TLIF术中最优化单侧螺钉植入和融合器放置的有限元分析

目的比较经单侧腰椎间孔椎体间融合(transforaminal lumbar interbody fusion,TLIF)中不同轴向植入角度椎弓根螺钉和不同放置位置融合器的生物力学特性。方法建立正常L3~5有限元模型,在验证其有效性基础上,在L4~5节段模拟后路双侧TLIF和4种不同组合类型椎弓根螺钉植入和融合器放置的单侧TLIF有限元重构模型,即:小角度植入椎弓根螺钉+对侧放置融合器(模型A)、小角度植入椎弓根螺钉+同侧放置融合器(模型B)、大角度植入椎弓根螺钉+同侧放置融合器(模型C)、大角度植入椎弓根螺钉+对侧放置融合器(模型D),分别比较4种重构模型在各种生理应力下的活动范围(range of the motion,ROM)以及螺钉、融合器与L4下终板界面的最大Von Mises应力差异。结果 4种单侧TLIF重构模型在融合节段(L4~5)ROM均较正常模型显著下降,但仍高于双侧TLIF重构模型。4种单侧TLIF重构模型稳定性比较,模型C下降最多,其在屈伸、侧屈和扭转应力下ROM分别减少约为正常模型的50.7%、89.9%和90.3%。螺钉和融合器与L4下终板界面最大Von Mises应力比较,相对于其他3组模型,模型C除了在同侧侧屈和扭转外的大部分应力下承受较小的应力。结论在单侧TLIF重构模型中选择大角度植入椎弓根螺钉和同侧放置融合器能够获得最佳的生物力学稳定性,通过缩小与双侧TLIF模型稳定性差异以减少断钉或融合器下沉的风险,值得临床推广运用。     

不同固定方式治疗急性脊柱创伤的脊柱生物力学指标分析

目的 用脊柱力学指标分析和比较前路内固定术和后路切开椎弓根内固定治疗急性脊柱创伤的疗效,以期得到更好的治疗急性脊柱创伤的方法。方法 基于正常胸腰椎有限元模型的基础上构建创伤模型,在创伤模型中对比不同固定模式载荷下模型整体的变形和Von Mises应力。结果 在中立位及前屈、左弯及右弯载荷下,前路内固定术的位移均小于后路切开椎弓根内固定术;在后伸载荷下,后路切开椎弓根内固定术的位移均小于前路内固定术。在中立位及前屈、后伸、左弯及右弯载荷下,前路固定术的椎体应力均大于后路切开椎弓根内固定术。结论 前路内固定在增加椎体刚度方面有较好的效果,活动更加接近于正常;后路切开椎弓根内固定承受的应力较大,出现内固定断裂的概率也较大。     

单枚椎间融合器并椎弓根螺钉单侧内固定治疗单侧腰椎间盘突出症

背景：对于仅有一侧腰腿痛的腰椎间盘突出症需手术治疗的患者,常见的治疗方法包括腰椎椎板开窗减压和全椎板切除加压加双侧椎弓根螺钉内固定,但其治疗效果均不理想。 目的：探讨单侧椎弓根螺钉内固定结合单枚腰椎椎间融合器置入治疗出现一侧腰腿痛症状腰椎间盘突出症的可行性和临床效果。 方法：新疆石河子人民医院对40例一侧腰腿疼痛为主要症状的腰椎间盘突出症患者行单枚腰椎椎间融合器置入+单侧椎弓根螺钉内固定治疗。治疗前后按日本骨科学会(JOA)1984年制定的腰腿痛疗效标准分别对患者进行治疗前和治疗后的随访评分,计算治疗后的改善率和优良率;并按Suk标准评定椎间融合率。 结果与结论：40例患者均获得随访,时间6-60个月。切口均一期愈合,无切口感染。治疗后6个月JOA评分显著高于治疗前(P < 0.05),优良率为88%。按Suk标准评定,38例患者影像学资料符合确认植骨融合或可能融合,椎间融合率为95%。剩余2例患者在治疗后9个月随访时达到上述标准。提示单枚椎间融合器置入加单侧腰椎椎弓根螺钉内固定治疗仅有一侧腰腿痛症状的腰椎间盘突出症可获得满意的效果。     

