腰椎后部韧带结构生物力学实验研究与临床意义

目的；通过生物力学测定了解腰椎后部韧带结构对腰椎稳定性的影响。方法：本文采用５具正常青年人新鲜腰椎标本，去除肌肉，保留韧带，经逐步处理分为三组，Ａ组：正常组；Ｂ组；切除棘上韧带组；Ｃ组；切除棘上，棘间韧带组。以生物力学方法研究后部韧带结构切除后腰椎稳定性的变化。     

不同扭矩对腰椎融合后邻近上节段生物力学影响的实验研究

目的　探讨腰椎融合后不同扭矩对邻近上节段椎间盘内压、关节突关节压力的影响。 方法　选取12具猪腰椎,随机分成2组,比较融合（L4/5）前、后两种状态下三种不同扭矩加载邻近上节段（L3/4）椎间盘内压、关节突关节压力的差异。 结果 融合后随着扭矩的增加椎间盘内压增加,扭矩越大椎间盘内压变化越明显(P=0.023); 非融合组及融合组伴随着扭矩的增加关节突关节压力逐渐增加, 扭矩越大关节突关节压力越大。融合组较非融合组关节突关节压力变化明显（P=0.046）。 结论 腰椎融合后, 随着扭矩的增加邻近上节段腰椎间盘内压呈增高趋势; 关节突关节压力随着扭矩的增加关节突压力而增加。     

棘上韧带与腰椎融合术后相邻节段退变的相关性研究

目的探索棘上韧带对预防腰椎融合术后相邻节段退变的重要意义,为提高腰椎融合的手术后效果提供理论和数据基础。方法选取健康成年新西兰大白兔20只,随机分为实验组和对照组,两组均在全身麻醉下行前路暴露腰5/6(L_(5/6))椎体并予L_(5/6)椎体U形钉固定完成模型,实验组暴露L_(4/5)棘上韧带并切除,对照组不做任何处理。比较两组大白兔在手术后相邻脊柱节段的退行性病变和病理结果上的差异性。结果两组实验对象在术前临近节段的椎间隙高度和活动范围上差异均无明显的统计学意义(P0.05),对照组对象仅在术后Cobb角上明显大于对照组[(50.7±6.2)°vs.(45.3±5.1)°,t=2.131,P=0.047],实验组临近节段术前术后的椎间隙活动范围有明显改变[L_(4/5):(5.1±0.8)°vs.(4.2±0.7)°,t=2.811,P=0.020;L_(6/7):(4.5±0.7)°vs.(3.6±0.6)°,t=2.513,P=0.033],术后Cobb角也明显大于术前[(45.3±5.1)°vs.(40.2±4.4)°,t=3.207,P=0.011]。共有12只兔子发生腰椎椎间盘的退行性病变,3级病变均发生实验组,两组对象在病变分级上差异有统计学意义(P0.05),退行性病变主要的病理类型为黏液样变性,严重者可有髓核区坏死的形成。Logistics回归分析显示仅有切除棘上韧带是术后腰椎间盘退行性病变的主要影响因素(OR=32.652,95%CI=1.684~632.948,P=0.021)。结论腰椎融合术中保留临近节段的棘上韧带可以明显增加临近节段椎间隙活动范围和Cobb角,并且是发生术后椎间盘退行性病变的保护因素。     

腰椎矢状面固定角度对相邻节段应力强度影响的实验研究

目的通过体外生物力学实验评价腰椎矢状面固定角度对相邻节段应力强度的影响。方法9具成人新鲜尸体腰椎标本L1～S2用于实验。完整脊柱测试后,在每个标本的L3、4、5用椎弓根螺钉随机顺序地进行矢状面三种角度的固定:①原位(前凸10o);②后凸位(后凸5o);③超前凸位(前凸25o)。每组分别进行加载,记录相邻节段L2/3、L5/S1椎间盘和关节突的应力强度,并加以比较。结果在前屈试验中,所有固定组的相邻节段应力强度均显著高于完整脊柱组(P<0.05),后凸位固定组的应力强度最高。在后伸试验中,后凸位固定的应力强度显著高于其他固定组(P<0.05);但原位固定和超前凸固定组间无显著差异(P>0.05)。侧屈位试验变化规律与后伸试验相似。结论脊柱固定可导致相邻节段的应力强度增加,并且矢状面异常固定角度更破坏其生物力学环境。在腰椎稳定重建同时,应该获得正常腰椎前凸角。     

