腰椎小关节的生物力学研究：三维有限元分析

作者对于腰椎小关节进行了三维有限元分析。结果表明,腰椎小关节在直立位、前屈位和后伸位时,均出现明显的应力集中。而腰椎间盘退变时,其应力水平又较正常时升高。作者认为,腰椎小关节过载可能是引起腰背疼痛的原因之一。腰椎间盘退变可使小关节承载加大。引起小关节的一系列病理变化,进而导致神经根管狭窄及神经根卡压。     

腰椎小关节退变的相关因素及生物力学特点

文题释义：腰椎小关节：为相近节段腰椎上位椎体的下关节突与下位椎体的上关节突组成的腰椎后外侧关节,将一个腰椎的椎弓与相邻腰椎的椎弓相连,在腰椎运动中占据着重要的地位。 生物力学：是应用力学原理和方法对生物体中的力学问题定量研究的生物物理学分支,研究范围从生物整体到系统组织,其研究重点是与生理学、医学有关的力学问题。 背景：腰椎小关节退变近年来成为学者们研究的重点,认识腰椎小关节退变的危险因素对于预防以及减少脊柱损害具有关键性作用,并且了解其解剖结构对于治疗脊柱相关疾病及手术实施有着重要的指导意义。 目的：简述腰椎小关节解剖学、组织学特性,总结能够引起腰椎小关节退变的相关危险因素。 方法：利用计算机检索CNKI、万方、维普、PubMed、Elsevier和Web of Science数据库2018年3月至2019年9月有关腰椎小关节退变的文章,检索词为“腰椎小关节,关节囊,关节面方向,神经支配,骨性关节炎,生物力学,下腰痛,椎间盘退变,腰椎滑脱,腰椎退行性脊柱侧弯,lumbar facet joint,joint capsule,articular direction,eneurosis,osteoarthritis,biomechanics,low back pain,intervertebral disc degeneration,umbar spondylolisthesis,lumbar degenerative scoliosis”。查阅相关文章,包括综述、基础研究及临床研究,通过阅读标题及摘要进行初步筛选,排除与主题相关度低的文献,最终共纳入60篇文献进行结果分析。 结果与结论：①腰椎小关节退变的主要危险因素包括年龄、性别、异常应力、关节面方向、关节不对称性、腰椎节段和椎间盘退变;②关节退变后会导致下腰痛、椎间盘退变、腰椎滑脱、退行性脊柱侧弯等临床疾病的发生和发展,严重影响患者的日常生活和工作,降低生活质量。因此,腰椎小关节在脊柱相关疾病的治疗中不应该被忽视。 ORCID: 0000-0002-5700-8674(文王强) 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     

椎间盘高度降低及退变对腰椎生物力学影响的有限元分析

目的：分析椎间盘高度降低及退变对腰椎活动节段生物力学的影响。方法：首先采用一种新型CAD方法精确构建腰椎L4-5，活动节段正常高度椎间盘（NHD）、单纯高度降低椎间盘（PHDD）、椎间盘高度降低合并严重退变（DHDD）三种有限元模型。垂直压缩载荷下，分别对3种有限元模型的生物力学参数进行测试。结果：椎间盘高度降低及退变对腰椎活动节段轴向移位、后外侧椎间盘膨出、纤维环纤维应力最大值有明显的影响，DHDD模型的椎体一终板界面应力分布与NHD和PHDD模型明显不同。结论：高度降低后椎间盘刚度明显增加，DHDD最不易发生内层纤维环纤维破裂，关节突关节间隙与轴向移位比值是决定椎间盘承载力大小的关键因素，退变椎间盘对压缩应力有明显分散传递作用。     

小关节角矢状化、椎间盘退变对退变性腰椎滑移作用的有限元研究

目的探讨小关节矢状化与椎间盘退变间的关系及其对退变性腰椎滑移的作用和意义。方法采用一种新型CAD方法精确构建65°小关节角、45°小关节角、25°小关节角与正常椎间盘、轻度退变椎间盘、重度退变椎间盘相组配的9种腰椎L4-L5活动节段有限元模型。生理压缩载荷下,分别对9种有限元模型的生物力学参数进行测试。结果与小关节角45°和25°有限元模型相比,小关节角65°有限元模型的矢状方向椎体前移位增加,关节突、峡部等效应力和关节突水平方向接触力明显增加;小关节角65°有限元模型的终板膨出减小,纤维环基质应力增加。与正常有限元模型相比,椎间盘轻度退变有限元模型刚度下降,小关节突及峡部应力轻度增加。9种有限元模型中,轻度退变椎间盘结合小关节角65°有限元模型的抗前剪力能力最差。结论小关节角矢状化既是退变性腰椎滑移的原发诱因,又是局部应力变化导致关节突再塑形的继发病理改变,矢状型小关节腰椎活动节段矢状方向内在不稳定性受椎间盘退变程度的影响,椎间盘退变对小关节角矢状化无明显促进作用。     