有限元分析LISS-DF治疗股骨远端骨折近端螺钉单双皮质不同组合固定方式的应力分布*☆

背景：如何确定LISS-DF近端螺钉单双皮质合理搭配的固定方式,以便达到骨折两端螺钉固定强度的相对平衡,降低锁定钢板、螺钉和骨皮质之间的剪切应力,避免螺钉的应力集中,产生更有效的治疗结果是避免内固定失败的关键。 目的：对LISS-DF钢板治疗股骨远端骨折近端螺钉单双皮质不同组合的固定方式进行有限元分析及力学评价。 方法：在ANSYS 9.0软件中建立LISS-DF钢板固定股骨远端骨折(AO/OTA33-A3型)的实体模型和有限元模型。在近端螺钉单、双皮质不同组合固定方式下,通过模拟生理应力做轴向加压、扭转实验,同时评估近端螺钉的应力变化。 结果与结论：在16种不同组合方式中,当近端螺钉组合为1,3单2,4双皮质固定时,近端4枚螺钉的应力均值最小为24.219 75 N,同时剪切应力均值亦为最小,位移变化与其他组合固定方式相当且均较小。提示近端螺钉靠近骨折端处双皮质固定,其余螺钉依次单双皮质交替固定时,LISS-DF系统应力分散,抗拔出和抗扭转效果好,从而减少钢板螺钉早期的松动脱落。 关键词：应力分布;LISS-DF;股骨远端骨折;内固定;有限元分析 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2012.04.002     

颈胸段脊柱全脊椎切除术后不同重建方式的有限元分析

目的 基于CT图像对人体颈胸段脊柱C5~T2节段进行三维模型重建,采用有限元方法探究椎弓根螺钉、钛网和钢板等不同内固定器械组合对颈胸段脊柱全脊椎切除（total spondylectomy, TS）术后稳定性的影响及内固定器械的应力分布。方法 建立颈胸段脊柱C5~T2节段健康完整模型,并通过与体外实验关节活动度（range of motion, ROM）结果对比验证模型有效性。在健康完整模型基础上,建立颈椎C7节段行TS后的4种重建模型：TM+AP+DPS模型（钛网+前路钢板+后路双节段椎弓根螺钉固定）,TM+AP+SPS模型（钛网+前路钢板+后路单节段椎弓根螺钉固定）;TM+DPS模型（钛网+后路双节段椎弓根螺钉固定）;AP+DPS模型（前路钢板+后路双节段椎弓根螺钉固定）,并分析各重建模型在前屈、后伸、左右侧弯和左右扭转时的ROM及内固定器械的应力分布情况。结果 TS术后重建会大幅度降低重建节段ROM,模型的重建节段ROM均下降超过93%,后路单节段螺钉固定时,钛网出现应力集中现象。结论 4种模型重建节段固定效果相近,后路双节段螺钉固定的3种模型中内固定器械应力分布较为平均,模型整体稳定性优于后路单节段固定模型。     

股骨颈骨折内固定方式的有限元分析

目的　研究股骨颈骨折不同内固定方式对骨折端应力分布规律的影响 ,寻找符合生物力学原理的最佳内固定方式 ,为临床应用提供理论依据。方法　在Pro/ENGINEER中建立股骨近端实体模型 ,导入ANSYS 5 7建立有限元模型。在单钉固定的情况下对Pauwel,s角为 5 0°的经颈型骨折模型施加载荷 ,通过不同固定角度时的力学特征综合评价固定效果 ,并找出最佳固定角度 ;对该最佳固定角度下多钉不同固定方式进行计算和分析 ,评价不同固定方式的优劣。结果　单钉固定时当固定角度为 5 0°时 ,各参数同时达到最小值 ,说明以该角度固定可取得最佳的力学效果 ;如采用多钉固定 ,两钉横放效果最差 ,两钉竖放抗扭性较差 ,两钉斜放和三钉固定时力学环境好。从临床实用角度综合分析 ,单钉固定力学效果较好 ,且操作简单。结论　不同固定角度和螺钉组合方式对骨折面的力学环境有重要影响。     

以三维有限元分析两种方法L4/5椎间融合后的螺钉应力

背景：作者未查及使用三维有限元方法分析椎弓根螺钉内固定并自体髂骨植骨或椎间融合器植骨后螺钉应力情况的相关报道。 目的：在L₄~L₅节段有限元模型上建立椎弓根螺钉内固定并椎间双枚椎间融合器置入和椎弓根螺钉内固定并椎间自体髂骨植骨的模型,分析两种不同方法植骨后螺钉的应力分布情况。 方法：选择1名健康男性,年龄20岁,借助CT扫描和有限元软件,建立L₄~L₅节段的三维有限元模型。在验证有效的模型上建立后路椎弓根钉棒系统内固定+双枚椎间融合器植骨模型(模型A)和后路椎弓根钉棒系统内固定+椎间自体髂骨植骨有限元模型(模型B),然后在各模型上分别施加载荷,观察螺钉应力分布情况。 结果与结论：建立两种不同后路内固定并植骨融合术式三维有限元模型,在不同载荷情况下,发现模型B螺钉应力值均大于模型A,且差异具有显著性意义(P < 0.05),差值最大部位为螺钉尾部。结果提示后路椎弓根钉棒系统内固定+椎间自体髂骨植骨后更容易出现椎弓根螺钉断裂情况。     

