骨质疏松性椎体压缩骨折强化术后骨组织-骨水泥界面生物力学应力再平衡机制的有限元研究

【摘要】 目的：明确脊柱骨质疏松性椎体压缩骨折（osteoporotic vertebral compression fracture，OVCF）骨水泥强化治疗后骨组织-骨水泥界面的生物力学应力再平衡机制及脊柱动态稳定重建效应。方法：选择甘肃中医药大学附属医院脊柱外科收治的OVCF患者（伤椎为T12和L1）为研究对象，提取薄层高精度的胸腰段CT影像数据，通过Mimics、Geomagic、Solidworks、Ansys Workbench有限元生物力学建模平台，建立三维数字化仿真生物力学模型，对伤椎运动节段在轴向、前屈、后伸、侧弯及旋转等不同运动工况下骨组织-骨水泥界面的等效应力进行量化研究。结果：脊柱OVCF骨水泥强化术后骨组织-骨水泥界面的等效应力极值和分布区间较术前明显优化，在轴向、前屈、后伸、侧弯及旋转等运动工况下，T12伤椎骨水泥强化治疗术后的最大主应力相比于术前显著下降，在相同的运动工况下分别为33.002MPa、35.639MPa、35.98MPa、60.458MPa、65.396MPa、60.177MPa、42.249MPa，尤其是前屈运动工况下，脊柱T12伤椎的最大主应力从术前的77.995MPa下降至术后的35.639MPa；在同样的运动工况下，L1伤椎强化治疗术后的最大主应力分别为24.911MPa、34.705MPa、26.514MPa、60.144MPa、32.797MPa、30.259MPa、32.894MPa，其中在轴向、前屈运动工况下，L1伤椎骨界面的最大主应力由术前的74.798MPa、99.232MPa下降至术后的24.911MPa、34.705MPa，脊柱T12、L1伤椎骨水泥界面的最大主应力分布弥散较为均匀，T12伤椎松质骨界面主应力极值主要分布在1.004MPa～3.0758MPa区间，L1伤椎松质骨界面主应力极值分布区间为1.8075MPa～2.3355MPa，应力分布云图显示，伤椎强化术后骨界面的应力分布向中后柱转移，应力集中得到纠正，骨组织-骨水泥界面的应力分布趋向于均衡稳定化。结论：胸腰段伤椎骨水泥强化术后重建了脊柱的动态生物力学稳定性，骨组织-骨水泥界面的生物力学应力应变刺激相比于术前显著下降，应力呈现出均匀弥散分布特征，重建了骨组织-骨水泥界面的应力再平衡。     

骨水泥量及分布对椎体成形术后相邻椎体生物力学影 响的三维有限元分析

目的利用三维有限元分析骨水泥量及分布对相邻椎体生物力学的影响。方法通过CT数据,利用Mimics10.0、Geomagic studio 11.0、Hyper Mesh l1.0、Abaqus 6.9有限元分析软件,建立骨质疏松性椎体模型,根据骨水泥量及分布方式建成有限元模型,施加载荷,测量相邻椎体应力分布变化情况。结果垂直载荷下,T12椎体皮质骨等效应力在单侧2 ml骨水泥灌注中较高为29.49 MPa;下终板所受应力在单侧偏中4 ml骨水泥灌注中较高为3.93 MPa。L2皮质骨等效应力在单侧骨水泥灌注较高为15.29 MPa;上终板所受应力在单侧偏中2 ml骨水泥灌注中较高为4.53 MPa。侧屈载荷下,T12椎体皮质骨所受等效应力在单侧偏中4 ml骨水泥灌注较高114.83 MPa;下终板所受应力在双侧骨水泥4 ml灌注中较高为8.62 MPa。L2椎体皮质骨所受等效应力在单侧偏中4 ml骨水泥中较高为96.41 MPa;上终板所受应力在单侧偏中4 ml骨水泥灌注中较高为9.80 MPa。旋转载荷下,T12椎体皮质骨所受等效应力在单侧2 ml骨水泥灌注中较高为119.42 MPa;下终板所受应力在单侧2 ml骨水泥灌注中较高为8.77 MPa。L2椎体皮质骨所受等效应力在单侧2 ml骨水泥灌注中较高为146.31 MPa;L2上终板所受应力在单侧2 ml骨水泥灌注中较高为7.84 MPa。结论骨水泥量及分布是相邻椎体发生骨折的一个重要因素,但与椎体所受力学载荷方向也密切相关。     

