建立人工腰椎间盘植入腰椎运动节段有限元模型及其应力分析

背景：目前临床所使用的人工椎间盘的结构、材料特性、生物学特性等与正常生理的椎间盘有着很大区别。目的：通过三维有限元的方法观察分析人工腰椎间盘在腰椎运动节段中的应力传导作用。设计：单一样本观察分析。单位：中山大学附属第三院骨科、附属第二医院骨科及南方医科大学生物力学实验室。对象：1例健康男性意外死亡的无任何脊柱疾患的脊柱标本及SB ChariteⅢ型人工椎间盘建立起脊柱运动节段的人工椎间盘植入有限元模型。方法：根据人工椎间盘的工业设计图，利用有限元软件MSC.MARK，建立人工腰椎间盘三维模型；取脊柱健康的腰椎运动节段尸体标本，用螺旋CT机对标本进行扫描，并把图像文件输入计算机保存，在ASC．MARK软件固有的三维坐标系中建立L4-5节段的几何模型。把L4-5运动节段模型中的椎间盘换成人工椎间盘，保持模型L5下终板固定，分别向标本施加4Nm的前屈、后伸、侧弯及扭转力矩，最后计算人工椎间盘代表结点的受力大小并记录应力的分布。主要观察指标：观察人工椎间盘前屈、后伸、压缩、侧屈、旋转运动状态的应力分布情况。结果：建立了符合临床实际的人工腰椎间盘植入腰椎运动节段的有限元模型。人工椎间盘的应力分布特点为：①在所有的运动状态中，滑动核及盖板的中心部位承受的应力最大，其次为滑动核在运动状态下偏向的部位。②滑动核及盖板上表面比各自的下表面承受其两三倍的应力。③所有的运动状态中，压缩状态下滑动核和盖板的中心部位承受的应力最大。结论：建立人工腰椎间盘植入腰椎运动节段有限元模型，在形态、大小及运动特点均与实际的人工椎间盘的结构特点相符，以此进行人工椎间盘应力分布的实验是可行的。     

植入人工腰椎间盘后小关节应力分布的有限元分析

背景目前所使用的人工椎间盘结构、材料特性及生物学特性等与正常生理的椎间盘有着很大区别,因此,人工椎间盘植入后相应脊柱节段的应力传导将发生一定的变化.目的通过三维有限元的方法研究正常椎间盘、髓核摘除、人工腰椎间盘三组小关节的应力分布,探讨人工腰椎间盘植入对小关节应力分布的影响.设计观察对比实验.单位中山大学附属第三医院骨科、附属第二医院骨科及南方医科大学生物力学实验室.对象以健康人意外死亡的无任何脊柱疾患的脊柱标本(家属志愿捐献)建立起脊柱运动节段的有关正常椎间盘、人工椎间盘、髓核摘除的三种三维有限元模型作为实验对象.方法利用有限元软件MSC.MARK,建立正常椎间盘模型,高度为10.00 mm,横截面积1 300.00 mm2,髓核横截面积495.80 mm2;髓核摘除模型,将髓核内压取值为零;人工腰椎间盘及L4-5运动节段的三维模型,小关节高度10.53mm,宽度13.37mm,关节面面积135.00mm2.然后模拟腰椎节段的运动,进行小关节应力分布的比较研究.主要观察指标上述三种椎间盘的运动节段模型在6种运动状态下小关节应力大小的比较.结果髓核摘除组小关节的上边缘部、后中部、下边缘部和前中部在前屈、后伸、压缩、侧屈、旋转状态应力最大,人工腰椎间盘组的小关节的应力比正常椎间盘高,但明显小于髓核摘除组,但正中部在旋转状态下,人工腰椎间盘小关节的中心部位承受的应力最大.结论人工腰椎间盘植入后与髓核摘除组相比可降低小关节的应力,但仍高于正常的腰椎间盘组;人工腰椎间盘组的抗旋转能力明显低于正常腰椎间盘组和髓核摘除术后组,由此可见,目前的人工腰椎间盘具有腰椎间盘大部分的力学功能,与真正的腰椎间盘仍有差别.     