Zero-P椎间融合器颈椎前路置入内固定治疗颈椎病的优势

背景：颈前路椎间盘切除减压植骨融合使用颈前路钢板可能引起治疗后吞咽困难等并发症。 目的：观察采用颈椎前路一体化Zero-p椎间融合器置入治疗颈椎病的临床疗效以及减少治疗后并发症的优势。 方法：采用颈椎前路一体化Zero-p椎间融合器行颈前路椎间盘切除减压植骨融合治疗颈椎病患者51例。在治疗前、治疗后第3天,治疗后3,6个月,治疗后1年及2年等时间节点采用颈部及上肢疼痛目测类比评分、颈椎功能障碍指数、日本矫形外科学会评分法对患者的神经功能情况进行评估;采用吞咽困难评分法对患者术后吞咽困难相关并发症的发生情况进行评估;拍摄颈椎正侧位及动力位X射线片评价术后植骨融合程度及内固定相关并发症情况。 结果与结论：患者随访时间为6-30个月,平均15.4个月。治疗后切口均Ⅰ期愈合,所有患者治疗后获得疼痛缓解,肌力恢复;目测类比评分及颈椎功能障碍指数评分均较术前有显著改善;脊髓型颈椎病患者日本矫形外科学会评分平均改善率为85.7%。治疗后第2天有7例患者出现轻、中度的吞咽困难。随访期间未发现内置物沉降,也未发生螺钉松动、断裂或内固定器移位等并发症。表明颈前路椎间盘切除减压植骨融合式中采用颈椎前路一体化Zero-p椎间融合器置入治疗颈椎病的近期临床效果良好,其设计同时具备了颈椎间融合器以及颈椎前路固定钢板的优点,内固定相关并发症少。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：     

磨牙根分叉病变对固定义齿应力分布的影响

目的：研究磨牙根分叉病变对固定桥应力大小分布的影响。方法：采取CT平描的方法获得健康年轻人下颌牙及其周围组织的二维数据．通过计算机三维重建技术生成下颌第二前磨牙缺失的双端三单位固定义齿的有限元数学模型,在同等水平向载荷和垂直向载荷下分析了磨牙根分叉病变对固定桥应力大小分布的影响。结果：当磨牙根分叉区牙槽骨无吸收时,固定桥双侧两基牙应力大小分布均匀;当磨牙端根分叉区牙槽骨吸收达30％,前磨牙端牙槽骨无病变时,磨牙端根分叉区表现为应力集中;当前磨牙端和磨牙端根分叉区牙槽骨同时吸收达10％时,固定桥两侧基牙均表现为应力集中。结论：磨牙根分叉病变对固定义齿应力分布的影响较为明显,尤其是与前磨牙端基牙牙槽骨同时吸收时对基牙应力分布的影响最大。     

股骨颈骨折单钉内固定的有限元分析

目的研究股骨颈骨折单钉内固定角度对骨折端应力分布规律的影响,寻找符合生物力学原理的最佳内固定角度,为临床应用提供理论依据.方法在Pro/ENGINEER中建立股骨上端实体模型,导入ANSYS5.7建立有限元模型.模拟单腿站立的情况,对Pauwel's角为50°的经颈型骨折模型施加载荷,分别计算固定角度为30°～60°范围内7种不同情况下骨折模型的力学特征,以应力、位移、张开位移等参数为指标,综合评价不同内固定角度的固定效果.结果固定角度在30°到55°之间时,各参数值在一定范围内波动,并存在基本相同的变化趋势.当螺钉的固定角度为50°时,各参数同时达到最小值,说明以该角度固定可取得最佳的力学效果.固定角度为60°时,各参数显著增大,固定后的股骨颈稳定性较其它角度明显降低.结论当骨折线Pauwel's角为50°时,紧固螺钉固定角度在30°～55°均可以取得良好的力学效果,并以50°最佳.     

