轴向载荷对双节段颈椎人工椎间盘置换邻下位关节突关节压力的影响

背景:国内外尚未见双节段Bryan颈人工椎间盘置换后邻近节段关节突关节内压力的测量研究.目的:观察轴向载荷对双节段颈椎人工椎间盘置换和前路椎间融合内固定对邻下位节段关节突关节内压力的影响,以期为双节段人工颈椎间盘置换的临床应用提供生物力学依据.设计、时间及地点:体外对比观察,生物力学测定实验,于2006-01/02在中南大学材料科学与工程学院国家重点实验室完成.材料:取新鲜人体尸体颈椎标本11具,节段包括C_3T_1),剔除肌肉组织保留椎间盘、韧带和关节囊结构的完整.方法:取11具新鲜完整的成人下颈段标本,分别制成C_(4～5),C_(5～6)椎间盘完整、椎间盘置换、椎间融合3个模型组,在标本上施加轴向分级载荷,将微型阻电式压力传感器置入C_(5～6),C_(6～7)关节突关节内.主要观察指标:测量各组于25,50,75,100,125和150 N载荷下C_(5～6),C_(6～7)关节突关节内的压力.结果:在轴向加载下,下位节段关节突关节内的压力随着施加载荷的增大而增大.C_(4～5),C_(5～6)双节段人工椎间盘置换组与椎间盘完整组相比,下位置换节段和邻近下位节段关节突关节内的压力变化相近,差异无显著性意义(P>0.05).C_(4～5),C_(5～6)椎间融合组与人工椎间盘置换组、椎间盘完整组相比邻近下位节段关节突关节内的压力显著增高(P<0.05).结论:颈椎双节段人工椎间盘置换后置换下位节段和邻近下位节段关节突关节内压力与完整标本相近,提示颈椎双节段人工椎间盘置换能够重建颈椎生物力学性能.颈椎双节段椎间盘摘除融合内固定后邻近下位关节突关节压力增加,可能是多节段颈椎融合后邻近节段发生退行性变或退行性变加速的原因之一.     

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。     

人工颈椎间盘置换对下颈椎活动影响的三维有限元分析

建立人工椎间盘置入后下颈椎C_(3~7) 的三维模型,分析颈椎人工椎间盘置换后下颈椎运动情况.根据1例人工椎间盘置入患者术后6个月CT片,应用有限元方法建立其包含Bryan~(TM)人工颈椎间盘假体的下颈椎三维有限元模型,导入Ansys 9.0中,对椎体皮质骨、松质骨、椎间盘用三维十节点四面体结构实体单元进行网格划分后进行分析.对模型加载2 N·m的力矩,观察其在前屈/后伸、侧屈及旋转几种状态下的运动情况,了解其运动特性.通过与以往的研究结果比较,试验结果基本符合或趋势基本一致.结果提示,颈椎间盘置换后能基本保证下颈椎运动稳定性.     

腰椎关节突关节不对称与腰椎椎间盘术后症状复发的关系

本文对１９３例腰椎椎间盘术后有／无症状复发进行自身前后的ＣＴ比较,结果发现,在腰椎椎间盘术后有症状复发的６３例中,有腰椎关节突出关节不对称者４８例,占７６．２％;而腰椎关节突关节对称者腰椎椎间盘术后症状复发１５例,占２３．８％,腰椎关节突出关节不对称引起腰椎椎间盘术后症状复发明显高于对称者（ｘ＾２＝１０１．０６,Ｐ〈０．００５）。结果提示：腰椎关节突关节不对称与腰椎椎间盘术后症状复发有显著关系,故     

颈椎人工椎间盘置换三维有限元模型

目的:建立颈4-5 PrestigeTM-LP人工颈椎间盘植入后的三维有限元模型.方法:采用成年男性的新鲜尸体的颈椎标本进行CT三维扫描,通过三维重建软件Mimics system和AutoCAD形成颈椎C4-5和PrestigeTM-LP人工颈椎间盘假体三维图形文件,经有限元分析软件ANSYS8.0建立颈椎C4-5和PrestigeTM-LP人工间盘有限元,模拟完成C4-5人工椎间盘置换手术.结果:成功建立颈椎C4-5节段PrestigeTM-LP人工颈椎间盘置换有限元模型,对颈椎的后部结构、颈椎关节突关节、钩椎关节等均进行了模拟重建.共计包含174 923个solid单元,249 006结点,88个缆绳单元及相应176个结点.结论:模型具有精确度高,单元划分精细,手术模拟真实的特点,可用于颈椎人工间盘置换后的生物力学研究.     

