离体安装活动式椎间融合器的生物力学研究

目的：评价一种新型椎间融合器植入人体后对整个脊柱力学环境的影响。方法：8例成人新鲜尸体脊柱（C2－T1）标本,保留韧带,关节囊及椎间盘,低温（－20度）保存,测试前解冻,将C2和T1用牙托材料包,分4组进行测试：正常组;椎间盘摘除组;试验组：TFC组,通过施加最大工荷为2．34Nm的纯扭矩,使颈椎产生三维运动,结果：在椎间盘摘除后,颈椎明显不稳,安装TFC后,颈椎在各个运动方向 运动范围呈减少趋势,手术节估的活动基本丧失,而邻近节段的活动呈增大趋势;安装新型椎间融合器后,颈椎的震动同正常状态近似,近近椎节亦无明显变化,结论：椎间盘摘除后,颈椎在各个方向上运动加大,刚度减小,脊柱已失稳,安装TFC后,脊柱的刚度增大,且邻近椎节的运动呈增加趋势,将引起力学性能的刚度减少,脊柱已失稳,安装TFC后,脊柱的刚度增大,且邻近椎节的运动呈增加趋,将引起力学性能的改变,安装新型椎间融合器后,对淮柱的力学性能影响较少,说明它能较好地与脊柱的力学环境相匹配。     

椎间融合器高度对颈椎生物力学影响

目的研究颈椎前路减压融合术中椎间融合器高度对颈椎生物力学影响,为融合器选择提供参考。方法建立正常颈椎C2~7节段有限元模型并验证,在C5~6节段分别植入高度为5、6、7、8 mm的融合器,施加1.5 N·m力矩使颈椎产生前屈、后伸、侧弯和轴向旋转运动,并探究融合器高度变化对颈椎活动度(range of motion,ROM)、小关节应力、椎间压强等的影响。结果融合器高度每增加1 mm,手术节段的角度值平均增加0.68°。植入融合器后C5~6 ROM范围小于0.44°。融合器高度差异对C4~5的ROM影响大于C6~7,对非融合节段ROM的影响小于7.3%。融合器高度差异对非手术节段ROM、小关节应力、相邻节段椎间压强的影响较小。关节囊韧带、融合器和钉板系统应力均随融合器高度增加而明显增加,6、7、8 mm融合器模型的关节囊韧带、融合器和钉板系统应力均远高于5 mm融合器模型。结论对于需要植入融合器的患者,建议植入物高度比原椎间隙高0~1 mm。     

记忆合金椎间融合器对腰椎节段稳定性的生物力学研究

目的 :评价植入记忆合金椎间融合器 (SMAcage)后腰椎节段的即时稳定性。方法 :8具青年男性新鲜尸体脊柱腰 3、4节段标本 ,制成包括正常腰椎、SMAcage和其它 3种不同类型椎间融合器在内的5种状态的试验模型。测试其前屈 ,后伸 ,左右侧屈和左右旋转方向的运动范围 (ROM )。结果 :植入SMAcage后各向ROM值分别为完整状态的 66%、84%、65 %和 12 5 %,在前屈和侧屈方向上较正常腰椎的稳定性明显提高 (P <0 .0 0 1) ;后伸方向一致 (P =0 .117) ;旋转方向则降低 (P <0 .0 0 1)。与其它 3种融合器的稳定性相比 ,在前屈、后伸方向一致 (P >0 .0 5 ) ;侧屈方向与 2种方形融合器无明显差别 (P =0 .12 2 ) ,高于螺纹状融合器 (P =0 .0 0 4) ;旋转方向与螺纹状融合器一致 (P =0 .861) ,高于 2种方形融合器(P <0 .0 5 )。结论 :SMAcage具有独特的构型和稳定机制 ,其生物力学稳定性高于一般螺纹状和方椎间融合器。     