植入人工腰椎间盘后小关节应力分布的有限元分析

背景：目前所使用的人工椎间盘结构、材料特性及生物学特性等与正常生理的椎间盘有着很大区别，因此，人工椎间盘植入后相应脊柱节段的应力传导将发生一定的变化。目的：通过三维有限元的方法研究正常椎间盘、髓核摘除、人工腰椎间盘三组小关节的应力分布，探讨人工腰椎间盘植入对小关节应力分布的影响。设计：观察对比实验。单位：中山大学附属第三医院骨科、附属第二医院骨科及南方医科大学生物力学实验室。对象：以健康人意外死亡的无任何脊柱疾患的脊柱标本（家属志愿捐献）建立起脊柱运动节段的有关正常椎间盘、人工椎间盘、髓核摘除的三种三维有限元模型作为实验对象。方法：利用有限元软件MSC．MARK，建立正常椎间盘模型，高度为10．00mm，横截面积1300．00mm^2髓核横截面积495．80mm^2；髓核摘除模型，将髓核内压取值为零；人工腰椎间盘及L4-5运动节段的三维模型，小关节高度10．53mm，宽度13．37mm，关节面面积135．00mm^2。然后模拟腰椎节段的运动，进行小关节应力分布的比较研究。主要观察指标：上述三种椎间盘的运动节段模型在6种运动状态下小关节应力大小的比较。结果：髓核摘除组小关节的上边缘部、后中部、下边缘部和前中部在前屈、后伸、压缩、侧屈、旋转状态应力最大，人工腰椎间盘组的小关节的应力比正常椎间盘高，但明显小于髓核摘除组，但正中部在旋转状态下，人工腰椎间盘小关节的中心部位承受的应力最大。结论：人工腰椎间盘植入后与髓核摘除组相比可降低小关节的应力，但仍高于正常的腰椎间盘组；人工腰椎间盘组的抗旋转能力明显低于正常腰椎间盘组和髓核摘除术后组，由此可见，目前的人工腰椎间盘具有腰椎间盘大部分的力学功能，与真正的腰椎间盘仍有差别。     

人工椎间盘置换对腰椎小关节应力影响的三维有限元分析

背景:近年来随着对脊柱生物力学研究的深入,人工椎间盘被认为是治疗腰椎退行性变较理想的方法,但目前对人工腰椎间盘的生物力学研究还非常有限.目的:建立腰椎运动节段人工椎间盘置换的三维有限元模型并进行生物力学分析,观察人工椎间盘置换对腰椎小关节应力的影响.方法:在已建立的正常腰椎运动节段三维有限元模型的基础上去除L4～5椎间盘、上下终板的有限元单元,加入SB-Chaite Ⅲ型人工椎间盘的有限元模型,保留L4～5椎间隙的纤维环及相关韧带,形成L4～5运动节段人工椎间盘置换的三维有限元模型.对三维有限元模型在垂直压缩、前屈、后伸、侧弯等不同载荷下进行生物力学分析,记录小关节的应力,并与正常运动节段三维有限元模型相应部位的应力进行对比.结果与结论:生物力学分析结果显示,人工椎间盘置换后:①垂直压缩时上下椎体、双侧小关节内应力与正常节段相比差异无显著性意义(P > 0.01).②前屈、后伸时上下椎体前、后方及双侧小关节内应力与正常节段相比差异无显著性意义(P > 0.01).③侧弯时上下椎体左右两侧及双侧小关节内应力与正常节段相比差异无显著性意义(P > 0.01).提示人工腰椎间盘置换后小关节应力可保持在正常运动节段的水平,人工腰椎间盘置换可以达到腰椎生物力学性能重建的目的.     

