正常人与骨质疏松患者胸腰椎三维有限元模型的建立及分析

目的:基于CT医学图像,建立骨质疏松患者的T11～L3的三维有限元模型,对其生物力学特性进行分析。方法:实验于2003-09/2004-02在上海大学生物力学研究所完成。选取骨质疏松症患者1例,女,65岁,骨密度值与正常人相比,T值=-2.68<-2.5。CT扫描证实无脊柱畸形或破坏。应用CT扫描技术、图形数字化方法获取胸腰段的三维坐标,利用ANSYS5.0有限元分析软件等工具建立骨质疏松患者胸腰段的三维有限元模型。结果:①L1椎体在轴向载存800N作用下的应力场分布表明,正常椎体皮质骨、松质骨、终板、纤维环、后部结构的平均应力值高于骨质疏松椎体(分别为1.786,1.542MPa;0.742,0.601MPa;0.839,0.608MPa;0.862,0.554MPa;0.424,0.308MPa)。②从椎体的剖面上观察,外面皮质骨应力较大,里面松质骨应力较小。椎体骨密质的应力集中在近椎弓根附近,松质骨的应力集中在与终板临近的中央部分,后部结构的应力分布不均匀,应力集中在椎弓根、峡部和小关节部分,而横突和棘的应力水平很低。胸腰椎的应力分布规律和人体正常椎体相似。骨质疏松椎体的应力分布规律与正常椎体应力分布相似,相同承载,不过应力比较低,负载规律相一致。两者的应力分布相似,就是数值不同而已。结论:应用三维有限元法分析骨质疏松椎体的力学特性是切实可行的并能获得独特的信息,结果可信。     

缝合锚弹性固定生理重建修复下胫腓联合损伤

背景：目前下胫腓联合损伤传统手术方法创伤大,不能很好地完成韧带的修复,而缝合锚对于韧带修复、重建韧带与骨连接有较为明确的疗效。目的：观察缝合锚技术治疗下胫腓联合损伤的生物力学性能,并与拉力螺钉内固定对比。方法：采集8具新鲜踝关节标本,运用生物力学实验行应力分析,分别应用缝合锚技术、拉力螺钉内固定治疗下胫腓联合损伤,比较2种方案的应力强度、刚度和稳定性等生物力学性能。结果与结论：应用缝合锚技术治疗下胫腓联合损伤的强度、刚度和稳定性等生物力学性能优于拉力螺钉内固定,两者强度和刚度值相比差异有显著性意义(P<0.05);而应力遮挡率缝合锚技术比拉力螺钉小,差异有显著性意义(P <0.05);下胫腓联合分离位移缝合锚技术比拉力螺钉小,差异亦有显著性意义(P <0.05)。结果表明采用缝合锚技术能实现弹性固定生理重建的目的,不但固定强度高稳定可靠,而且创伤小,无需二次取出手术,是治疗下胫腓联合损伤一种优良的微创方法。     

腰椎骨折前后路内固定的生物力学比较研究

目的对腰椎前后路内固定器进行生物力学测试、评价和比较。方法采用新鲜脊柱标本9具,制作成腰段不稳定骨折,采用前、后路内固定器分别加以固定,测定它们的生物力学性能,对照比较。结果腰椎骨折采用Ventro Fix前路脊柱内固定,在脊柱强度、刚度和稳定方面优于RF后路内固定器械(P<0.01),前、后路脊柱内固定在脊柱强度、刚度和稳定方面均明显优于损伤组(P<0.01)。结论前、后路脊柱内固定均能有效的稳定损伤腰椎,但采用Ventro Fix前路脊柱内固定器作固定,具有更强的生物力学性能。     

改良哈氏棒治疗胸腰段脊柱骨折的生物力学分析

本实验应用电测法和运动测定技术,在8具防腐脊柱标本上进行改良哈氏棒、哈氏棒和狄克钉三种器材对胸腰段脊柱骨折固定的力学测试。实验结果显示:改良哈氏棒在稳定性、抗轴向载荷和抗旋转方面均优于另2种材料,虽然传统哈氏棒、狄克钉固定脊柱骨折有一定控制作用,但由于其自身结构的稳定性缺陷,削弱了它们的固定作用。     

