颈椎前路减压阶梯状植骨可吸收螺钉内固定的生物力学稳定性研究

目的 观察颈椎前路单椎体次全切除减压,阶梯状植骨,可吸收螺钉内固定的颈椎弯曲稳定性和植骨水平拔出力的变化。方法 12具新鲜成人尸体颈椎标本,随机分为两组,实验组：行C5椎体次全切除阶梯状植骨可吸收螺钉内固定;对照组：行C5椎体次全切除柱状植骨前路CSLP钉板系统内固定。两组标本均在固定前后行弯曲稳定性实验,测定C4-C6固定节段在屈曲、伸展、左／右侧屈,左／右轴向旋转6个自由度的运动范围和中性区;同时在固定前后行植骨块水平拔出力实验,测定植骨块的水平拔出力。两实验均行组内和组间固定前后t检验。结果 椎弯曲稳定性实验：实验组和对照组固定后,C4-C6节段在6个自由度的稳定性均较固定前增高;组间对比,实验组屈曲和左右轴向旋转稳定性与对照组相当,伸展稳定性较对照组增强。左右侧弯稳定性则弱于对照组。植骨块水平拔出力实验：两组固定后植骨块水平拔出力均较固定前显著提高,但实验组固定后植骨块的POS则明显不及对照组。结论 路阶梯状植骨可吸收螺钉内固定具有良好的弯曲稳定性和较高的植骨稳定性,同时具有许多促植骨融合减少相关并发症的优点。     

颈前路零切迹椎间融合固定系统椎间融合术对邻近椎间盘生物力学影响的有限元分析

目的 探索颈前路零切迹椎间融合固定系统(Zero-P)椎间融合术对邻近椎间盘生物力学的影响,为颈椎病中远期疗效的评估提供参考.方法 采用正常成人颈椎薄层CT图像建立下颈椎(C4~C7)有限元模型,并验证其有效性,在此基础上建立单节段颈椎(C5/6)植入Zero-P系统后的有限元模型.分别加载前屈、后伸、侧弯、旋转等应力负荷,计算正常下颈椎及单节段颈椎(C5/6)植入Zero-P后相邻节段椎间盘的应力.结果 成功地建立了人体正常下颈椎、单节段(C5/6)植入Zero-P融合器后的下颈椎有限元模型.颈前路Zero-P椎间融合术后对邻近颈椎间盘应力较术前明显增大,以前屈及侧弯时更显著.结论 颈前路Zero-P椎间融合术可增加相邻椎间盘应力,术者需权衡利弊,充分考虑手术方式的影响,术后相应调整康复计划以减轻邻近节段负担.     

射频消融髓核成形术对绵羊颈椎生物力学稳定性的影响

目的：探讨等离子射频消融髓核成形术对颈椎生物力学稳定性的影响。方法：以成年小尾寒羊为研究对象,模拟临床对羊的颈椎间盘髓核行等离子射频消融术。于术后即刻、2周及4周分别处死3只羊,另取3只新鲜绵羊颈椎标本作为完整对照组。标本放置于XWW电子万能试验机进行生物力学测试。结果：颈椎射频消融髓核成形术对颈椎轴向压缩、前屈、后伸、左侧弯、右侧弯等生物力学指标无显著影响。结论：颈椎间盘射频消融髓核成形术对绵羊颈椎稳定性没有影响。     

三种颈椎前路钉板系统在单椎间减压植骨融合中的生物力学比较研究

目的:探讨3种颈椎前路钉板系统(Orion、Codman、Window)在颈椎前路单椎间减压植骨融合模型中的生物力学为临床应用提供生物力学依据。方法:采用6具小牛颈椎标本,测定其正常颈椎相应节段的活动范围(ROM),制成模型,依次测试Orion、Codman、Window固定后颈椎相应节段的ROM。结果:3种钢板固定后在前屈、后伸、旋转时的ROM均比正常小,其中前屈时3种钢板与正常颈椎相比差异有显著性意义(P<0.05)。后伸时Codman、Window与正常颈椎相比差异有显著性意义(P<0.05)。Orion与正常颈椎差异无显著性意义(P>0.05)。旋转侧屈时3种钢板与正常颈椎差异均无显著性意义(P>0.05)。3种钢板之间差异无显著性意义(P>0.05)。结论:支持3种钢板在颈椎在单椎间减压植骨融合中应用。     