腰椎间盘切除与人工椎间盘对关节突关节内压力的影响

目的：测量腰椎间盘切除及人工椎间盘置换后关节突关节内的压力变化，探讨椎间盘切除及人工椎间盘置换对关节突关节的影响。方法：分别测量L4-5椎间盘切除前、后及SB-ChaiteⅢ型人工椎间盘置换后轴向、后伸、侧弯载荷下关节突关节内的压力变化，采用自身对照法进行比较。结果：相同的轴向、后伸、侧变载何下，椎间盘切除后关节突关节内的压力变化率明显大于椎间盘切除前与人工椎间盘置换后，差异均有显著性意义（P&;lt;0.01），人工椎间盘置换后较椎间盘切除前差异无显著性意义（P&;gt;0.05）。结论：椎间盘切除后关节突关节内压力变化率的增高提示椎间备用切除后腰椎生物力学的改变可能是关节突关节退行性变的重要原因；人工椎间盘置换可以消除椎间盘切除对关节突关节内压力改变的负面影响，恢复关节突关节内近似正常的压力改变，提示人工椎章盘可以起到正常椎间盘的作用。     

应用三维有限元法分析腰椎小关节的力学分布

目的:应用三维有限元分析法认识腰椎小关节的力学分布特点。方法:①实验于1999-10/2001-06在福州大学力学工程系光弹实验室完成。取新鲜尸体10具,6男4女,年龄45～65岁。尸体来源:福建中医学院解剖教研室。②通过对尸体腰段脊柱表面各节点的三维坐标值测量,运用超级空间有限元电算程序(SUPER-SAPV)将腰段脊柱按空间有限离散的原则划分为496个单元,1002个节点。并在计算机上建立三维空间坐标系,模拟完整脊柱腰段力学模型。运用横截面积肌力计算法,测量尸体腰椎周围肌肉:腰大肌、腰方肌、竖脊肌、腹内外斜肌、腹横肌的解剖横断面积,及其与腰段脊柱纵轴的中心距数值,求得力矩值。再根据力矩等价换算公式得出加载于模型体表各点的肌力值。通过对本模型重力及肌力的加载,使其更接近于正常人体腰段力学状态。运用腰椎周围不同肌肉对腰段脊柱作用力的变化,模拟正常活动范围内脊柱腰段前屈、后伸、右侧屈、右旋4种不同工况。分别计算相应载荷下脊柱腰段小关节的动态应力分布状况和应变值。结果:腰段小关节在正常生理活动范围内,各节段小关节前屈、后伸位、右侧屈(左侧)、右旋位(左侧)应力值由L5～S1至L1～2分别从122.83,282.51,92.22,118.84MPa减少至32.58,64.63,4.29,2.39MPa。小关节在后伸位时应力值最大,其次是前屈位及旋转,侧屈位应力值最小。结论:前屈及后伸位出现明显的应力集中,其中后伸位最为明显。     

关节突关节在腰椎失稳中作用的研究进展

<正>历来不乏关于腰椎失稳的研究,目前被多数学者所认同并应用于临床的"腰椎失稳"定义是由Stokes和Frymoyer于1987年提出的:脊柱运动节段(function spinal unit,FSU)的刚度下降,生理载荷下脊柱运动节段的位移超出正常生理范围,以致出现脊柱畸形、神经症状和不能忍受的疼痛。生物力学试验证明,腰椎运动节段正常解剖结构的改变将导致腰椎节段性失稳。本文对     