脊柱融合内固定致邻近节段退变的生物力学机制

目的：从生物力学角度了解融合内固定对腰椎邻近节段的影响。方法：9具新鲜腰1～骶椎尸体标本分别近、远端固定，在脊柱三维运动实验机上施以8Nm纯力偶矩模拟人体行屈伸、左右侧弯及旋转活动，观察L3～4、L4～5、L5～Sl节段运动范围(ROM)；随后进行各种模拟手术并安装内固定，依次测定CD内固定(CD)、CD加椎体间植骨(CD-骨块)、CD加TFC(CD—TFC)状态下各节段ROM值并进行统计学分析。结果：①各融合术式均可使固定节段达到即刻稳定性，L4～5节段ROM值明显减小；②L3～4节段在屈伸、侧弯和旋转时有明显位移增加，L5S1节段在旋转时ROM值明显增加，屈伸和侧弯时ROM值改变无统计学意义。结论：脊柱融合内固定术后，相邻节段位移增加、运动模式改变，易继发不稳和退变。     

不同腰椎融合器对邻近节段影响的生物力学研究

本研究模拟了适用于3种腰椎融合术的融合器植入腰椎L3、L4节段的情况,对单独植入不同融合器时,对邻近节段的生物力学影响进行分析.建立并验证了一例基于CT断层扫描的腰椎L2至L5的有限元模型.椎间盘切除术、部分椎板切除或小关节切除和融合器植入等处理也通过有限元模型进行模拟,在L2腰椎上表面施加400 N的预载荷和±7.5 N·m的纯弯矩,比较和分析无损模型和不同融合器单独植入后,腰椎邻近节段在4种动作下(前屈、后伸、侧弯和轴向扭转)运动范围和邻近节段椎间盘内最大主应力变化.结果表明,单独植入时,前路融合器能提供更好的邻近节段稳定性,但与经椎间孔的融合器相比差别较小,后路融合器会显著增大邻近节段活动范围和邻近椎间盘内应力.     

后部结构与腰椎的稳定性生物力学研究进展

后部结构与腰椎的稳定性生物力学研究进展余斌①综述靳安民①朱青安②审校后部结构切除术是腰椎手术中较为常见的术式，腰椎管狭窄及腰椎骨折的后路减压，椎管内肿瘤的切除及椎间盘髓核的摘除，均需不同程度地切除后部结构。手术一方面要求彻底减压、充分暴露，另一方面又...     

腰椎融合术前邻近节段退变对术后ASD影响的研究现状与进展

腰椎融合术是治疗腰椎退行性疾病的标准术式,融合术后邻近节段退变(adjacent segment degeneration,ASD)加速受到广泛关注。术前已存在的邻近节段退变已被大部分学者认为是术后ASD的重要危险因素之一,是近十年来研究的热点。本文综述了术前已存在的邻近节段退变对术后ASD影响的研究现状与进展,希望利于脊柱外科医生全面评估术前邻近节段退变,选择合理的手术方式,进而减缓术后ASD的发生。     

颈椎间盘切除前路钢板内固定术对相邻节段影响的生物力学研究

目的　研究颈椎前路钢板内固定对相邻节段椎体、椎间盘和关节突等结构的生物力学特性的变化。方法　采用5具新鲜人体颈椎标本先作为正常空白的对照组，测试其生物力学特性后再依次进行前路单节段钢板内固定和双节段钢板内固定，测试相邻节段椎间盘和关节突上应变和位移变化。结果　前路钢板内固定后，在固定节段上方相邻节段测试应变、位移除前屈位外均明显增加(P<0.05)，最大变化发生在后伸位。而单节段和双节段钢板固定相比，仅有数值上的差别，无统计学意义(P>0.05)。结论　前路Orion钢板内固定后，固定节段的活动度转移到邻近节段，其上方相邻节段活动度增加，应力集中，负荷增加，当处于后伸位时有明显的提高。固定节段选择统计学差异不明显。     

颈椎三节段融合术后相邻节段运动变化规律研究

为研究人体颈椎三节段融合后的运动规律,本文利用三维运动信息采集系统,获取了6具猪颈椎C2-T1标本在未损伤及两种三节段融合状态下的各个节段的运动信息,计算并得到各节段运动转角;再通过分析三节段融合的相关运动规律和特点,得出三节段融合质量略差于双节段融合效果,融合后的运动幅度可降低至融合前的30%左右;通过定量比较得出两种三节段融合相对于三种双节段融合,前、后相邻节段与其它节段融合状态的运动补偿幅度均有不同程度的增加.本研究为人体多节段融合临床手术提供了定量参考和理论依据.     