植入性下肢骨植入体周围骨应力分布的三维有限元分析

基于CT扫描数据,针对低、中和高位下肢截肢步行最大生理载荷情况下,建立植入性下肢骨植入体及人体股骨三维有限元分析模型,计算结果表明：假肢的最大应力位于骨植入体外力传递杆靠近残肢残端,是假肢周期性载荷的疲劳破坏点;随截肢部位上移,股骨内应力最大值迅速增大;在植入体与股骨接触部位,存在严重的应力屏蔽,应力集中的两个区域分布在植入体末端和股骨四分之三处,可能导致骨质废用性和病理性吸收,影响假肢中长期使用寿命。本研究还表明,股骨的自然曲率对骨内应力分布有较大的影响,是不能忽略的因素。本文所获结果可为植入假肢的设计研究提供依据。     

有限元分析在脊柱生物力学领域的应用

介绍了近年来有限元方法应用于脊柱生物力学分析的研究新进展,并讨论了其在临床工作中的实际意义,提出了建立有限元模型的一些思路,有限元分析作为一个理论性方法,必须与临床实践相结合才能真实,可靠地解释疾病的发生,发展经过,并为疗效预测提供参考。     

新型高度可调颈椎融合器的三维有限元分析

背景：颈前路减压手术的核心是解除脊髓和神经的压迫,恢复椎间高度及颈椎的生理曲度。但是目前临床上所应用的融合器无法满足个体化需求,可能导致融合节段终板破坏,融合器下沉或移位。作者设计一种高度可调颈椎融合器,植入椎间隙可达到与椎间隙上下终板贴合。目的：通过三维有限元分析法评价新型颈椎高度可调椎间融合器的力学特点,为临床应用和进一步改进提供相应理论依据。方法：建立颈椎前路椎间盘切除减压融合内固定的三维有限元模型,分为正常组、融合器植入高度较低组、融合器植入高度适中组和融合器植入高度较高组进行重建,并在前屈、后伸、左右侧屈及左右旋转6个工况下,施加50 N预载荷以及1.0 N·m的运动附加弯矩,观察相应的椎体Von Mises应力峰值、融合器Von Mises应力峰值、椎间盘应力及椎体活动度情况。结果与结论：(1)融合器植入高度适中组对应的融合器Von Mises应力峰值和C₃-C₇椎体Von Mises应力峰值低于融合器植入高度较低组和融合器植入高度较高组;(2)植入不同高度融合器后C4/5椎间盘应力差异较为明显;(3)融合器植入高度较高组C     

改良中空加压螺钉内固定治疗股骨颈骨折的有限元分析

目的建立中空加压螺钉固定股骨颈骨折的三维有限元模型,研究3枚中空加压螺钉的受力情况及改良螺钉内固定治疗股骨颈骨折时能否提供所需的力学强度。方法三维有限元模型采取三钉倒三角并与股骨干成127°的内固定方式,并模拟单腿站立时的受载情况;在Pauwels角分别为50°、60°、70°、80°时,计算3枚螺钉在不同位置(下面螺钉为1号,前上螺钉为2号,后上螺钉为3号)所受应力;选择受力最大的螺钉开侧孔,研究孔径大小、开孔方向对螺钉固定股骨颈骨折模型的影响。结果随着Pauwels角度的增加,每个中空加压螺钉上的应力增大;Pauwels角为80°时各个中空加压螺钉的应力达到最大值,1、2、3号螺钉所受应力分别为304、515、和154 MPa;当受力最大的2号螺钉开孔直径为1 mm,开孔方向避开150°～195°时,3枚螺钉所受应力均在安全范围内。结论从力学角度看,3枚螺钉受到不同应力,开侧孔设计的中空加压螺钉具有良好的生物力学性能,治疗股骨颈骨折手术安全可靠,而且可以通过中空和侧孔管道向骨折端注入药物,为促进股骨颈骨折愈合创造有利条件。     

交叉螺钉与钢板内固定治疗Sander III型跟骨骨折的有限元分析

目的 比较研究交叉螺钉与钢板固定治疗跟骨关节内骨折的术后即刻稳定性。方法 采集1名正常男性足部薄层CT数据集,据此建立交叉螺钉和钢板两种内植物固定跟骨Sander-III型骨折的三维有限元模型。分析两个模型在700 N垂直荷载下的应力分布和位移规律。结果 螺钉固定时应力集中于骨折端与螺钉接触的部位,不同部位螺钉的最大应力存在差别。钢板固定时应力集中于钢板与螺钉接触的位置,高应力区位于钢板中前部。钢板、螺钉与跟骨的最大应力均小于各自剪切强度。正常跟骨及骨折模型的位移集中于后距下关节,越向内侧位移越大。结论 交叉螺钉与钢板均可用于治疗跟骨骨折,固定具有良好的初始稳定性,建议术后早期进行功能锻炼和康复训练。     