聚乙烯醇水凝胶髓核的生物力学特性

目的 对一种新型水凝胶人工髓核的生物力学特性进行研究,为将来临床开展人工髓核置换手术提供科学依据。方法 采用7具新鲜标本的L_(4-5)脊柱功能单元进行生物力学实验,在轴向压缩、前屈后伸和左右侧弯等运动工况下,观察正常椎间盘、髓核摘除以及人工髓核植入3种状态下椎间盘高度、应变和位移的变化。结果 与正常椎间盘相比较,髓核摘除后椎间盘的高度和刚度降低,应变和位移加大(P<0.05)。而人工髓核植入后各项指标恢复正常(P>0.05)。结论 这种新型水凝胶人工髓核置换可纠正髓核摘除后的生物力学紊乱,有望进行临床应用。     

小牛胸腰椎解剖、生物力学研究及其临床意义

目的　测量小牛胸腰椎相关解剖数据并测试其生物力学性能 ,探讨其作为胸腰椎前路内固定模型的可行性。方法　采集 1周以内的新鲜小牛胸腰椎脊柱标本 2 0具 ,测量椎体及椎间盘的最大横径、矢状径和前部高度。测试屈曲、伸展、侧屈及扭转状态下的载荷 -应变、载荷 -位移关系以及最大载荷时的应力强度及轴向刚度 ,并进行极限力学性能测试。结果　小牛胸腰椎椎体及椎间盘矢径、横径、高度自T10 至L5逐渐递增 ,椎体横径与矢径之比约为 1∶1,其T10 ～L5段椎间盘高度之和与椎体高度比值为 1∶0 .9。小牛胸腰椎载荷 -应变及载荷 -位移关系呈线性变化 ,生理载荷下屈曲、伸展及侧屈状态下的应力强度分别为 (2 .86± 0 .2 4 )N/mm2 ,(2 .17± 0 .2 0 )N/mm2 ,(5 .2 9± 0 .5 0 )N/mm2 。屈曲、伸展、侧屈及扭转状态下的轴向刚度分别为 (37.13± 4 .30 )N/mm ,(35 .38± 4 .2 0 )N/mm ,(34.5 6± 4 .2 0 )N/mm ,(5 1.6 9± 1.6 2 )N/mm。结论　小牛胸腰椎形态及大小可满足前路内固定模型的需要 ,以小牛标本作为体外非破坏性生物力学实验模型具有可行性。     

骨密度对椎弓根螺钉系统固定的影响之生物力学研究

目的：探讨骨密度（ＢＭＤ）对椎弓根螺钉系统固定的影响。方法：采用６具新鲜腰段脊柱标本，应用ＤＥＸＡ测试每个椎体的ＢＭＤ，并游离成单个完整椎体标本，按ＢＭＤ０．９ｇ／ｃｍ２为正常值的最低限。将标本分为正常组和骨质疏松组。按标准操作安置Ｄｉｃｋ钉，应用生物力学方法，测试螺钉最大轴向拔出力和矢状面摆动１°～５°时的弯矩、旋入螺钉时的最大扭力矩及螺钉拔出过程中的应变、位移和能量吸收率。结果：正常组平均ＢＭＤ为１．０２±０．１２ｇ／ｃｍ２，骨质疏松组为０．７１±０．１６ｇ／ｃｍ２，前者最大轴向拔出力和弯矩分别为１０６２．８±７２．２Ｎ、２．６Ｎ·ｍ，后者为２３２±９２．４Ｎ、０．４９Ｎ·ｍ。ＢＭＤ与最大拔出力有正相关关系（ｒ＝０．９０７）。旋入螺钉时的最大扭力矩与轴向拔出力密切相关（ｒ＝０．８９４）。螺钉在椎体内摆动５°时正常组承受的最大弯矩为２．６Ｎ·ｍ，骨质疏松组为０．４９Ｎ·ｍ。结论：ＢＭＤ对椎弓根螺钉的稳定性具有重要影响，是预测螺钉牢固程度的重要指标，术前应常规测试脊柱的ＢＭＤ，尤其对于老年人更为重要，最大扭力矩是术中预测螺钉稳定性的一个较好的力学指标。     