椎间融合器的研究进展

以自体三面皮质骨块作为融合介质的传统融合技术存在着力学和生物学的缺陷 ,不能维持融合椎间隙的高度和达到满意的融合率。为寻找理想的椎间融合方法设计了椎间融合器(interbodyfusioncage ,以下简称cage)。cage按其外形功能主要分为螺纹状融合器 (以BAK ,TFC为代表 ) ;箱形融合器 (以Brantigan 1/Fcage为代表 )和垂直环状融合器 (以Harm mesh钛笼为代表 ) 3种。本文就其设计与类型 ,实验研究以及临床应用等方面作为一较全面的综述。1　椎间融合器的设计与类型1.1　螺纹状融合器1979年Bagby将一不锈钢中空带孔柱状体 (内填塞减压时切除…     

颈椎自张式记忆合金椎间融合器的生物力学初步研究

目的设计制作颈椎自张式记忆合金椎间融合器，并对其进行生物力学性能评价。方法以6具新鲜人尸颈椎标本为实验对象，分为空白对照（N组）、颈椎自张式记忆合金椎间融合器（A组）和钛网（B组），A、B组附加颈前路钢板。分别测定轴向刚度、扭转刚度、颈椎整体运动范围等指标。结果轴向刚度值由小到大依次为N组、B组、A组（P〉0．05）；扭转刚度由低到高分别为B组、A组、N组（P〈0．05）；A组与N组相比，后伸、旋转位ROM较大，而前屈、侧屈位ROM较小（P〉0．05）。结论使用颈椎自张式记忆合金椎间融合器可满足颈椎减压植骨术后即刻生物力学稳定性要求。     

腰椎椎间融合器及其在椎间融合术中的生物力学研究进展

针对腰椎椎间融合术的生物力学研究背景和意义,回顾近年来椎间融合器及其在椎间融合术中的研究进展,并对其发展前景进行展望。主要归纳腰椎生物力学实验方法、椎间融合器和椎间融合术的最新进展,得出椎间融合术生物力学研究的主要方向为:有限元法的建模精细化、传统融合器的几何更优化、新型融合器的临床化和辅助固定方式的多样化。最后对椎间融合术生物力学的发展前景进行展望。通过对腰椎椎间融合术的生物力学研究进行回顾和展望,以期为腰椎疾患的临床手术治疗提供参考依据。     

一种新型腰椎可降解椎间融合器的体外生物力学评价

目的介绍一种新型腰椎可降解椎间融合器(cage)的设计理念和结构,对其生物力学性能进行初步评价。方法采用新型可降解骨水泥-磷酸镁水泥(Magnesium phosphate cement,MPC)经过特殊模具压缩凝固成可降解椎间融合器作为实验组(n=8),大小型号相同聚醚醚酮(PEEK)椎间融合器(n=8)及取猪髂骨块做成的三面皮质骨椎间融合器(n=8)作为对照组,利用Instron 10000N生物力学机做压缩载荷测试。当各组椎间融合器受压丢失椎间融合器高度1/3时即判定为椎间融合器失效,记录椎间融合器的轴向压缩栽荷及其刚度。若未达到丢失高度1/3时即发生椎间融合器损毁的,记录损毁时的位移、轴向压缩栽荷及其刚度。结果 MPC cage组压缩损毁时丢失的高度明显小于PEEK cage组及髂骨块cage组,差异有显著统计学意义(0.01);MPC cage组压缩损毁时所承受载荷明显高于PEEK cage组及髂骨块cage组丢失高度1/3时所承受载荷,差异存在显著统计学意义(0.01);MPC cage自身刚度远远高于PEEK cage及髂骨块cage,差异存在显著统计学意义(0.01)。结论磷酸镁可降解椎间融合器(MPC cage)具有优良的抗形变能力及能够承受较大的压力载荷,能够提供人体腰椎间隙的支撑-压缩稳定作用,能满足临床植入的生物力学要求。     