有限元法分析举重运动员预备提铃动作过程中腰椎节段的受力变化

背景:多年来,国内外学者对腰椎的生物力学特性进行了大量的研究,但是由于腰椎生理结构的复杂性以及研究手段的局限性,很多问题有待于进一步探索,特别是对举重运动员腰部损伤的防治是目前亟待解决的问题.目的:建立人体完整腰段脊柱三维有限元模型,分析举重运动员预备提铃动作时腰椎节段的受力特点.方法:引入"组装搭配式"思想,利用Dicom数据,建立人体脊柱腰椎节段(L1～5)完整的、真实的三维有限元模型.并模拟举重运动员预备提铃动作时,各椎体及椎间盘所受应力情况.结果与结论:举重运动员预备提铃动作时,各椎体应力分布在椎体前下方,此处应力水平明显高于其他部位,椎体后部结构中椎弓根处出现应力集中现象,应力也处于较高水平.椎间盘应力分布在纤维环的中部和前部,但是前部更为明显.此时,不同椎体、腰椎间盘所承受的应力不同,其应力表现为自上向下呈逐渐增大趋势.各椎体的应力值大于其下方椎间盘的应力值,各椎体应力值是其下方椎间盘的四五倍.证实实验所建腰椎节段三维有限元模型可以用于模拟脊柱腰椎节段的生物力学特性研究.     

腰椎间盘摘除三维有限元模型的生物力学分析

目的:建立腰椎运动节段椎间盘摘除的三维有限元模型,分析椎间盘摘除后腰椎生物力学的改变。方法:实验于2003-12/2004-08在中南大学湘雅医院骨科研究室完成。以1名健康男性志愿者作为模拟对象,对其脊柱T12～S1节段进行层厚2mm的连续扫描,共获得CT断层图像264幅,并对CT图像每隔15°进行三维重建。将CT扫描的腰椎图像结合人体解剖学数据通过3DSMAX软件建模形成正常中国男性L4～5运动节段的三维模型,用有限元分析软件转换成有限元模型。在此模型上去除L4～5椎间盘右后侧1/4的纤维环中部全层及约1/4的髓核,以模拟腰椎间盘摘除手术。分别在椎体、椎间盘及小关节选取节点进行计算。结果:①2000N垂直压缩载荷下椎间盘摘除后运动节段应力与正常运动节段的比较:与正常运动节段比较,垂直压缩时上下椎体、纤维环及髓核右后方压力均升高,其余部分压力降低;双侧小关节内压力升高(P均<0.01)。②10N·m前屈载荷下椎间盘摘除后运动节段应力与正常运动节段的比较:与正常运动节段比较,前屈时上下椎体、髓核左前方压力均升高;纤维环前方压力、后方张力均升高;双侧小关节内压力降低(P均<0.01)。③10N·m后伸载荷下椎间盘摘除后运动节段应力与正常运动节段的比较:与正常运动节段比较,后伸时上下椎体、纤维环前方张力、后方压力均升高;髓核前方压力降低,后方压力升高;双侧小关节内压力升高(P均<0.01)。④10N·m侧弯载荷下椎间盘摘除后运动节段应力与正常运动节段的比较:与正常运动节段比较,侧弯时上下椎体、纤维环、髓核右侧压力均升高,左侧压力降低;右侧小关节内压力升高,左侧小关节承受的张力改变为压力(P均<0.01)。结论:成功建立了L4～5腰椎运动节段椎间盘摘除的新型三维有限元模型,应力分析证实腰椎间盘摘除改变了腰椎运动节段正常的承载方式,小关节等部位存在较高的应力,提示这可能是术后邻近部位发生继发性退行性变的原因。     

人工腰椎间盘置换的有限元模型研究

背景人工腰椎间盘置换是治疗腰椎间盘突出症的新方法,其理论依据需进一步验证.目的建立腰椎运动节段人工椎间盘置换的有限元模型,用于进一步的生物力学研究.设计以脊柱L4～5节段三维模型的相关数据为研究对象的单一样本研究.单位一所大学医院的骨科.对象实验于2003-12/2004-08在中南大学湘雅医院骨科研究室完成.选择1名健康男性志愿者作为模拟对象,对其脊柱T12～S1节段进行层厚2 mm的连续扫描,共获得CT断层图像264幅,并对CT图像每隔15°进行三维重建,获取用于建立三维模型的相关数据.方法将CT扫描的腰椎图像结合人体解剖学数据通过3DSMAX软件建模形成正常中国男性L4～5运动节段的三维模型,结合SB-ChaiteⅢ型人工椎间盘的三维模型,用有限元分析软件SAP2000转换成有限元模型.主要结局观察成功建立了腰椎运动节段的三维模型和有限元模型.结果建立了腰椎L4～5节段SB-ChaiteⅢ型人工椎间盘置换的有限元模型,模型总节点数为2542个,包括1924个Solid单元,592个Area单元,50个Link单元.结论通过CT断层扫描、图像数字化处理及计算机辅助设计等方法,可以建立腰椎人工椎间盘置换的有限元模型,用于脊柱生物力学的进一步研究.     