全椎板减压与双侧开窗的腰椎生物力学分析

目的评估全椎板切除与双侧椎板开窗术后腰椎的运动范围与稳定性的区别。方法采用脊柱运动模拟器对6具新鲜冰冻腰椎的L1～L5进行试验。采用生理跟踪器对腰椎屈伸、侧弯与轴向旋转进行监测：（1）内部结构未进行手术;（2）L2～L5进行了椎板开窗术;（3）L2～L5行全椎板减压术。采用Vicom运动系统对腰椎的运动进行测量。记录所有脊柱的运动范围与脊柱的强度,采用SPSS13．0统计软件进行统计分析。结果双侧椎板开窗术屈伸的范围增加了14．3％,全椎板减压术增加了32％（P〈0．05）,统计每节段表明：在每一节段全椎板减压术与双侧椎板开窗术相比运动范围是其大致2倍（P〈0．05）。在3节段椎板开窗术中其强度平均减少了11.8％,在3节段全椎板减压术中强度平均减少了27．2％（P〈0．05）。结论这些数据表明双侧椎板开窗术与全椎板减压术相比明显减少了运动范围及强度变形。保留中后侧的骨与韧带复合结构可能对减压后的脊柱滑脱有稳定的作用。     

In vitro biomechanical evaluation of four fixation techniques for distractive–flexion injury stage 3 of the cervical spine

Abstract

Purpose. Anterior plate fixation has been reported to provide satisfactory results in cervical spine distractive flexion (DF) injuries stages 1 and 2, but will result in a substantial failure rate in more unstable stage 3 and above. The aim of this investigation was to determine the biomechanical properties of different fixation techniques in a DF-3 injury model where all structures responsible for the posterior tension band mechanism are torn.

Methods. The multidirectional three-dimensional stiffness of the subaxial cervical spine was measured in eight cadaveric specimens with a simulated DF-3 injury at C5–C6, stabilized with four different fixation techniques: anterior plate alone, anterior plate combined with posterior wire, transarticular facet screws, and a pedicle screw–rod construct, respectively.

Results. The anterior plate alone did not improve stability compared to the intact spine condition, thus allowing considerable range of motion around all three cardinal axes (p > 0.05). The anterior plate combined with posterior wire technique improved flexion–extension stiffness (p = 0.023), but not in axial rotation and lateral bending. When the anterior plate was combined with transarticular facet screws or with a pedicle screws–rod instrumentation, the stability improved in flexion–extension, lateral bending, and in axial rotation (p < 0.05).

Conclusions. These findings imply that the use of anterior fixation alone is insufficient for fixation of the highly unstable DF-3 injury. In these situations, the use of anterior fixation combined with a competent posterior tension band reconstruction (e.g. transarticular screws or a posterior pedicle screws–rod device) improves segmental stability.     

C_(5/6)椎间盘置换术后C_(3/4)关节突关节内压力变化的生物力学研究

目的:研究C5/6椎间盘髓核摘除及Bryan人工椎间盘置换对C3/4关节突关节内压力的影响。方法:按实验先后顺序对11具新鲜成人尸体颈椎C3-T1节段标本分C5/6椎间盘完整、C5/6椎间盘髓核摘除和C5/6人工椎间盘置换三组分别进行轴向、前屈、同侧弯、对侧弯、后伸工况的测量,分别测量各组分级载荷下C3/4关节突关节内的压力。结果:后伸载荷时摘除组压力大于置换组与完整组,有统计学差异(P<0.05),置换组与完整组比较无差异(P>0.05)在轴向、前屈、同侧弯、对侧弯四种工况相同载荷下,完整组、摘除组和置换组两两比较压力无差异(P>0.05)。结论:C5/6椎间盘髓核摘除后C3/4关节突关节内压力在后伸加载条件下增大,C5/6 Bryan人工椎间盘置换不会引起C3/4关节突关节内压力变化。     