面向个性化椎间融合器生物力学评价的有限元建模因素影响分析

目的有限元分析已广泛应用于个性化椎间融合器生物力学的评价和优化。针对有限元建模过程中存在的耗时长、计算要求高、参数选择依赖主观经验的问题,本文研究有限元建模因素对仿真结果的影响,为提高个性化椎间融合器生物力学评价中有限元建模效率提供科学依据。方法以L3、L4节段腰椎融合器设计与优化为例,选择韧带模拟方式、模型网格大小、椎体皮质骨厚度、椎体松质骨材料赋值、椎体小关节摩擦系数、融合器与椎体连接方式六种不同建模因素作为分析对象,根据相关文献中对不同因素的处理方法,采用正交实验设计建立18个有限元模型,比较不同因素对计算结果影响。结果采用融合器上的最大von Mises应力为分析指标时,韧带模拟方法、椎体小关节摩擦系数、融合器与椎体连接方式对计算结果有显著影响;采用椎间融合器最大沉降位移为分析指标时,韧带模拟方式、融合器与椎体连接方式对计算结果有显著影响;在满足一定条件下,网格大小、皮质骨厚度、松质骨材料属性对上述两种指标的影响不显著。结论在本文所研究的腰椎融合器有限元建模的6个因素中,韧带的模拟类型、椎体小关节间摩擦系数、融合器与椎体连接方式是需要重点考虑的因素。本文提出的基于正交实验设计的评价建模因素影响的方法,可以为个性化植入介入器械有限元建模过程的参数优化选择提供参考。     

后路椎间融合器对不同节段腰椎稳定性的影响

目的:探讨后路椎间融合器对L4~5、L5~S1节段稳定性的影响。方法:采用6具无脊柱疾患的尸体脊柱标本(L1～S5),利用最大载荷为10Nm的力偶对其中L4~5、L5~S1节段的完整状态、腰椎不稳状态、双侧小关节切除1/3、1/2或全切除 Cage固定等5种状态进行前屈、后伸,左、右侧弯和左、右轴向旋转运动试验,而后进行统计学处理。结果:对于L4~5节段,双侧小关节切除1/3、1/2或全切除后,加后路椎间融合器前屈、左右侧弯运动范围较完整均显著降低,分别为4.50±2.43、2.61±0.82、3.21±1.41,4.70±1.47、3.43±0.75、4.13±0.81,5.98±2.67、3.89±0.70、4.53±1.33(P<0.01);对于L5~S1节段,在双侧小关节内侧分别切除1/3时,后路椎间融合器能降低其前屈、右侧弯运动范围,分别为4.70±2.50、2.32±0.99(P<0.01);切除1/2小关节时,其前屈运动范围降低,为6.02±2.15(P<0.05);但切除全部小关节时,前屈、后伸、左侧弯、右侧弯和左轴向旋转运动范围降低,分别为2.59±0.27、2.69±1.10、1.08±0.76、1.02±0.69(P<0.01)和1.15±0.30(P<0.05)。结论:后路螺纹椎间融合器对L4~5、L5~S1节段均有一定的稳定作用,但其对前者的稳定作用更为明显;在L5-S1节段应用后路螺纹椎间融合器时,小关节切除不能超过1/3,否则,必须附加后路器械固定。     

新型组合式腰椎间融合器的研制和生物力学评价

目的:介绍新型组合式腰椎间融合器的设计原卵和构型,并对其进行生物力学评价.方法:采用聚醚醚削材料研制一种具有组合式构型的腰椎椎间融合器,在新鲜小牛脊柱功能节段标本上测试正常组(完整状态)、椎间盘摘除组(不稳组)、自体植骨融合组、传统PEEK融合器组(与新型融合器材料大小形状相同)、新型PEEK融合器组合组(融合器在组合状态)、新型PEEK融合器分开组(融合器在分开状态)在前屈、后伸、左、右侧屈、左右旋转状态下的活动角度值(Range of Motion,ROM)和压缩载荷和拔出力(分别在装载植骨,未装载植骨时.结果:(1)新型分开组与正常组、不稳组和植骨组在前屈、后伸、左右侧弯4种状态比较,P<0.05,有统计学差异;(2)与传统融合组、新型组合组相比,P>0.05,无统计学差异;(3)新型分开组左、右旋转状态与正常组和植骨组相比,P>0.05,无显著统计学意义,但与传统融合组、新型组合组相比,ROM数值增大,P<0.05,有统计学差异.(4)新型融合器分开组在未植骨和植骨时的压缩载倚值大于传统融合器组、新型融合器组合组,但无统计学差异;(5)新型融合器分开组拔出力在植骨和未植骨时均低于传统融合器组和新型融合器组合组,但无统计学差异.结论:新型组合式腰椎间融合器体外生物力学实验显示具有良好的植入运动稳定性和抗压缩载荷、抗拔出性能,能满足临床植入的生物力学要求,尤其是微创脊柱外科手术中.     