椎体成形术填充剂最优化分布模式三维有限元分析

目的:通过建立骨质疏松三维有限元模型,模拟液体流动进入椎体,研究不同状态骨水泥灌注量及分布条件下经皮椎体成形术术后伤椎刚度恢复及相邻椎体应力分析。方法:选取男性健康志愿者一名,从T11到L2之间使用CT扫描,采用Mimics 15.0以及ABAQUS 6.11等软件提取CT图像,建立骨质疏松性骨折椎体模型,将模拟流动物理场与传导和扩散物理场二者耦合,模拟骨水泥注入椎体骨折模型的过程及分布,注入骨水泥量分别为2、4、6 ml。在图像上模拟出骨水泥弥散范围,获得骨水泥注入后模型。在模型上表面均匀施加垂直向下、前倾、后伸各300 N压力,模拟椎体活动。计算不同状态下上下椎体及病椎应力变化。结果:(1)骨折前后3种状态下T12下终板VonMises应力最大。(2)骨折后椎间盘及各终板VonMises应力明显高于骨折前水平,当应用经皮椎体成形术后,随着骨水泥注入量的增加,相邻椎体终板VonMises应力呈上升趋势;而相对于病椎,随着骨水泥量的增加而椎体终板VonMises应力呈下降趋势。结论:应用CT扫描数据通过软件模拟可以建立可靠的腰椎骨折生物力学模型,椎体骨折以及椎体成形术后将引起上下相邻椎体生物力学改变,随着骨水泥量的注入增加,生物力学改变的影响明显升高,相邻椎体骨折可能性更高。经皮椎体成形术比较合适的骨水泥注入量为4 ml。     

椎弓根骨水泥锚定对椎体成形术治疗Kümmell′s病骨水泥团块稳定作用的有限元分析

【摘要】 目的：采用有限元分析评估椎弓根骨水泥锚定对椎体成形术治疗Kümmell′s病骨水泥团块稳定作用，为Kümmell′s病治疗提供理论依据。方法：提取1名志愿者胸腰段CT薄层扫描数据，应用三维有限元方法建立胸腰段（T12～L2）脊柱Kümmell′s病模型，构建L1前皮质破裂组（A组）、前皮质破裂行骨水泥椎弓根锚定组（B组）、前皮质完整组（C组）、前皮质完整行椎弓根骨水泥锚定组（D组）。对所有模型L2椎体下终板进行完全固定，同时对T12上终板施加500N的轴向、前屈、后伸、左侧屈、右侧屈方向载荷以及10N·m的左旋转、右旋转扭矩载荷，统计分析在不同运动方向上四组模型中心骨水泥团块以及B组、D组的椎弓根骨水泥锚定棒的最大位移值和最大应力值，并且对椎弓根骨水泥锚定棒变形程度进行观察。结果：在前屈、后伸、左侧屈、右侧屈载荷方向上，B组骨水泥块最大位移值均小于A组，在轴向、左旋转、右旋转载荷方向上，B组均大于A组；除轴向载荷以外，D组骨水泥块最大位移值均大于C组；在轴向、前屈、后伸、左侧屈、右侧屈、左旋转、右旋转载荷方向上，D组骨水泥椎弓根锚定棒最大应力值均大于B组；在前屈、后伸方向载荷下，D组椎弓根锚定棒最大位移值均小于B组，其他载荷方向D组均大于B组。B组、D组中骨水泥椎弓根锚定棒在轴向、前屈、后伸、左侧屈、右侧屈方向载荷下均无较大的变形，在左旋转、右旋转载荷下均出现较大变形。结论：椎体成形术治疗病椎前皮质破裂Kümmell′s病时，椎弓根骨水泥锚定可对椎内中心骨水泥团块起到稳定作用，但椎弓根骨水泥锚定棒在人体脊柱左右旋转运动时存在断裂可能；对于椎体前皮质完整的Kümmell′s病，椎弓根骨水泥锚定在力学上并不能增加中心骨水泥团块的稳定性。     