腰椎柔韧性及关节突关节退变程度对腰椎植入物内固定效果的影响☆

背景：许多腰椎退行性疾病患者内固定后影像学显示获得了充分的神经减压和良好的内固定植骨融合,却残留或出现顽固下腰痛,疗效并不满意,因此可能还存在许多其他因素影响着疗效。 目的：分析腰椎柔韧性及关节突关节退变程度对腰椎植入物内固定疗效的影响。 方法：随访120例行腰4,5单节段内固定患者,内固定前测量前屈、后伸位腰椎前凸角度的变化作为腰椎柔韧性指标,测量腰3,4关节突关节角,并进行退变程度分级,内固定前和内固定后1年对患者进行Oswestry评分,计算改善率。分析腰椎柔韧性及关节突关节退变对内固定后症状改善率的影响。 结果与结论：腰椎柔韧性与内固定后症状改善率呈正相关。关节突关节退变严重组症状改善率差,关节突关节角不对称组症状改善率较差。因此腰椎柔韧性、关节突关节角对称性和关节突关节退变程度是影响腰椎内固定后疗效的重要因素。     

腰椎关节突关节形态变化及其对腰椎退行滑脱的影响

目的：研究腰椎关节突关节形态变化及其对腰椎退行性变滑脱的影响。方法：随机抽取42例腰椎退行性变滑脱(LDS)、52例腰椎间盘突出症(LDH)的病人的X光、CT进行测量其椎间盘的高度比、关节突关节的角度以及关节突关节的横径数据进行统计处理与分析。结果：与LDH组相比，LDS组的关节突关节角偏矢状角，其椎间盘的高度比以及关节突关节的横径均较少。结论：腰椎关节突关节宽基部横径越小，该关节角度越趋于矢状位，腰椎滑移几率越高。     

机械应力异常与关节软骨退变

虽然关节软骨在组成及形态结构上有良好的力学适应性，但超生理限度的异常机械应力仍可导致关节软骨形态及功能异常，诱发关节软骨退变，异常机械应力的作用机理尚不清楚，细胞微环境改变，自身免疫反应等作用可能参与也软骨退变的病程。     

腰椎小关节的生物力学

腰椎小关节是腰椎运动节段的重要组成部分，能控制腰椎运动节段的活动，承载施加于腰椎上的负荷，与椎间盘，韧带，包括关节囊一起维持腰椎的稳定性。同体内其他关节一样，当腰椎小关节承受异常的活动或应力时，易发生退行性变或发生小关节骨关节炎。Goldthnait于1911年首次提出腰椎小关节退变可引起腰背痛的假设。Ghormley于1933年提出了小关节综合征这一概念，并延用至今。现在，越来越多的研究表明腰椎小关节的迫性性变是引起腰椎不稳定和下腰痛的重要原因[1,2,3]，有学者估计15％到40％的慢性下腰痛同小关节有关[4]，因此腰椎小关节的…     

腰椎关节突关节结构异常与腰椎间盘突出北大核心

背景:腰椎关节突关节结构异常(方向及不对称)对腰椎间盘突出的影响作用是目前的研究热点。目的:综述腰椎关节突关节方向及不对称对腰椎间盘突出影响作用的相关研究,并阐明该研究领域仍然存在的问题。方法:以"腰椎关节突关节,腰椎间盘突出,关节突关节方向与不对称;lumbar facet joints,lumbar disc herniation,facet orientation and tropism"为检索词,应用计算机分别检索1967年1月至2017年1月发表与腰椎关节突关节异常对腰椎间盘突出影响作用的相关文章。根据入选标准及排除标准摘选42篇进行综述。结果与结论:(1)腰椎关节突关节的方向与不对称是否与腰椎间盘突出有关目前尚无定论,腰椎间盘突出方向是否朝向不对称关节突中的特定一侧也没有定论;(2)造成该领域研究无法得出确定结论的主要原因在于:"正常对照组"设计欠合理,缺乏正常人群腰椎关节突关节角参数;研究对象的年龄跨度太大,导致退变引起的角度改变掺杂进数据统计;腰椎关节突关节不对称的衡量标准仍不统一。     