椎间孔镜下椎间盘髓核摘除治疗腰椎间盘突出症的疗效

目的 观察椎间孔镜下椎间盘髓核摘除治疗腰椎间盘突出症的疗效。方法 选择2017年3月~2019年3月在我院治疗的腰椎间盘突出症患者80例,采用随机数字表法分为对照组和观察组,各40例。对照组采用后路椎板间开窗髓核摘除术治疗,观察组采用椎间孔镜下椎间盘髓核摘除术治疗,比较两组临床治疗优良率、手术相关指标、治疗前后疼痛度（VAS）评分、治疗前后Oswestry功能障碍评分。结果 观察组治疗优良率为82.50%,高于对照组的67.50%,差异有统计学意义（P＜0.05）;观察组手术时间、切口长度、术中出血量、卧床时间均短于对照组,差异有统计学意义（P＜0.05）;治疗后两组VAS评分、Oswestry功能障碍评分均低于治疗前,且观察组低于对照组,差异有统计学意义（P＜0.05）。结论 椎间孔镜下椎间盘髓核摘除治疗腰椎间盘突出症疗效良好,对患者创伤小,且可在短期内改善功能障碍,减轻患者疼痛,具有临床应用的重要价值。     

The Mammallan Intervertebral Disc. Composition of the Nucleus Pulposus of Whales During Development and Aging

The composition of the nucleus from 25 intervertebral discs of sperm and fin whales of different fetal developmental stages and postnatal ages is reported. Early stages in the nucleus intrauterine life (one quarter to one half development) show drastic changes in the proportion of galactosamine and glucosamine. The collagen content of the dry fetal nucleus is higher than the hexosamine content in early stages although it rapidly decreases to a plateau in specimens of one half to full term development. Afterward, in the postnatal nucleus and during aging, the amount of hexosamine greater than that of collagen on a dry weight basis; furthermore, both remain invariant, although irregular changes in the proportion of galactosamine and glucosamine are observed.

The polysaccharides from the fetal tissue are more polydisperse and undersulfated than those isolated from postnatal specimens. The major polysaccharides of the whale nucleus are CS-4SO₄, CS-6SO₄, and KS. The fetal nucleus also contains CS. The distribution of CS-4SO₄ and CS-6SO₄ in the cartilage plates is the reverse of that observed in the nucleus pulposus. Characteristic of both anatomic structures is a decrease of CS during fetal development.

The proteoglycan fraction of the postnatal nucleus (PG-L) was found to contain polysaccharide peptides. Similar fractions from fetal specimens contained no polysaccharide peptides. The polydispersity of the proteoglycans in the fetal nucleus appears to be regulated by the amount of a cystine-containing proteoglycan fraction (Fraction F) sensitive to disulfide reducing reagents. Such a correlation was not observed in preparations from postnatal specimens.     

FasL Expression on Human Nucleus Pulposus Cells Contributes to the Immune Privilege of Intervertebral Disc by Interacting with Immunocytes

The mechanisms of immune privilege in human nucleus pulposus (NP) remain unclear. Accumulating evidence indicates that Fas ligand (FasL) might play an important role in the immune privilege of the disc. We aimed for addressing the role of FasL expression in human intervertebral disc degeneration (IDD) and immune privilege in terms of the interaction between NP cells and immunocytes via the FasL-Fas machinery. We collected NP specimens from 20 patients with IDD as degenerative group and 8 normal cadaveric donors as control. FasL expression was detected by qRT-PCR, western blotting and flow cytometry (FCM). We also collected macrophages and CD8⁺ T cells from the peripheral blood of patients with IDD for co-cultures with NP cells. And macrophages and CD8⁺ T cells were harvested for apoptosis analysis by FCM after 2 days of co-cultures. We found that FasL expression in mRNA, protein and cellular resolutions demonstrated a significant decrease in degenerative group compared with normal control (p<0.05). FCM analysis found that human NP cells with increased FasL expression resulted in significantly increased apoptosis ratio of macrophages and CD8⁺ T cells. Our study demonstrated that FasL expression tends to decrease in degenerated discs and FasL plays an important role in human disc immune privilege, which might provide a novel target for the treatment strategies for IDD.     