不同骨水泥量在PKP术后对相邻节段生物力学影响的有限元分析

目的采用三维有限元方法分析生理载荷作用下不同骨水泥量对伤椎及相邻节段生物力学影响的差异。方法利用MIMICS软件对60例骨质疏松性胸腰段单椎体压缩骨折行椎体后凸成形(PKP)手术前后的CT数据进行预处理,然后导入ABAQUS软件中建立三维有限元模型,设置0.3 MPa轴向载荷进行生物力学分析,评价不同骨水泥量PKP术后相邻节段生物力学差异及变化趋势。结果用三维重建软件Mimics 10.01和有限元软件Ansys 11.0成功进行三维模型有限元网格划分。椎体应力分布:术前应力主要分布于椎体前部,PKP术后应力集中于骨水泥附近,椎体整体前后应力改变。骨水泥增强后的伤椎应力明显增加,平均增加约15%(4 ml为8%,5 ml为13%,6 ml为17%,7 ml为22%),轴向刚度比术前骨质疏松椎体增加了约30%。在中立位时,伤椎成形后下位椎体的应力增加约18%(4 ml为15%,5 ml为18%,6 ml为20%,7 ml为23%)。椎间盘应力分布:在轴向施加载荷时,有局部后凸畸形的椎间盘前部会承受更大应力。结论 PKP术后可引起上下相邻节段生物力分布的改变,随着骨水泥注入量的增加,对生物力学的影响有增强趋势。     

椎体成形术治疗老年骨质疏松椎体压缩骨折对邻近节段生物力学的影响

目的:应用三维有限元模型探讨椎体成形术治疗老年骨质疏松椎体压缩性骨折对邻近节段生物力学的影响.方法:选取1例老年骨质疏松椎体(T12)压缩性骨折女性患者的术前、球囊扩张后凸成形术(KP)术后CT片,范围为T11～L1(包括病椎、邻近椎体和邻近椎间盘),分别建立术前、术后的三维脊柱功能单元的有限元模型.对T11上终板垂直向下加载300N的力矩和10N·m的旋转力矩,分析在垂直载倚、前屈、后伸、侧屈及旋转的情况下,手术前后病变椎体的变化以及椎体皮质骨、松质骨、相邻椎间蕊、终板的应力改变情况.结果:成功建立术前、术后脊柱功能单元的三维有限元模型,术前T12椎体前、中缘高度分别为13.1mm和10.9mm,术后分别为15.2mm和12.6mm,明显增高(P<0.05).在垂直载荷应力下,邻近椎体上下终板(T11下终板和L1上终板)所受应力无显著变化,但在前屈、后伸、侧屈、轴向旋转时T11/12椎间盘所受压力分别增加0.66、0.88、2.25、0.85MPa;T12/L1椎间盘所受压力分别增加1.56、1.60、0.50、2.35MPa,与术前比较均有显著性差异(P<0.05).结论:球囊扩张后凸成形术有效改善了脊柱功能单位的生物力学性能,并未对邻近椎体产生较大的影响,但可能会加速邻近椎间盘的退变.     