人工腰椎间盘置换的有限元模型研究

背景:人工腰椎间盘置换是治疗腰椎间盘突出症的新方法,其理论依据需进一步验证.目的:建立腰椎运动节段人工椎间盘置换的有限元模型,用于进一步的生物力学研究.设计:以脊柱L4～5节段三维模型的相关数据为研究对象的单一样本研究.单位:一所大学医院的骨科.对象:实验于2003-12/2004-08在中南大学湘雅医院骨科研究室完成.选择1名健康男性志愿者作为模拟对象,对其脊柱T12～S1节段进行层厚2 mm的连续扫描,共获得CT断层图像264幅,并对CT图像每隔15&;#176;进行三维重建,获取用于建立三维模型的相关数据.方法:将CT扫描的腰椎图像结合人体解剖学数据通过3DSMAX软件建模形成正常中国男性L4～5运动节段的三维模型,结合SB-ChaiteⅢ型人工椎间盘的三维模型,用有限元分析软件SAP2000转换成有限元模型.主要结局观察:成功建立了腰椎运动节段的三维模型和有限元模型.结果:建立了腰椎L4～5节段SB-ChaiteⅢ型人工椎间盘置换的有限元模型,模型总节点数为2542个,包括1924个Solid单元,592个Area单元,50个Link单元.结论:通过CT断层扫描、图像数字化处理及计算机辅助设计等方法,可以建立腰椎人工椎间盘置换的有限元模型,用于脊柱生物力学的进一步研究.     

腰椎间盘摘除三维有限元模型的生物力学分析

目的：建立腰椎运动节段椎间盘摘除的三维有限元模型，分析椎间盘摘除后腰椎生物力学的改变。 方法：实验于2003-12／2004-08在中南大学湘雅医院骨科研究室完成。以1名健康男性志愿者作为模拟对象，对其脊柱T12～S1节段进行层厚2mm的连续扫描，共获得CT断层图像264幅，并对CT图像每隔15&;#176;进行三维重建。将CT扫描的腰椎图像结合人体解剖学数据通过3DSMAX软件建模形成正常中国男性k运动节段的三维模型，用有限元分析软件转换成有限元模型。在此模型上去除L4-5椎间盘右后侧1／4的纤维环中部全层及约1／4的髓核，以模拟腰椎间盘摘除手术。分别在椎体、椎间盘及小关节选取节点进行计算。 结果：①2000N垂直压缩载荷下椎间盘摘除后运动节段应力与正常运动节段的比较：与正常运动节段比较，垂直压缩时上下椎体、纤维环及髓核右后方压力均升高；其余部分压力降低；双侧小关节内压力升高（P均〈0．01）。②10N&;#183;m前屈载荷下椎间盘摘除后运动节段应力与正常运动节段的比较：与正常运动节段比较，前屈时上下椎体、髓核左前方压力均升高；纤维环前方压力、后方张力均升高；双侧小关节内压力降低（P均〈0．01）。③10N&;#183;m后伸载荷下椎间盘摘除后运动节段应力与正常运动节段的比较：与正常运动节段比较，后伸时上下椎体、纤维环前方张力、后方压力均升高；髓核前方压力降低，后方压力升高；双侧小关节内压力升高（P均〈O．01）。④10N&;#183;m侧弯载荷下椎间盘摘除后运动节段应力与正常运动节段的比较：与正常运动节段比较，侧弯时上下椎体、纤维环、髓核右侧压力均升高，左侧压力降低；右侧小关节内压力升高，左侧小关节承受的张力改变为压力（P均〈0．01）。 结论：成功建立了L4-5腰椎运动节段椎间盘摘除的新型三维有限元模型，应力分析证实腰椎间盘摘除改变了腰椎运动节段正常的承载方式，小关节等部位存在较高的应力，提示这可能是术后邻近部位发生继发性退行性变的原因。     