Expression of Laminin Isoforms,Receptors, and Binding Proteins Unique to Nucleus Pulposus Cells of Immature Intervertebral Disc

Intervertebral disc (IVD) disorders are believed to be related to aging-related cell loss and phenotypic changes, as well as biochemical and structural changes in the extracellular matrix of the nucleus pulposus (NP) region. Previously, we found that the laminin γ1 chain was more highly expressed in immature NP porcine tissues, in parallel with the expression pattern for a laminin receptor, integrin α6 subunit, as compared to adjacent anulus fibrosus region. This result suggests that cell-matrix interactions may be unique to the immature NP. However, the identity of laminin isoforms specific to immature or mature NP tissues, their associated receptors, and functional significance are still poorly understood. In this study, we evaluated the zonal-specific expression of the laminin chains, receptors (i.e., integrins), and other binding proteins in immature tissue and isolated cells of rat, porcine and human intervertebral disc. Our goal was to reveal features of cellular environment and cell-matrix interactions in the immature NP. Results from both immunohistochemical staining and flow cytometry analysis found that NP cells expressed higher levels of the laminin α5 chain, laminin receptors (integrin α3, α6, β4 subunit, and CD239), and related binding proteins (CD151), as compared to cells from adjacent anulus fibrosus. These differences suggest that laminin interactions with NP cells are distinct from that of the anulus fibrosus and that laminins may be important contributors to region-specific IVD biology. The revealed laminin isoforms, their receptors, and related binding proteins may be used as distinguishing features of these immature NP cells in the intervertebral disc.     

侧隐窝置管靶位注射胶原酶治疗颈椎间盘突出症

目的：探讨侧隐窝置管靶位注射胶原酶治疗颈椎间盘突出症的临床疗效。方法：采用侧隐窝置管靶位注射胶原酶治疗颈椎间盘突出症。患者45例,其中单侧置管36例,同间隙双侧置管5例,二间隙不同侧置管4例。结果：45例中,44例手术顺利,另1例2周后二次穿刺完成手术。4例获随访。术后3个月时,按中华医学会骨科分会脊柱外科组手术疗效标准（1994）,本组疗效优29例、良6例、可3例、差4例,优良率90．1％。术后各时段VAS评分低于术前（P〈0．01）。结论：经侧隐窝置管靶位注射胶原酶治疗颈椎间盘突出症,操作简便、创伤小,靶位精确,并有较好的近期疗效。     

应力水平对猪颞下颌关节盘生物力学特性的影响

研究颞下颌关节盘对压缩载荷的反应性 ,了解关节盘的粘弹性和渗透性质 ,为分析关节盘的应力缓冲机制提供实验依据。采用围限压缩力学实验方法 ,对三种不同应力水平 (0 .0 7、0 .12、0 .30MPa)下 8个猪颞颌关节盘的蠕变效应进行研究。结果表明 :在 0 .0 7MPa应力水平 ,关节盘前、中、后带承受压缩载荷 2s时的压缩刚度分别为 4.48、3.93、6 .31MPa,盘后带压缩刚度最大 ;渗透系数K值分别为 0 .2 72× 10 12 、0 .30× 10 12 、0 .0 42× 10 12 m4 /NS ,后带值明显低于前带。在 0 .30MPa水平 ,前、中、后带刚度分别增至为 14.0 7、16 .6 8、14.0 0MPa,渗透系数分别减小为0 .0 17× 10 12 、0 .0 12× 10 12 、0 .0 0 5× 10 12 m4 /NS ,各带之间无明显差异。颞颌关节盘是具有粘弹性的生物二相体 ,有一定抗压强度和较低的渗透性 ,应力水平增加 ,整体压缩刚度增大而渗透系数减小。提示对压缩刚度和渗透性的调节可能是关节盘组织内部承受并缓冲应力的两种方式。     