Gallie结合单侧Magerl内固定法治疗寰枢椎不稳的生物力学研究

目的 对Gallie+单侧Magerl内固定技术治疗寰枢椎不稳进行生物力学评估.方法 10具成年国人甲醛固定的枕颈(C0～C4)标本,对寰枢椎不稳模型分别行Gallie内固定、Gallie+单侧Magerl内固定、双侧Magerl内固定,在颈椎三维运动试验机上对颈椎施加2.0 N×M纯力偶矩,产生前屈/后伸,左/右侧屈和左/右旋转6种生理运动,测量其三维运动范围(ROM).结果 单侧Magerl+Gallie法固定,其屈/伸ROM为1.66度,侧屈为0.5l度,轴向旋转为6.22度,与Gallie固定法比较,ROM分别减少78%、86%、69%,差异有统计学意义(P＜0.05).双侧Magerl法固定,其屈/伸ROM变为1.48度,侧屈为0.46度,轴向旋转为5.38度,与单侧Magerl+Gallie法比较,ROM减少其差异无统计学意义(P＞0.05).结论 Gallie+单侧Magerl固定法治疗寰枢椎不稳的生物力学稳定性与双侧Magerl法接近.     

下颈椎经关节螺钉钉棒系统固定的生物力学研究

目的：比较下颈椎三柱损伤后单独经关节螺钉固定（TAS）、经关节钉棒系统同定（TRS）和侧块螺钉钉棒系统固定（LRS）的三维稳定性。方法：12具新鲜颈椎标本．制成C4／5、C5／6节段三柱损伤模型，分别进行单独经关节螺钉（TAS组）、经关节螺钉钉棒系统（TRS组）和侧块螺钉钉棒系统（LRS组）三种方法固定，在非限制性和非破坏性的实验条件下测试其前屈、后伸、左右侧弯和轴向旋转运动状态的稳定性。结果：TAS组和TRS组在各方向的运动范同（ROM）和中性区（NZ）的均数均显著小于完整标本组，差异有统计学意义（P〈0．05）；LRS组在前屈、后伸、侧弯运动中的ROM和NZ与完整标本组比较有显著降低，差异有统计学意义（P〈0．05）；LRS组在旋转运动中的ROM和NZ与完整标本组比较有不同程度的降低，但差异无统计学意义（P〉0．05）。TAS、TRS在各个方向稳定性明显优于LRS组（P〈0．05）。TRS在前屈运动中的ROM和NZ与TAS组比较有所减小，但无统计学意义（P〉0．05）；在后伸、侧弯和旋转运动中，TRS组稳定性明显优于TAS组，有统计学意义（P〉0．05）。结论：在下颈椎三柱损伤选择经关节固定技术时以钉棒形式同定稳定性更好。     

自控微动带锁髓内钉内固定对骨折愈合影响的X线平片及微血管造影观察

目的 :探讨自控微动带锁髓内钉 (AMLN )固定对骨折愈合的影响及机制。方法 :对 12只山羊两侧股骨干横断截骨 ,分别采用AMLN和GK钉固定 ,术后 7、 14、 2 8、 5 6d分批处死 ,行X线平片、微血管造影及皮质骨的血流量变化检测。结果 :AMLN固定组 ,骨痂早期数量多 ,密度高连续无中断 ,中、后期骨痂质量好 ,成熟程度高 ,骨折边愈合边改建边塑形 ,与此功能相适应 ,皮质骨骨痂内血管丰富 ,5 6d后血管基本恢复正常 ,血管均匀且扩张消失。GK钉固定组 ,骨痂数量少 ,密度低不连续有中断现象 ,骨痂内血管管径细 ,排列紊乱 ,吻合程度比较差。血液流量前者明显优于后者 ,14d后两者相差 43 % (P <0 .0 5 )。结论 :AMLN内固定所建立的有间歇性动应力刺激与传导的生物力学环境 ,使皮质骨骨痂内血管形成及血运丰富 ,骨痂的形成和强度提高 ,加快了骨质重建的速度。