长节段脊柱内固定术后即刻刚度变化

目的测试长节段猪脊柱标本在完整、松解后及内固定后的刚度变化.方法选择12节段猪脊柱标本12具,测定其前屈、后伸、侧屈及旋转时的刚度;切除椎间盘、小关节及前后纵韧带松解脊柱,测定其各向运动刚度;用钛合金材料的双棍PRSS系统进行内固定后重复测试各向运动刚度.结果与完整脊柱的刚度[前屈、后伸、侧屈及旋转的刚度分别为52.89±15.98、105.43±56.38、42.09±14.73、(16.94±4.85)N·mm/°]相比,松解后脊柱各向运动的刚度[前屈、后伸、侧屈及旋转的刚度分别为44.04±13.73、41.46±10.80、31.75±7.23、(9.10±2.07)N·mm/°]均明显减小(P＜0.05),而内固定后脊柱各向运动的刚度[前屈、后伸、侧屈及旋转的刚度分别为385.96±143.25、138.96±59.41、152.56±87.15、(55.91±16.49)N·mm/°]均明显高于完整脊柱(P＜0.05).结论长节段脊柱内固定术后的即刻刚度在前屈、后伸、侧屈及旋转时均高于完整脊柱.     

In vitro biomechanical evaluation of four fixation techniques for distractive–flexion injury stage 3 of the cervical spine

Purpose

Anterior plate fixation has been reported to provide satisfactory results in cervical spine distractive flexion (DF) injuries stages 1 and 2, but will result in a substantial failure rate in more unstable stage 3 and above. The aim of this investigation was to determine the biomechanical properties of different fixation techniques in a DF-3 injury model where all structures responsible for the posterior tension band mechanism are torn.

Methods

The multidirectional three-dimensional stiffness of the subaxial cervical spine was measured in eight cadaveric specimens with a simulated DF-3 injury at C5–C6, stabilized with four different fixation techniques: anterior plate alone, anterior plate combined with posterior wire, transarticular facet screws, and a pedicle screw–rod construct, respectively.

Results

The anterior plate alone did not improve stability compared to the intact spine condition, thus allowing considerable range of motion around all three cardinal axes (p > 0.05). The anterior plate combined with posterior wire technique improved flexion–extension stiffness (p = 0.023), but not in axial rotation and lateral bending. When the anterior plate was combined with transarticular facet screws or with a pedicle screws–rod instrumentation, the stability improved in flexion–extension, lateral bending, and in axial rotation (p < 0.05).

Conclusions

These findings imply that the use of anterior fixation alone is insufficient for fixation of the highly unstable DF-3 injury. In these situations, the use of anterior fixation combined with a competent posterior tension band reconstruction (e.g. transarticular screws or a posterior pedicle screws–rod device) improves segmental stability.     

Kaneda器械对不同程度胸腰段损伤稳定性实验研究

目的比较Ｋａｎｅｄａ器械对不同程度胸腰段脊柱损伤提供的生物力学稳定能力及前纵韧带在Ｋａｎｅｄａ器械中的作用。方法采用５例胸腰段脊柱制备脊柱损伤标本,用传感器及电测技术,计算轴压、前屈、后伸、侧弯、旋转５种运动方式的平均顺应系数（ｆ）。结果前中柱损伤Ｋａｎｅｄａ器械固定后,５种运动方式的ｆ皆高于完整脊柱水平（Ｐ＜０．０５）。前纵韧带断裂后,损伤脊柱的轴压、前屈、后伸的ｆ较前下降（Ｐ＜０．０５）。三柱损伤时,前屈运动明显失稳,后伸、侧弯、旋转的ｆ也较前下降（Ｐ＜０．０５）。结论Ｋａｎｅｄａ器械能够给前中柱损伤脊柱提供优于完整脊柱的力学稳定性;保留前纵韧带有利于提高Ｋａｎｅｄａ器械的力学效益;Ｋａｎｅｄａ器械难以维持三柱损伤脊柱的稳定性。     