新型3D打印多孔钛人工椎体在猪脊柱模型置换前后的生物力学测试研究

目的通过对新型3D打印多孔钛人工椎体在猪脊柱模型置换前后的生物力学测试比较研究,评价该新型3D打印人工椎体的活动范围情况和即刻的生物力学稳定性。方法选取18具新鲜相近的猪脊柱标本(L1-L6),根据L3椎体置换前后,分为置换前组和置换后组。分别测试前屈、后伸、左右侧屈、左右旋转的位移角度变化。结果在0~8N.m逐级加载中,置换后组运动节段在前屈、后伸、左右侧屈各向量的位移角度变化明显小于置换前组,差异有统计学意义(0.05),而在轴位旋转位上,两者无显著性差异(0.05)。结论新型3D打印人工椎体的设计具有合理性和创新性,在猪脊柱模型L3椎体置换后,即刻可获得良好的生物力学稳定性。     

椎间盘部分切除对腰椎应力分布影响的有限元分析

腰椎间盘突出症是骨科常见病之一。椎间盘切除术被广泛应用于本症的治疗。本文采用有限元素分析法观察了椎间盘部分切除前后腰椎应力分布的改变。本研究观察到,在正常情况下,椎体上下缘的中央部位承受较大的应力;椎间盘部分切除术后,椎体上下缘的侧方承采应力大于中央部分。这些结果表明,椎间盘部分切除术后可引起腰椎应力分布紊乱,出现应力集中,引起骨质增生,从而影响手术的远期疗效。     

离体脊柱安装活动式人工椎体后的力学性能研究

目的：测试新型人工椎体对脊柱力学性能的影响。方法：在１２例新鲜脊柱材料上进行压缩和前屈试验，颈段以“Ω”型人工椎间关节为对照组；胸、腰段以“Ｌ”型人工椎体为对照组，以未经手术的脊柱为正常组。结果：新型人工椎体对脊柱的压缩和前屈性能影响不大，安装“Ω”型人工椎间关节后颈段脊柱的刚度减弱；安装“Ｌ”型人工椎体后胸、腰段脊柱的刚度增加。结论：新型人工椎体具有较好的力学性能。     

UKA胫骨托盘背部设计对骨-假体固定界面的生物力学影响

目的 研究UKA胫骨托盘背部设计对单髁膝关节置换（unicompartmental knee arthroplasty, UKA）骨-假体固定界面的生物力学影响。方法 构建膝关节内侧置换的固定式UKA有限元模型,以膝关节行走运动下的关节载荷和关节运动为边界条件,对比研究大龙骨型、小龙骨型、两立柱带鳍骨型、三斜立柱型和三直立柱型UKA胫骨托盘背部设计下胫骨von Mises等效应力、骨-假体固定界面接触应力以及微动的差异。结果 在膝关节内侧最大受力时刻,相对于两立柱带鳍骨型的胫骨von Mises等效应力、骨-假体固定界面接触应力和微动;大龙骨型分别减小8%和15.9%、增大9.9%;小龙骨型分别减小12.3%、增大7.5%和1.6%;三斜立柱型分别减小10%和10.5%、增大1.2%;三直立柱型分别减小7.7%、14.7%、1.6%。而骨-假体固定界面的最大微动发生在步态周期21%时刻,相对于两立柱带鳍骨型的骨-假体固定界面微动,大龙骨型增大1.2%,小龙骨型增大1.6%,三斜立柱型减小0.4%,三直立柱型减小2.3%。结论 为了提高胫骨假体的长期固定效果,建议UKA胫骨托盘设计应重点考虑两直立柱带鳍骨或小龙骨的组合设计,从而有效地平衡应力传递和界面微动,在保证假体稳定性的同时降低无菌性松动的风险。