比明显减少了对椎旁肌的损伤程度,既往学者多关注螺钉与椎弓根壁的位置关系,而较少关注其与关节突关节的位置关系。 背景：经皮椎弓根螺钉内固定技术被广泛应用于治疗腰椎疾病。经皮椎弓根螺钉由于是在术中C形臂X射线引导下操作,对螺钉与关节突关节之间的位置关系难以完全控制,可能导致关节突关节损伤。既往有学者认为体质量指数>29.9 kg/m²、小关节角>35°及年龄<65岁是经皮椎弓根螺钉损伤关节突关节的高危因素。由于不同腰椎椎弓根轴线与关节突关节的位置关系不同,螺钉对关节突关节的破坏是否存在差异目前尚无相关报道。 目的：探讨腰椎CT多平面重建技术在腰椎经皮椎弓根钉置入术前预估螺钉损伤腰椎关节突关节中的价值。 方法：选择100例行经皮椎弓根钉置入内固定治疗腰椎骨折及腰椎退行性疾病的患者,对治疗方案均知情同意,且得到医院伦理委员会批准。于术前CT斜轴位、斜矢状位及斜冠状位调整多平面重建的定位线,重建出椎弓根的切面断层,以斜冠状位线为中心设置直径为6.5 mm的标定圆模拟经皮椎弓根钉轴向截面,观察标定圆侵犯关节突关节程度,设为术前组;术后行腰椎CT检查观察螺钉损伤关节突关节程度,设为术后组。评价2组间不同节段关节突关节损伤螺钉数及组内不同节段关节突关节破坏比率的差异。 结果与结论：①共计置钉478枚,术前组显示标定圆侵犯关节突关节109枚,占比22.8%,其中L₁-L₅标定圆侵犯关节突关节螺钉数及占比分别为6枚(6.8%)、9枚(10.5%)、19枚(18.3%)、30枚(30.0%)和45枚(45.0%);②术后组显示关节突关节损伤115枚,占比24.1%,其中L₁-L₅螺钉损伤关节突关节螺钉数及占比分别为10枚(11.4%)、7枚(8.1%)、15枚(14.4%)、26枚(26.0%)和41枚(41.0%);③McNemar 配对χ²检验不同腰椎节段P值分别为：L₁ P=0.08,L₂ P=0.22,L₃ P=0.20,L₄ P=0.05,L₅ P=0.08,2组结果比较差异均无显著性意义;④Kappa检验2组一致性分别为：L₁ Kappa值=0.67,L₂ Kappa值=0.80,L₃ Kappa值=0.80,L₄ Kappa值=0.87,L₅ Kappa值=0.92;术前组及术后组组内不同节段间关节突关节损伤比率比较差异有显著性意义(P=0.000);⑤提示腰椎CT多平面重建技术可较为准确地判断经皮椎弓根螺钉与关节突关节的位置关系,为判断术后螺钉是否可能侵犯关节突关节提供了一种可靠的预估方法。 ORCID: 0000-0003-4872-2726(张晓芸) 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     

椎间关节滑膜嵌顿综合征的解剖学基础

目的：为椎间关节滑膜嵌顿综合征的诊治提供解剖学基础。方法：解剖观察成人脊柱标本７条（共１７５对３５０个椎间关节）。观察椎间关节滑膜层及纤维层的结构特点。结果：椎间关节囊外为纤维层，内为较薄的滑膜层。关节囊包绕相邻上下关节突，关节腔狭小。滑膜层在相对关节面周缘，并形成双层突向关节腔内的滑膜皱襞，９０．６％有滑膜皱襞，依其根部连接滑膜层的部位分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ型，依滑膜皱襞伸入关节腔内长度分Ⅰ、Ⅱ度。结论：滑膜皱襞的嵌顿是引起椎间关节滑膜嵌顿综合征的形态学基础。     

骨质疏松骨折椎体及相邻椎体骨水泥注入前后的有限元分析

背景：目前有限元构建模型主要是基于医学图像的建模方法,骨水泥注入主要是人为假设的,而文章中治疗前后的数据直接来源于CT扫描,可靠性更高。 目的：构建骨水泥注入前后骨质疏松性腰椎骨折椎体的三维有限元模型,分析治疗前后病椎及邻椎的应力变化。 方法：选取1例75岁骨质疏松性L₂椎体压缩性骨折患者,经双侧椎弓根注入少量骨水泥获得良好疗效,随访2年病椎及邻椎无新发骨折,局部无疼痛。根据其治疗前后的腰椎CT数据,构建三维有限元模型,模拟腰椎屈伸、左右侧屈、旋转等运动,统计分析治疗前后同一运动状态下的应力变化。 结果与结论：建立了腰椎压缩骨折骨水泥注入前后的三维有限元模型,共生成222 727个单元。骨水泥注入增加了L₂椎体(病椎)屈、伸、侧屈各运动时的应力(P < 0.05),对其旋转时的应力无明显影响(P > 0.05);对L₁,L₃椎体(邻椎)在屈、伸、侧屈及旋转时的应力亦无影响(P > 0.05)。提示少量骨水泥注入治疗老年骨质疏松性腰椎骨折可增加病椎强度及应力,但不改变相邻椎体应力。     

三维CT评估单孔分体内镜治疗L4/5滑脱症椎间融合术的安全性

背景：新型的单孔分体内镜技术已用于治疗腰椎滑脱症,但尚无该技术安全性、可行性、有效性的文献。目的：通过腰椎CT三维重建,观测骨性标志点与L₄、L₅神经及椎间隙位置关系,评估单孔分体内镜L_4/5滑脱症椎体间融合术的安全性。方法：26例Ⅰ度L_4/5滑脱症患者(滑脱组)和26例志愿者(正常组),均行腰椎CT扫描,导入Mimics 17.0软件,测量参数：(1)测量垂直距离。a,b:L₅上终板与L₅上关节突冠状位关节面内侧缘交点(N)分别至乳突后缘最高点(R)和L₅上关节突尖部(S);c:L₄下关节突尖部(X)至N所在矢状面与L₄下终板交点(M)。(2)测量水平距离。d:R至N所在横断面与L₄出口神经根下缘交点(N₁);e:R至M所在横断面与L₄出口神经根下缘交点(M₁);f:N至N所在横断面与神经组织外侧缘交点...