一种新型椎弓根螺钉内固定系统对不稳腰椎的稳定性效果评价

目的：评价一种新型椎弓根螺钉内固定系统对不稳定腰椎的稳定性效果。方法：取12具新鲜尸体腰椎标本，随机分为2组，每组6例，测量每组腰椎在8．0N.m载荷下L2－L5节段的运动范围（range of motion,ROM)后将两组腰椎制成腰椎三柱不稳模型，A组以椎弓根螺钉固定，B组以COCON椎弓根螺钉固定，再分别测量两组ROM并进行比较。结果：新型的椎弓根螺钉内固定系统和SOCON椎弓根螺钉均能显著降低腰椎各方向上的ROM，尤其为前屈、后伸提高其稳定程度最大，前屈时新型的椎弓根螺钉内固定系统可降低62．8％，SOCON螺钉可降低63．9％，后伸时则分别降低54．9％和51．0％，A、B固定腰椎后ROM在6个方向上无明显 差异，两种螺钉的稳定作用相近。结论：新型的椎弓根螺钉内固定系统有较好的生物力学稳定作用，能有效提高损伤腰椎各方向上，尤其是前屈和后伸方向上的稳定程度。     

单节段后部结构分级切除对腰椎三维运动稳定性影响的生物力学研究

目的：研究单节段脊柱后部结构对腰椎三维运动稳定性的影响。方法：选用6具成人新鲜尸体脊柱标本(L1～S1),采用单节段逐步切除腰椎后部结构的方法,形成7种状态,从单侧开窗至全椎板及双侧小关节切除等,通过脊柱三维运动试验机施加10N．m的载荷,使脊柱产生前屈／后伸,左／右侧屈和左／右轴向旋转运动。结果：切除脊柱的后部结构后,在脊柱的三维稳定性中,前屈及轴向旋转运动的稳定性最易受到破坏,当全椎板及双侧小关节部分切除时,腰椎的稳定性受到显著影响。结论：除小关节骨性结构及关节囊外,椎板、黄韧带,棘突、棘上及棘间韧带等后部结构对维持腰椎的稳定性具有重要作用,特别是对前屈及轴向旋转运动,全椎板切除会削弱脊柱对载荷的抵抗能力,明显增加术后不稳的风险。     

3种不同枕-寰-枢固定技术的生物力学比较

目的：比较3种不同的节段性枕-寰-枢（C0-C1-C2）固定技术的生物力学。方法： 收集6具完整的人类尸体颈段（C0-C5）,单皮质螺钉固定枕部,侧块螺钉固定C1,而C2固定技术分为三种：椎板交叉螺钉、椎弓根螺钉、C1-C2经小关节螺钉。C1侧块螺钉在置入C1-C2经小关节螺钉前取出。固定后测量每组结构C0-C2间的活动范围。结果：3种不同的固定技术跟正常脊柱相比活动范围皆缩小。3种固定技术间在屈伸和轴向旋转的活动度上无明显差异。同其他2组相比,C2椎板交叉螺钉组的侧方弯曲活动度有增加的趋势。同椎弓根螺钉组和经小关节螺钉组比较,椎板螺钉组在CT轴位和矢状面图像上远离椎动脉。结论：使用C2椎板交叉螺钉、C2椎弓根螺钉和C1-C2经小关节螺钉进行枕-寰-枢（C0-C1-C2）固定的技术都可以提供相似的生物力学稳定性。与其它2固定技术相比, C2椎板螺钉固定技术损伤椎动脉的风险较少。     