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。     

人工腰椎间盘置换后下位关节突关节内压力的变化

目的:腰椎间盘和关节突关节共同维持腰椎的稳定,任何一个部分的退行性变都将引起另两部分的退变.观察SB Charite人工腰椎间盘假体置换对相邻下位关节突关节内压力的影响,以提供人工椎间盘临床应用的生物力学参数.方法:实验于2003-03在国防科技大学航天与材料工程学院力学实验室完成.①实验材料:10具新鲜成人尸体腰椎标本,包括L2～5椎体及其椎间盘,死者均为急性脑死亡的健康青壮年.肉眼及X射线观察以排除标本无畸形、退行性变及结构性破坏.剔除椎旁肌肉及其筋膜组织,保留所有的韧带、椎间盘及关节囊并维持其完整性.②实验方法及评估:将Ω状微型电阻式压力传感器置入L4/5关节突关节,分别测量L3/4椎间盘完整和人工椎间盘置换两种状态下轴向(400～2 000 N)、后伸、对侧弯和同侧弯(2～10 N·m)载荷4种工况时L4/5关节突关节内的压力.结果:纳入成人尸体腰椎标本共10具,均进入结果分析,实验过程中标本无破坏和脱落.轴向、后伸、同侧弯及对侧弯加载条件下,人工椎间盘置换组与椎间盘完整组比较,下位关节突关节内压力差异均无显著性(P > 0.05). 结论:①人工腰椎间盘置换后相邻下位关节突关节内压力与正常时无明显改变.②人工椎间盘置换在重建腰椎生物力学性能的同时不会引起相邻下位关节突关节内压力的改变.     

新型人工腰椎间盘置换的三维有限元模型

背景：随着对腰椎生物力学研究的不断深入,相关非融合及动力内固定装置的不断完善和改进,以人工椎间盘置换为代表的脊柱非融合技术的出现给了脊柱外科医师新的选择,因此,设计合理的人工椎间盘显得尤为重要。目的：建立腰椎运动节段新型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。方法：选取1名健康男性志愿者 L3-L4薄层 CT 扫描图像,结合人体解剖学数据,通过医学图像软件Mimics和工具软件 Geomagic Studio,应用逆向工程技术重建腰椎模型。结合硅胶人工椎间盘的三维模型,用有限元分析软件 ANSYS12.0转换成有限元模型。结果与结论：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,成功建立腰椎运动节段的三维模型和人工椎间盘置换的有限元模型。该有限元模型共有691085个单元,1008913个节点,可以施加约束和载荷,用于脊柱生物力学及新型人工椎间盘的进一步研究。     

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.     

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SBChariteⅢ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4 Nm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.     

腰椎椎弓根螺钉系统断裂的三维有限元分析

背景：椎弓根螺钉系统已是最为常用的脊柱内固定器械，但其钉棒断裂在临床上仍时有发生。目的：利用三维有限元分析腰椎椎弓根螺钉系统在临床中断裂的并发症，以期提高手术成功率。设计、时间及地点：三维有限元分析，于2007-11／2008—03在南方医科大学珠江医院完成。对象：选择1名成年志愿者，年龄27岁，身高174cm，体质量63k，经X射线检查排除脊柱疾病。方法：建立腰椎椎弓根螺钉系统内固定的三维有限元模型，并分别施加压缩、前屈、后伸、侧屈及旋转5种生理载荷，对比分析不同载荷下螺钉、连接棒的应力分布。主要观察指标：不同载荷下螺钉、连接棒各部分的应力。结果：椎弓根螺钉系统各部分于垂直压缩下的应力远小于前屈、后伸、侧屈及旋转时所受压力。垂直压缩下应力主要集中在螺钉近棒段，而在前屈、后伸、侧屈及旋转时应力主要集中在连接棒上。结论：椎弓根内固定系统设计及类型的选择，术中的规范操作．术后康复活动的指导及保护、适时取出内固定等对预防其断裂均十分重要。     

中国人腰椎间盘结构与人工椎间盘置换相关的参数测量

背景：全椎间盘置换已应用多年,但国内鲜见对人腰椎间盘结构测量的大样本系统研究。目的：为中国人腰椎间盘假体置换手术和设计提供参考数据。方法：选取中国成年尸体41具（男22例,女19例）,解剖获得完整的腰椎标本。测量椎体软骨板断面厚度。随机抽取正常成年人标准腰椎正侧位X射线片157例（男89例,女68例）。测量椎体上/下横径、上/下矢状径和椎间隙高度。结果与结论：成年尸体及正常成年人标准腰椎正侧位X射线片显示腰椎间盘软骨板厚度、椎体上/下横径、矢状径和椎间隙高度均不存在性别差异（P〉0.05）。除L1/2相邻椎体矢状径、L3/4相邻椎体横径和L4/5相邻椎体矢状径外,其余椎间盘相邻椎体横径或矢状径的差异有显著性意义（P〈0.05）,但各径线实测数值之间差距均较小。腰椎间隙自L1/2至L4/5逐渐增宽,前缘高度大于后缘高度。L5/S1椎间隙与其他腰椎间隙存在较大差异,其相邻终板间夹角明显增大。