人工腰椎间盘置换的有限元模型

背景:国内外已有学者将有限元分析用于脊柱的生物力学模拟,但对人工帷间盘置换前后腰椎生物力学系统的有限元模拟报道较少.目的:实验建立腰椎运动节段SB-Chaite Ⅲ型人工椎间盘置换的新型三维有限元模型,并在此基础上进行有限元分析.设计、时间及地点:观察性实验于2003-12/2004-08在中南大学湘雅医院骨科研究室完成.对象:选择1名健康成年男性志愿者作为模拟对象,对脊柱T12～S1节段进行层厚2 mm的连续扫描,共获得CT断层图像264幅,并对CT图像每隔15.进行三维重建,获取用于建立三维模型的相关数据.方法:将CT扫描的腰椎图像结合人体解剖学数据通过3DSMAX软件建模形成正常中国男性L4～5运动节段的三维模型.主要观察指标:结合SB-Chaite Ⅲ型人工椎间盘的三维模型,用有限元分析软件SAP2000转换成有限元模型.结果:成功建立了腰椎运动节段的三维模型和有限元模型.L4～5节段SB-Chaite Ⅲ型人工椎间盘置换的有限元模型总节点数为2542个,包括1924个Solid单元,592个Area单元,50个Link单元.结论:通过CT断层扫描、图像数字化处理及计算机辅助设计等方法,可以建立腰椎人工椎间盘置换的有限元模型.     

人工椎间盘置换术后脊柱节段运动范围及有关参数变化的相关评价

背景由于生理老化和病理损害,常导致椎间盘破坏,而椎间盘是脊柱运动功能单位中最关键的结构,其破坏后不但可引起椎间盘退变性疾病,还将引起脊柱的生物力学紊乱,因此最好是重建椎间盘,即可治疗椎间盘疾病,又能部分恢复椎间盘的功能.目的探讨人工腰椎间盘置换术后腰椎间盘退变性疾病患者相应脊柱节段的运动范围及有关解剖参数的变化.设计前后对照研究.单位中山大学附属第三医院骨科、附属第二医院骨科.对象1999-02/2002-06中山大学附属二院确诊为腰椎间盘退变性疾病患者34例,41个椎间盘进行了人工椎间盘置换,术后均按要求完成了研究全过程.方法所有的患者均在气管内麻醉下行腹直肌旁切口经腹膜外入路进行人工腰椎间盘置换术,采用德国Link公司生产的SB ChariteⅢ型人工腰椎间盘,并进行相关评价.主要结局观察①患者术后的脊柱运动节段的稳定性、椎间关节的活动范围、椎间隙高度及椎间孔面积的变化.②术后的临床效果.结果单节段置换L3-4 2例,L4-5 18例,L5S1 7例;双节段置换L3～4和L4-51例,L4-5合并L5S1 6例.所有患者均进行了随访,时间3～38个月,平均随访时间18.6个月,总优良率90%.腰椎间盘突出伴腰椎不稳4例,术后腰椎动力位摄片证实手术节段椎体间无异常位移,重建了腰椎的稳定性.其余的手术节段未见不稳现象.手术后L4-5椎间的屈伸范围与对照组比较,差异无显著性意义(P＞0.05).仅对施行椎间盘置换的L4-5节段伴椎间隙Ⅰ～Ⅱ°狭窄的15例进行了测量,证明手术前后椎间盘高度和椎间孔面积差异有显著性意义(t=2.547,2.634,P＜0.05).结论对腰椎间盘源性疾病进行人工间盘置换,除能恢复腰椎节段的运动功能外,还可以重建椎间隙高度,扩大椎间孔面积,加大脊柱节段的运动范围.     