3种不同内固定方式在上胸椎刚度的试验研究

目的 比较上胸椎前路椎弓根钉板系统(ATPSPS)、后路椎弓根钉棒系统(PTPSRS)和前路普通椎体钉板系统(AVBSPS)在上胸椎的刚度.方法 12例防腐尸体标本分成3组,各组标本随机分配使用以上3种不同的内固定器械固定.测试各标本在原始状态下的轴向压缩、前屈、后伸、左右侧屈等5个方向的刚度.将所有标本模拟手术行T2椎体次全切除(损伤状态)后,再测试各标本在损伤状态下各方向的刚度.根据分组结果,选择相应的内固定系统进行安装固定,再测试各个方向上的刚度.结果 在原始状态及损伤状态下,各组之间的各向刚度差异无统计学意义(P＞0.05).各标本行固定后,各组之间在各个方向上的刚度差异均有统计学意义(P＜0.05).ATPSPS组的前屈刚度大于其他两组,各组间比较差异有统计学意义(P＜ 0.05).PTPSRS组的轴向压缩刚度和后伸刚度大于其他两组,各组间比较差异有统计学意义(P＜0.05).AVBSPS组的侧屈刚度小于其他两组,差异有统计学意义(P＜0.05),而其他两组差异无统计学意义(P＞0.05).结论 ATPSPS在各方向上的刚度均高于AVBSPS,前屈刚度大于PTPSRS,而轴向压缩刚度和后伸刚度不及PTPSRS,左右侧屈刚度则与PTPSRS相当.     

单侧半椎板及不同程度小关节切除术对羊颈椎生物力学的影响

目的:构建颈椎单侧半椎板以及不同程度小关节切除的动物模型,分析单侧半椎板以及不同程度小关节切除对颈椎生物力学的影响。方法:将20只实验羊随机分为A、B、C、D 4组,每组5只。A组为空白对照组,B组实施C4-C6右侧半椎板切除术,C组实施C4-C6 右侧半椎板+50%右侧C4-C5小关节切除术,D组实施C4-C6右侧半椎板+100%右侧C4-C5小关节切除术,各组常规饲养24周后处死并获得新鲜颈椎标本。比较术后24周生物力学改变:在脊柱三维运动试验机上,模拟生理活动状态对A、B、C和D组颈椎标本进行生物力学测定,并比较颈椎活动度差异。结果:(1)术后24周颈椎总活动度:D组在屈伸下的活动度(60.2° ±8.6°)显著大于A组(40.7°±6.4°)和B组(41.2°±13.1°);D组在侧弯状态下的活动度(81.5°±15.7°)显著大于A组(56.7°±12.2°)和B组(57.7°±12.8°);D组在旋转状态下的活动度(38.5°±17.5°)较A组(26.4°±9.9°)和B组(27.1°±10.9°)无明显增加;C组在屈伸状态的活动度(44.1°±11.7°)、侧弯状态下的活动度(73.6°±11.4°)及旋转状态下的活动度(31.3°±11.5°)较A组和B组无明显增加;(2)术后24周节段间活动度:D组在屈伸状态下的C4-C5活动度(20.3°±4.6°)显著大于A组(11.7°±3.4°)和B组(11.9°±2.1°),在侧弯状态下的C4-C5活动度(26.8°±3.5°)显著大于A组(15.2°±3.1°)和B组(16.2°±3.2°),在旋转状态下的C4-C5活动度(15.2°±3.5°)显著大于A组(6.6°±2.3°)和B组(7.1°±1.9°);C组在侧弯状态下的C4-C5活动度(21.2°±4.1°)显著大于A组和B组,在屈伸状态下的C4-C5活动度(15.7°±3.7°)及旋转状态下的C4-C5活动度(10.3°±3.1°)较A组和B组无明显增加。结论:单纯半椎板切除术不影响颈椎稳定性,半椎板合并50%同侧小关节切除不影响术后远期的颈椎稳定性,半椎板合并100%同侧小关节切除会明显降低术后远期在侧弯和屈伸下的颈椎稳定性。     

