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。     

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。     

退变性脊柱侧弯的生物力学有限元分析☆

背景：脊柱在结构、形状、材料特性以及承受载荷方面都比较复杂,传统的生物力学方法不能完全解决这些特性问题。目的：探讨退变性脊柱侧弯椎间盘、关节突关节、椎体等的应力分布,为其发生、发展的生物力学机制提供依据。方法：基于退变性脊柱侧弯患者T12-S1上段连续的CT扫描图像,赋予模型特定的材料属性,建立完整、有效的退变性脊柱侧弯三维有限元模型。在前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左旋转、右旋转6种工况下对模型进行加载,计算和分析脊柱的活动度、椎间盘、椎体及关节突关节软骨的应力分布。结果与结论：退变性脊柱侧弯有限元模型比正常腰椎的活动度要小,椎间盘应力分布趋向于椎间盘的四周,后伸运动时各椎间盘应力最大,侧弯顶点椎体容易出现应力集中的情况,在旋转工况下关节突软骨的应力集中最明显,后伸工况下次之,尤其以侧弯顶点节段的关节突软骨影响最大。退变性脊柱侧弯侧弯顶点容易出现应力集中,后伸、旋转运动可加重退变性脊柱侧弯发展。     

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.     

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.     

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.     

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.     

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。     

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.     

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.     

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。     

人工腰椎间盘假体设计原理研究及未来趋势发展

背景：椎间盘置换是治疗椎间盘退行性疾病的新选择,可在消除疼痛的同时保留腰椎原有的生物力学状态,但对于其假体结构和材料设计尚需进一步研究和验证。目的：对现有腰椎间盘假体结构和材料设计方案进行综述,并对其未来优化设计进行展望。方法：第一作者应用计算机检索中国期刊全文数据库、Pubmed数据、中国生物医学文献数据库中2005年1月至2013年2月有关人工腰椎间盘及髓核假体材料类型及生物力学的文章。中文检索词为“人工椎间盘,假体设计原理,结构,材料,临床试验”,英文检索词为“artificial lumbar disc, total disc replacement, structure, material, clinical trial”,排除重复及陈旧文献。共检索到135篇文章,共纳入36篇文章进行综述。结果与结论：目前用于椎间盘的材料有钴铬合金、陶瓷、不锈钢、钛合金和超高分子量聚乙烯等。用不同材料制备的椎间盘假体较多,其中Bryan假体在临床最常用,三维有限元分析、体外实验及临床研究都证实具有良好的生物力学特性,置换成功率较高。人工髓核假体有预制型及原位聚合型,由于置换损伤小,是目前的研究热点,但很难达到人体髓核生物力学功能。挖掘新型材料来设计个性化假体是将来的发展方向。对于假体结构和生物材料设计经历了不断的改进与发展,文章结合最新研究趋势,对椎间盘假体未来在材料改进、结构仿生设计、假体和辅助置入器械优化设计等发展方向进行了展望。