椎板切除对腰椎融合后邻近节段生物力学的影响

目的从生物力学角度研究后路不同程度椎板切除对腰椎融合手术后邻近节段的影响。方法在完整腰椎有限元模型基础上,建立3种椎板切除程度不同的手术模型:双侧小关节切除(Bi-TLIF)、半椎板切除(PLIF)、全椎板切除(LAM-PLIF)。对不同模型在生理载荷下的生物力学响应进行研究,对比手术模型椎间活动度、椎间盘内压以及小关节接触力相对于正常模型的变化。生理载荷采用400 N随动载荷+7.5 N·m力矩的方式施加在L1节段上终板上,加载过程中对骶髂关节面上的6个自由度保持约束。结果前屈状态下,手术组Bi-TLIF、PLIF、LAM-PLIF相邻节段L3～4生物力学变化明显,其椎间活动度比正常组依次增大1.0%、9.3%和24.5%,而椎间盘内压依次增大1.4%、4.3%、10.0%,在其他姿态下影响不明显。对于小关节接触力,Bi-TLIF、PLIF在L3～4节段有明显增加,而在L5～S1节段则不明显。结论椎板切除会增加腰椎融合手术后的邻近节段椎间活动度、椎间盘内压以及小关节接触力,这些生物力学变化可能会增大邻近节段退变的风险。椎板切除范围越大,对邻近节段产生的影响越大。因此,更多地保留后部结构复合体,对于减少腰椎融合后邻椎病的发生具有积极的意义。     

不同单节段颈椎前路椎间融合系统对邻近节段的生物力学影响

目的对比Zero-P零切迹颈椎前路椎间融合固定系统和Cage-Plate融合系统对相邻节段的生物力学影响,为单节段颈椎病的治疗远期临床疗效提供参考。方法选择正常人CT扫描数据建立颈椎C1~7有限元模型,在验证模型的有效性后,分别建立在颈椎C5~6植入Zero-P和Cage-Plate融合系统的有限元模型。分别加载1.5 N·m扭矩模拟颈椎前屈、后伸、侧弯和旋转运动,对比正常情况下颈椎和分别植入Zero-P与Cage-Plate融合系统后相邻节段活动范围(range of motion,ROM)变化和椎间盘髓核、纤维环、终板及小关节上的应力。结果两种颈椎融合器植入后,C4~5椎间ROM增大20%,但C6~7椎间ROM增大120%,C4~5、C6~7髓核上的应力分别增大78%、110%,相邻节段终板和纤维环上的应力均有所增大。结论 Cage-Plate和Zero-P融合系统植入后均会引起相邻节段ROM增大,以及相邻椎间盘髓核、纤维环和小关节上应力增大,长远上会引起邻近节段的病变。但Cage-Plate和Zero-P融合系统对邻近节段的生物力学影响没有本质区别。     

复杂性腰椎管狭窄症减压和椎间融合的有限元分析

精确建立复杂性腰椎管狭窄症LSS的退变腰椎有限元模型,进而分析减压手术结合椎弓根内固定、椎体间盘融合的效果。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,自适应划分网格并交互生成附属组织结构,同时构建正常腰椎模型和三种手术治疗模型,用相同边界条件进行对比分析。复杂性LSS模型活动度比正常模型减少20%左右;而单纯减压模型出现不稳,活动范围增加近40%;结合椎弓根内固定稳定性部分提高、活动范围只增加25%,而进一步结合椎体间盘融合后腰椎弯曲刚度超过正常模型。在应力方面,单纯减压的应力出现较大增加、达到1.7倍左右,结合椎弓根内固定和椎体间盘融合有比较明显的减压作用。显示单纯的减压手术虽然可以缓减神经疼痛,但可能进一步造成腰椎稳定性的破坏,结合椎弓根内固定不能提供全面的稳定性,进一步结合椎体间盘融合的治疗效果比较稳定。     

后路椎间融合术后全腰椎模态分析

目的研究日常生活中振动环境对后路椎间融合术患者的影响。方法建立正常全腰椎和固定L4～5节段全腰椎有限元模型,在L1上终板添加40 kg质量点,并进行模态分析。结果与正常全腰椎相比,后路椎间融合术后全腰椎的各阶共振频率均降低,对应振型的主运动也发生改变;术后模型第1、2阶固有频率分别为2.94、3.81Hz,均接近日常生活中的振动频段;在前3阶振型中,术后模型L2和L3节段后部单元振幅均增大,增大了该部位术后退变的风险,L3～4节段椎间盘振幅明显增大,特别是该椎间盘靠近L3节段的部分,可能会增大其应力和应变,进而加速其退变。结论基于后路椎间融合术后腰椎的模态分析,研究融合术后腰椎振动特性的变化,为术后患者恢复和健康生活提供一定理论指导。     