跟随载荷对颈椎前路钢板生物力学测试的影响

颈椎前路动态钢板相比刚性固定钢板在促进载荷分享及减少对临近节段的影响方面存在优势,但以往的生物力学研究没有观察跟随载荷的影响。本研究应用跟随载荷于单节段颈椎椎体次全切手术的生物力学测试,评估其对不同前路钢板生物力学性能的影响。15具新鲜冷冻人颈椎标本(C3~7)被随机平均分成刚性固定钢板组、平移动态钢板组、和旋转动态钢板组,在100 N跟随载荷及无跟随载荷下完成目标扭矩为2.0Nm的前屈、后伸、侧屈与轴向旋转测试。跟随载荷的应用与无压缩载荷相比减少了C4/6的ROM,增加了C3/4的ROM,增加了所有钢板前屈运动过程中的应力遮挡,但对平移钢板而言没有统计学意义。跟随载荷的应用相对增加了所有钢板的载荷遮挡与临近节段的运动,但同时增加了平移动态钢板相对其他钢板而言在载荷分享上的优势。     

CoflexTM和椎弓根钉棒系统联合应用对腰椎三维运动的影响

目的 探讨采用棘突间稳定装置Coflex TM和椎弓根钉棒内同定系统联合固定后对固定及邻近节段活动度的影响.方法 选取6具新鲜成人尸体脊柱标本(L1～S1段),在三维运动测试仪上进行前屈、后伸、左右侧弯和旋转6个运动方向的稳定性测试,计算L2/3,L3/4和L4/5 3个节段的三维运动范围(ROM)和中性区(NZ),分别比较完整标本(a)、L4/5节段坚强固定(b)、b+L3/4节段棘突间Coflex TM固定(c)3种状态下标本3个节段活动度.结果 L4/5节段6个方向上ROMb、ROMc0.05).结论 采用椎弓根钉坚强同定后其上一节段活动度明显增大,而采用棘突间稳定装置Coflex TM固定邻近节段后此节段活动度明显减少,仅仅造成更上的节段后伸时活动度增大.     

聚乙烯醇水凝胶髓核的生物力学特性

目的 对一种新型水凝胶人工髓核的生物力学特性进行研究,为将来临床开展人工髓核置换手术提供科学依据。方法 采用7具新鲜标本的L_(4-5)脊柱功能单元进行生物力学实验,在轴向压缩、前屈后伸和左右侧弯等运动工况下,观察正常椎间盘、髓核摘除以及人工髓核植入3种状态下椎间盘高度、应变和位移的变化。结果 与正常椎间盘相比较,髓核摘除后椎间盘的高度和刚度降低,应变和位移加大(P<0.05)。而人工髓核植入后各项指标恢复正常(P>0.05)。结论 这种新型水凝胶人工髓核置换可纠正髓核摘除后的生物力学紊乱,有望进行临床应用。     

Cervical myelopathy due to degenerative spondylolisthesis

Objective

To investigate clinical-radiological features of cervical myelopathy due to degenerative spondylolisthesis (DSL).

Methods

A total of 448 patients were operated for cervical myelopathy at Nishitaga National Hospital between 2000 and 2003. Of these patients, DSL at the symptomatic disc level was observed in 22 (4.9%) patients. Clinical features were investigated by medical records, and radiological features were investigated by radiographs.

Results

Disc levels of DSL were C3/4 in 6 cases and C4/5 in 16 cases. Distance of anterior slippage was 2 to 5 mm (average 2.9 mm) in flexion position. Space available for the spinal cord (SAC) was 11 to 15 mm (average 12.8 mm) in flexion position and 11 to 18 mm (average14.6 mm) in extension position; 11 cases were reducible and 11 cases were irreducible in extension position. Myelograms demonstrated compression of spinal cord by the ligamentum flavum in extension position. Compression of spinal cord was not demonstrated in flexion position. C5-7 lordosis angle was lower than control. C5-7 range of motion (ROM) was reduced compared to controls. These alterations were statistically significant.

Conclusions

DSL occurs in the mid-cervical spine. Lower cervical spine demonstrated restricted ROM and lower lordosis angle. Pathogenesis of cervical myelopathy due to DSL is compression of spinal cord by the ligamentum flavum in extension position and not by reduced SAC in flexion position.