脊柱融合内固定致邻近节段退变的生物力学机制

目的：从生物力学角度了解融合内固定对腰椎邻近节段的影响。方法：9具新鲜腰1～骶椎尸体标本分别近、远端固定，在脊柱三维运动实验机上施以8Nm纯力偶矩模拟人体行屈伸、左右侧弯及旋转活动，观察L3～4、L4～5、L5～Sl节段运动范围(ROM)；随后进行各种模拟手术并安装内固定，依次测定CD内固定(CD)、CD加椎体间植骨(CD-骨块)、CD加TFC(CD—TFC)状态下各节段ROM值并进行统计学分析。结果：①各融合术式均可使固定节段达到即刻稳定性，L4～5节段ROM值明显减小；②L3～4节段在屈伸、侧弯和旋转时有明显位移增加，L5S1节段在旋转时ROM值明显增加，屈伸和侧弯时ROM值改变无统计学意义。结论：脊柱融合内固定术后，相邻节段位移增加、运动模式改变，易继发不稳和退变。     

交叉螺钉与钢板内固定治疗Sander III型跟骨骨折的有限元分析

目的 比较研究交叉螺钉与钢板固定治疗跟骨关节内骨折的术后即刻稳定性。方法 采集1名正常男性足部薄层CT数据集,据此建立交叉螺钉和钢板两种内植物固定跟骨Sander-III型骨折的三维有限元模型。分析两个模型在700 N垂直荷载下的应力分布和位移规律。结果 螺钉固定时应力集中于骨折端与螺钉接触的部位,不同部位螺钉的最大应力存在差别。钢板固定时应力集中于钢板与螺钉接触的位置,高应力区位于钢板中前部。钢板、螺钉与跟骨的最大应力均小于各自剪切强度。正常跟骨及骨折模型的位移集中于后距下关节,越向内侧位移越大。结论 交叉螺钉与钢板均可用于治疗跟骨骨折,固定具有良好的初始稳定性,建议术后早期进行功能锻炼和康复训练。     

交叉螺钉与钢板内固定治疗Sander III型跟骨骨折的有限元分析

目的 比较研究交叉螺钉与钢板固定治疗跟骨关节内骨折的术后即刻稳定性。方法 采集1名正常男性足部薄层CT数据集,据此建立交叉螺钉和钢板两种内植物固定跟骨Sander-III型骨折的三维有限元模型。分析两个模型在700 N垂直荷载下的应力分布和位移规律。结果 螺钉固定时应力集中于骨折端与螺钉接触的部位,不同部位螺钉的最大应力存在差别。钢板固定时应力集中于钢板与螺钉接触的位置,高应力区位于钢板中前部。钢板、螺钉与跟骨的最大应力均小于各自剪切强度。正常跟骨及骨折模型的位移集中于后距下关节,越向内侧位移越大。结论 交叉螺钉与钢板均可用于治疗跟骨骨折,固定具有良好的初始稳定性,建议术后早期进行功能锻炼和康复训练。     

有限元分析法研究脊柱生物力学的新进展

近20年来，有限元分析法在脊柱生物力学研究领域中已得到日益广泛的应用。本就近10年来国外学用有限元法研究脊柱生物力学的新进展作以综述。详细介绍了椎体、后部结构、问盘、韧带、肌肉组织在生理及病理情况下的生物力学特性，及不同术式、内固定器械对脊柱生物力学的影响；介绍了用有限元法研究某些疾病发病的力学机制的新成果；展望了有限元法应用于脊柱生物力学研究的前景。     

悬臂梁长度对种植牙周骨界面应力分布规律影响的三维有限元分析

目的：为了探讨悬臂梁的存在及其长度对种植牙周骨界面应力传递、分布规律的影响。方法：采用三维有限元方法,从理论上探讨了悬臂染的存在及其长度对种植牙周骨界面应力传递、分布规律。结果：悬臂梁存在时,加大了靠近悬臂梁端种植牙周颈部骨内的是大压应力、最大拉应力,随悬臂梁长度的增加,其应力也随之增加。统计学比较相互间有显著差异性,P＜0.0001。颈周密质骨横断面观,见悬臂梁式种植牙最大压应力位于靠近悬臂梁端种植牙远中侧,最大拉应力侧位于近中侧。结论：悬臂梁的存在及长度的增加,使靠近悬臂染侧种植牙颈周应力比近中种植牙颈周骨内应力加大显著,各种植政牙间骨内应力分布不均悬臂梁的存在,加大了靠近悬臂梁侧种植牙颈周的是大拉、压应力,使颈部应力集中更加明显,应力完全由颈周密质骨承担,使种植牙周颈部骨吸收更加剧。