腰椎小关节不对称与椎间盘及小关节退变的关系

背景：腰椎小关节不对称与椎间盘退变程度之间的关系一直存在争议,并且国内在下腰痛患者中对小关节不对称与小关节退变程度之间关系的研究较少。 目的：调查分析腰椎小关节不对称在腰椎间盘退变与小关节退变过程中的作用。 方法：测量312例下腰痛患者共936个脊柱功能单位的小关节角度差值,差值<7°定义为小关节对称,差值≥7°定义为小关节不对称。对936个脊柱节段的椎间盘退变程度及小关节退变程度进行分级。 结果与结论：①小关节是否对称在年龄及性别上差异无显著性(P > 0.05)。②小关节不对称与椎间盘退变程度之间无显著关联(P > 0.05)。③在L4~L5节段小关节不对称组比小关节对称组的小关节退变程度更重(P < 0.01)。提示小关节不对称与椎间盘退变无明显影响,但在腰椎活动度最大的L4~L5节段,小关节不对称可能会引起小关节的退变。     

颈椎关节突关节矢状位角的不对称性和关节突关节退变关系的影像学研究

目的 探讨颈椎关节突关节矢状位角的不对称性和关节突关节退变的关系。 方法 利用4度评估法,3位测评者对20具新鲜尸体颈椎标本的轴向位CT图像上C3/4 ~ C6/7节段共160个关节突关节矢状位角和退变程度进行单盲随机测评,并统计分析。 结果 20具颈椎标本在不同节段间的关节突关节矢状位不对称角度无显著性差异（F＝0.55,P＝0.65）,关节突关节退变程度也无显著性差异（左侧：Z＝3,P＝0.646;右侧：Z＝3,P＝0.376）,但C3/4和C4/5的关节突关节矢状位角的不对称程度与同节段关节突关节退变的程度之间有显著的差异性（C3/4：Z＝8.567,P＝0.014;C4/5：Z＝2.000,P＝0.025）。 结论 关节突关节矢状位角的不对称性可能和关节突关节的退变有关。     

腰痛患者腰椎小关节退变与椎间盘退变的MRI比较

背景：研究脊柱退变的过程时发现椎间盘与小关节相互关联同时也相互影响,并将影响脊柱的正常功能及稳定,从而引起腰痛,而关于椎间盘和小关节的退变顺序一直存在争议。 目的：分析腰痛患者中腰椎小关节退变与椎间盘退变之间的关系。 方法：回顾性分析186例腰痛患者的腰椎MRI,对每例患者的L2-S1四个运动节段的小关节及椎间盘的退变进行评估。按年龄将入选人群分为3组(< 40岁,40-60岁,>60岁)。 结果与结论：腰椎小关节及椎间盘退变比率均随年龄增长而增加,二者退变均在L4-5、L5-S1节段退变最明显。在小关节与椎间盘的退变比率比较中,在各年龄段的各节段中椎间盘退变比率均大于小关节退变比率,除了年龄< 40岁及40-60岁的抽样人群中L2-3小关节退变多于椎间盘退变,但差异无显著性意义(P > 0.05)。腰椎小关节退变与椎间盘退变之间的相关性呈弱相关(χ2=100.9,P < 0.001,gamma=0.22 )。结果提示椎间盘退变与小关节退变均随年龄增长而增加,二种退变间呈弱相关,而二者在腰椎退变中的退变顺序仍不明确,需进一步研究。 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     

Normal variations of the lumbar facet joint capsules

The anatomy and variations of the lumbar facet joint capsules have not been described in detail. Fifty lumbar cadaver facet joints were studied with cryomicrotomy. The axial sections were analyzed to describe the normal appearance of the facet joint capsule. In the majority of cases the facet joint capsule extended beyond the confines of the borders of the facet joint proper. The most common patterns were extensions along the inferior articular process near the dorsal or along the inferior or superior articular process in the ventral aspect of the joint. The study extends previous anatomic studies on the facet joint capsule.     