多孔钛腰椎融合器在不同入路椎间融合术中的生物力学性能

目的探究采用多孔融合器在不同入路腰椎融合术的生物力学性能。方法建立完整腰椎三维有限模型,通过实验方法获得多孔材料的力学参数。针对多孔融合器在前路腰椎椎间融合术(anterior lumbar interbody fusion, ALIF)、后路腰椎椎间融合术(posterior lumbar interbody fusion, PLIF)、经椎间孔腰椎椎间融合术(transforaminal lumbar interbody fusion, TLIF)和直接外侧椎体间融合术(direct lateral interbody fusion, DLIF)中的生物力学性能进行对比研究。结果在施行椎间融合术后,DLIF、ALIF模型预测的活动度(range of motion, ROM)和融合器应力明显低于PLIF、TLIF模型,DLIF、ALIF和TLIF模型预测的终板应力明显低于PILF模型。结论采用多孔融合器的DLIF模型显示出较优的生物力学性能,而且在临床过程中操作简单适于微创术式。DLIF手术具有更优的综合性能。     

腰椎椎间融合器及其在椎间融合术中的生物力学研究进展

针对腰椎椎间融合术的生物力学研究背景和意义,回顾近年来椎间融合器及其在椎间融合术中的研究进展,并对其发展前景进行展望。主要归纳腰椎生物力学实验方法、椎间融合器和椎间融合术的最新进展,得出椎间融合术生物力学研究的主要方向为:有限元法的建模精细化、传统融合器的几何更优化、新型融合器的临床化和辅助固定方式的多样化。最后对椎间融合术生物力学的发展前景进行展望。通过对腰椎椎间融合术的生物力学研究进行回顾和展望,以期为腰椎疾患的临床手术治疗提供参考依据。     

棘突间融合器联合改良PLIF技术对腰椎早期稳定性影响的生物力学评价

目的探讨棘突间融合器(interspinous fusion device,IFD)在联合改良PLIF技术时的生物力学特点。方法10具小牛(L3-6)腰椎标本,每具均经过4组状态测试:正常组(INTACT组);棘突间融合器+L4/5椎间放置单枚Cage(IFD组);单侧钉棒固定+L4/5椎间放置单枚Cage(UPS组)双侧钉棒固定+L4/5椎间放置单枚Cage(BPS组)。依次测试其屈伸、左/右侧弯、左/右旋转6个方向的腰椎活动范围(ROM)。结果在所有工况下UPS组的稳定性最低(0.05);IFD组与BPS组之间无统计学差异(0.05)。结论在一定载荷范围内,棘突间融合器联合改良PLIF技术能够提供与双侧钉棒系统相似的稳定性,因而在一定程度上可能成为双侧钉棒系统的替代固定方式。     

Biomechanical Analysis of Fusion Segment Rigidity Upon Stress at Both the Fusion and Adjacent Segments: A Comparison between Unilateral and Bilateral Pedicle Screw Fixation

Purpose

The purpose of this study was to investigate the effects of unilateral pedicle screw fixation on the fusion segment and the superior adjacent segment after one segment lumbar fusion using validated finite element models.

Materials and Methods

Four L3-4 fusion models were simulated according to the extent of decompression and the method of pedicle screws fixation in L3-4 lumbar fusion. These models included hemi-laminectomy with bilateral pedicle screw fixation in the L3-4 segment (BF-HL model), total laminectomy with bilateral pedicle screw fixation (BF-TL model), hemi-laminectomy with unilateral pedicle screw fixation (UF-HL model), and total laminectomy with unilateral pedicle screw fixation (UF-TL model). In each scenario, intradiscal pressures, annulus stress, and range of motion at the L2-3 and L3-4 segments were analyzed under flexion, extension, lateral bending, and torsional moments.

Results

Under four pure moments, the unilateral fixation leads to a reduction in increment of range of motion at the adjacent segment, but larger motions were noted at the fusion segment (L3-4) in the unilateral fixation (UF-HL and UF-TL) models when compared to bilateral fixation. The maximal von Mises stress showed similar patterns to range of motion at both superior adjacent L2-3 segments and fusion segment.

Conclusion

The current study suggests that unilateral pedicle screw fixation seems to be unable to afford sufficient biomechanical stability in case of bilateral total laminectomy. Conversely, in the case of hemi-laminectomy, unilateral fixation could be an alternative option, which also has potential benefit to reduce the stress of the adjacent segment.