腰椎运动节段终板凹陷角变化的有限元分析

背景：终板的组织形态改变可通过影响对椎间盘的营养传递最终导致椎间盘的退变。 目的：观察终板凹陷程度变化对腰椎运动节段牛物力学的影响。 设计、时间及地点：有限元模型生物力学分析。于2005—01／200701在浙江大学医学院附属第二医院骨科生物力学实验室完成。 材料：德国西门子SOMATOM SENSATION 16螺旋CT机。ANSYS有限元分析软件（Inc．Pennsylvania．USA）。 方法：在以往建直的腰椎L4～5运动节段三维非线性有限元模型基础上，采用CAD方法精确构建大、中、小3种不同终板凹陷角的有限元模型，有限元模型的椎间盘前凸角、小关节间隙等其余形态学参数及网格划分均保持一致。垂直压缩、屈曲、伸直、前后剪力5种载荷条件下，分别对3种有限元模型生物力学参数进行测试。 主要观察指标：终板椎间盘界面应变、椎间盘刚度、髓核内压、椎间盘膨出、纤维环纤维张应力、纤维环基质应力、腰椎后部结构应力以及关节突接触力。 结果：负载条件下，终板凹陷角增加、终板凹陷程度减小可导致终板-椎间盘界面应变减小，椎间盘刚度及髓核内压增加，椎间盘膨出、纤维环纤维张应力、纤维环基质应力、腰椎后部结构应力以及关节突接触力减小。 结论：终板凹陷程度的减小增强了椎间盘对椎体的保护作用；同时可通过影响终板的形变减少对椎间盘的营养传递。     

腰椎牵引三维有限元模型分析

目的 :研究腰椎牵引条件下三维有限元分析。方法 :使用Abaqus 6 .1有限元软件建立有限元模型。平卧位腰椎的轴向荷载为 1 50N ,垂直位轴向荷载为 40 0N。牵引力作用于腰椎设定为 40 0N。结果 :牵引下髓核内压力下降 ;牵引下可将垂直位小关节应力解除 ;牵引下纤维环应力增加 ;椎间盘后外侧边缘和中点均有位移。结论 :三维有限元分析可以用于研究腰椎牵引的研究 ,以验证生物力学的研究结果并弥补其不足     

腰椎斜扳手法时椎间盘的有限元分析

背景:利用计算机技术和有限元法分析法研究中医传统的脊柱推拿手法,来解释手法的作用机制、适应证和禁忌证,可为临床上常用的腰椎斜扳手法提供了客观的、科学的理论依据。目的:应用有限元法了解进行斜扳手法时腰椎间盘的内在应力及位移分布的特点。方法:使用正常腰椎CT片,以Mimics软件系统逐层重建,建立L4～5三维有限元模型。根据手法原理,将腰椎斜扳手法进行分解,把各项力学参数代入三维有限元模型进行计算分析。即时显示手法作用时腰椎间盘的位移和内在应力的变化。结果与结论:椎间盘的应力远小于后部结构;从椎间盘中心到右侧有一个向后的扭转矢量,使椎间盘产生变形。结果证明腰椎斜扳手法对椎间盘是安全的,并且在椎间盘突出的对侧进行手法操作更为合理;腰椎椎管狭窄的患者不宜使用腰椎斜扳手法。     

腰椎单节段术后失稳三维有限元模型的建立

目的建立腰椎L4-5单节段退变模型,模拟腰椎后路椎板减压术(后部结构分级切除)建立术后不同程度失稳有限元模型,为进一步开展腰椎失稳的生物力学研究奠定基础。方法利用交互式医学图像控制系统MIMICS软件对健康志愿者腰椎的薄扫CT图像进行预处理,建立L4-5节段完整三维模型,并进行面网格化,在此基础上模拟手术分级切除L4-5椎体后部结构,进一步建立L4-5节段术后不同程度的失稳模型,再将面网格化的三维模型导入ABAQUS软件进行体网格化,并定义材料及截面属性、定义韧带及其属性、定义椎体间以及椎体与椎间盘相互作用,并加载载荷进行计算。结果成功建立了腰椎单节段后路椎板减压术术后不同程度失稳的三维有限元模型,几何相似性好,经验证模型有效,计算可收敛。结论腰椎单节段术后失稳三维有限元模型具有良好的生物逼真度,适用于临床科研分析,为进一步生物力学研究奠定了良好的模型基础。     