腰椎小关节穿刺的应用解剖

目的:研究腰椎小关节穿刺的解剖入路,供临床参考应用。方法:采用新鲜成人脊柱腰段标本35(男22、女13)例,通过横断断层解剖学方法,从横断面上对L1～2～L5～S1腰椎小关节的类型、关节角、上下关节突间距以及关节面的形态等进行观测。结果:①关节类型L1～2～L5～S1主要为上凹面型(82.6%)和平面型(17.4%),其中L5～S1有51.4%为上凹面型,48.6%为平面型;②关节角从L1～2至L5～S1腰椎关节突关节角逐渐增大,分别为26°、30°、35°、40°、45(°女性平均略大3°～5°);③关节的位置在后正中线外侧,相应的上、下腰椎棘突后缘中点之间,与后正中线的距离由上到下逐渐增加,分别为14.20、15.74、18.90、24.22、27.20mm;④穿刺要经过皮肤、浅筋膜、胸腰筋膜后层、竖脊肌、关节囊后壁。结论:腰椎小关节穿刺应根据关节的类型、关节角大小选择相应腰椎间隙中点的外14.20～27.20mm(平均20.05mm)处进行。     

Mimics软件模拟置钉在腰椎关节突重度退变椎弓根螺钉内固定中的应用

背景：目前腰椎椎弓根螺钉置入为脊柱外科非常成熟的一项技术,临床上有多种术中确定进钉点、进钉方向的方法。但腰椎关节突重度退变患者由于手术区域骨赘增生严重,顺利准确置钉有一定难度。 目的：观察腰椎关节突关节重度退变患者修复术前应用Mimics软件模拟置钉对椎弓根螺钉置入内固定效果的影响。 方法：将78例需要行腰椎椎弓根螺钉置入单节段内固定且治疗前CT、MR评估为腰椎关节突重度退变的患者纳入研究,随机分为两组,模拟置钉组39例,对照组39例,两组共置入312枚椎弓根螺钉。模拟置钉组术前对需要置钉的椎体使用Mimics软件行3D重建,并在拟置钉椎体模拟椎弓根螺钉,在3D影像上观察椎弓根螺钉进钉点与周围骨性标志的关系并测量进钉的角度和深度,术中参考观察和测量的结果进行椎弓根螺钉置入。对照组采用传统方式置入椎弓根螺钉。治疗后均行X射线、CT检查对椎弓根螺钉置入准确性进行评估。 结果与结论：模拟置钉组置入椎弓根螺钉后均未发生相关并发症,置钉后复查156枚螺钉中153枚位于椎弓根内,置钉正确率显著高于对照组(98.1%,88.5%,χ²=11.49,P < 0.05)。且模拟置钉组手术时间、出血量及患者放射线暴露时间少于对照组,差异均有显著性意义(P < 0.05)。提示需要行腰椎椎弓根螺钉置入内固定的患者中,腰椎关节突关节退变占相当大的比例,而关节突的退变使进钉点解剖标志难以辨别,给螺钉置入带来很大的难度。Mimics软件模拟置钉可辅助腰椎关节突重度退变患者修复术中椎弓根螺钉的正确置入,降低相关并发症,减少手术时间及出血量,减少患者放射线暴露时间。 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;组织工程全文链接：     

椎间盘不对称切除对小关节压力及腰椎稳定性的影响

目的探讨腰椎间盘不对称切除对小关节压力及腰椎稳定性的影响。方法采用7具人体脊柱标本(L2~3),制备完整椎间盘组、1/4椎间盘切除组、1/2椎间盘切除组,对标本施加7.5 N·m的屈伸、侧弯和轴向旋转方向的纯力偶矩,记录腰椎运动范围(range of motion,ROM)和小关节压力。结果后伸方向,1/4椎间盘切除状态下非切除侧小关节压力显著性增大;侧弯方向,1/2椎间盘切除状态下的两侧小关节压力均有显著性增大;轴向旋转方向,1/2椎间盘切除状态下仅切除侧小关节压力显著性增大。1/4椎间盘切除、1/2椎间盘切除状态下的ROM均大于完整椎间盘,但前屈方向各组间ROM无差别,各组间侧弯和轴向旋转的ROM在左、右侧无差别。结论腰椎间盘不对称切除导致腰椎除前屈方向外稳定性下降和小关节压力不对称性增大,提示腰椎间盘不对称退变引起腰椎不稳和小关节压力增大可产生腰痛。     

人工腰椎间盘植入后小关节应力分布的比较研究

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小关节应力分布的影响.方法:利用有限元软件MSC.MARK,建立正常椎间盘、髓核摘除、人工腰椎间盘及L4～5运动节段的三维模型,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.结果:在各种运动状态下髓核摘除组小关节的应力最大,人工腰椎间盘组的小关节应力比正常椎间盘高,但明显小于髓核摘除组,但在旋转状态下,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.