矢向轴动态椎弓根钉棒系统固定腰椎失稳有限元分析

[目的]利用有限元方法对矢向轴动态椎弓根钉棒内固定系统固定腰椎失稳模型的生物力学特性进行评价,为此动态内固定系统临床应用提供生物力学基础和理论依据.[方法]采用预先获取的健康成年中国男性志愿者的腰椎CT数据建立腰椎正常模型及L4,5失稳模型.根据矢向轴动态椎弓根钉棒系统和坚强椎弓根钉棒系统的材料参数计算和构建有限元模型,并将其导入已通过验证的腰椎失稳模型,分别构建L4,5单节段动态固定模型和坚强固定模型.约束L5椎体下终板,在轴向500N载荷和10N·m力矩下分别模拟人体腰椎正常生理轴向载荷、前屈、后伸、侧弯和旋转五种工况,分别记录4种模型轴向载荷工况下L4,5轴向位移及后四种工况下L4,5固定节段及L3,4邻近节段活动度、椎间盘应力、邻近节段小关节的应力和器械应力,并进行分析比较.[结果]矢向轴动态椎弓根钉棒系统固定失稳腰椎可让固定节段椎间关节留有大于坚强固定组、小于完整脊柱组运动范围的适当活动度,对邻近节段腰椎活动度的影响也小于坚强固定组,同时固定节段椎间盘应力较坚强固定组大,器械应力却小于坚强椎弓根钉棒系统,邻近节段腰椎间盘及椎间小关节应力也小于坚强固定组.[结论]应用矢向轴动态椎弓根钉棒系统固定失稳腰椎,既保留了腰椎固定节段适当活动性,又能提供即刻的稳定性;同时该系统与脊柱合力承担载荷,能有效避免因术后应力遮挡及器械应力集中引起的内固定失效等并发症;它也能降低邻近节段椎间盘及椎间关节的应力,对邻近节段腰椎活动度影响也较坚强固定小,理论上有利于减少和预防邻近节段退变.     

腰椎斜扳手法时椎间盘的有限元分析

背景：利用计算机技术和有限元法分析法研究中医传统的脊柱推拿手法,来解释下法的作用机制、适应证和禁忌证,可为临床上常用的腰椎斜扳手法提供了客观的、科学的理论依据。目的：应用有限元法了解进行斜扳手法时腰椎间盘的内在应力及位移分布的特点。方法：使用正常腰椎CT片,以Mimics软件系统逐层重建,建立L4-5三维有限元模型。根据手法原理,将腰椎斜扳手法进行分解,把各项力学参数代入三维有限元模型进行计算分析。即时显示手法作用时腰椎间盘的位移和内在应力的变化。结果与结论：椎间盘的应力远小于后部结构;从椎间盘中心到右侧有一个向后的扭转矢量,使椎间盘产生变形。结果证明腰椎斜扳手法对椎间盘是安全的,并且在椎间盘突出的对侧进行手法操作更为合理;腰椎椎管狭窄的患者不宜使用腰椎斜扳手法。     

Biomechanical responses of the intervertebral joints to static and vibrational loading: a finite element study

OBJECTIVE: This study was performed to investigate the time-dependent responses of the intervertebral joint to static and vibrational loads. DESIGN: A poroelastic finite element model was established to analyse the fluid flow, stress distribution and deformation of the intervertebral disc. BACKGROUND: Long-term exposure to whole body vibration is highly associated with disc degeneration and low back pain. It is hypothesized that moderate vibrational loading may increase the efficiency of fluid and nutritional transport of the intervertebral disc while prolonged static and excessive vibrational loading may have deleterious effect. METHODS: A three-dimensional finite element model was established using the actual geometry of the L4-L5 lumber motion segment. Nonlinear poroelastic properties were assigned to the intervertebral disc and cancellous bone. Static and vibrational loads were applied and the responses of fluid flow and stress distributions were analysed. RESULTS: The finite element model showed that the loads carried by the annulus and the facets increased with time under static loading. The fluid flow and deformation of the intervertebral disc were dependent on the loading frequency. CONCLUSION: Vibration loading may be able to enhance disc fluid exchange via the fluid pumping mechanism. RELEVANCE: The predicted responses implied that vibrational motion may be important in facilitating fluid and metabolic transport of the intervertebral disc.