骨水泥不同弥散方式对椎体成形术后生物力学影响的有限元分析

目的:探讨术中骨水泥不同弥散方式在治疗骨质疏松性椎体压缩骨折中的生物力学影响。方法:选取老年骨质疏松性压缩骨折志愿者1例,男性,68岁,身高172 cm,体重60 kg。既往身体健康,行X线片及胸腰部CT检查,诊断为L_1椎体压缩性骨折。从T_(10)-L_5之间使用CT扫描,采用Mimics软件提取CT数据,使用Geomagic wrap及Solidworks建模,建立术前胸腰段骨质疏松性椎体压缩骨折三维有限元模型(T_(12)-L_2),同样地模拟出椎体成形术中骨水泥弥散的形态,根据不同的弥散方式(分为骨水泥与上下终板均不接触、骨水泥仅与上终板接触及骨水泥与上下终板同时接触3种情况),对模型施加直立、直立+前屈、直立+后伸、直立+左侧弯、直立+右旋转5种载荷,同时与术前的无骨水泥腰椎模型进行对比,记录并比较各个模型载荷下的变形和应力分布。结果:建立了胸腰段骨质疏松性椎体压缩骨折的三维有限元模型后发现,在骨水泥与上下终板均不接触、骨水泥仅与上终板接触、骨水泥与上下终板同时接触3种不同的模型下,其变形情况差异不大。在L_1松质骨中,无骨水泥腰椎组的Von Mises应力明显高于骨水泥组。在3组不同的骨水泥注入方式中,骨水泥和上下终板均接触组的Von Mises应力水平最低,仅和上终板接触组其次,未与上下终板接触组最高。在骨水泥应力比较中,骨水泥和上下终板均接触组的Von Mises应力分别为直立12.375 MPa、直立+前屈16.411 MPa、直立+后伸16.801 MPa、直立+左侧弯13.425 MPa、直立+右旋转13.014 MPa,显著高于另外两组,其次为仅与上终板接触组,不与上下终板接触的Von Mises应力最低。结论:骨水泥和上下终板均接触,可有效吸收并传递载荷带来的应力水平,降低松质骨的应力水平,减少手术椎体再骨折的可能。     

骨水泥注入量对经皮椎体后凸成形术后相邻椎体应力影响的有限元分析

目的采用三维有限元法分析骨水泥注入量对椎体后凸成形术(PKP)后患椎相邻椎体生物力学的影响。方法经PKP治疗的骨质疏松性椎体压缩性骨折(OVCF)患者69例,根据骨水泥注入量分为低剂量(2.0 m L且3.0 m L)组(22例)、中剂量(≥3.0 m L且6.0 m L)组(28例)、高剂量(≥6 m L)组(19例),采用视觉模拟量表(VAS)评分评价术前、术后的疼痛程度。收集患者手术前后的CT数据,利用Mimics 10.01和Abaqus 6.8软件建立三维有限元模型,在患椎的上终板分别施加0.3 MPa(低压力)、1.0 MPa(中压力)、4.0 MPa(高压力)的轴向压力,观察不同载荷下的应力改变。结果所有患者术后VAS评分与术前相比均明显降低,差异有统计学意义(P0.05);3组患者术后VAS评分差异无统计学意义(P0.05)。骨水泥渗漏5例(7.25%),均未出现神经症状;低剂量组1例,中剂量组2例,高剂量组2例,3组间差异无统计学意义(P0.05)。末次随访未发现相邻椎体再发骨折。在低压力(中立位)时,患椎下位椎体的应力较术前增加约22%,上位椎体的应力增加约15%。在中压力(正常活动)、高压力(突然摔倒)时,高剂量组患椎上、下位椎体的应力较低压力时均明显增加,差异有统计学意义(P0.05),而中剂量组和低剂量组的患椎上、下位椎体的应力与低压力时相比,差异无统计学意义(P0.05)。结论 PKP术后可引起患椎上、下相邻节段生物力学的改变,相邻椎体所受的应力随着轴向负荷和骨水泥注入量的增加呈增加趋势。     

PVP术后相邻节段椎体应力分布的有限元分析

目的采用有限元法分析经皮椎体成形(PVP)术中骨水泥的注入量与弥散情况对相邻节段椎体应力分布的影响。方法收集自2015-09—2016-10诊治的87例L_2骨质疏松性椎体压缩骨折患者的CT扫描数据,建立骨质疏松性椎体压缩骨折的三维有限元模型。单侧注入4 ml骨水泥,A组骨水泥局限于椎体一侧,B组骨水泥越过椎体冠状位中线。单侧注入6 ml骨水泥,C组骨水泥局限于椎体一侧,D组骨水泥越过椎体冠状位中线。在轴向加载500 N载荷下,记录各组L_1下终板及L_3上终板的应力值。结果注入骨水泥前L_1下终板的应力值为(4.08±0.55)MPa,L_3上终板应力值为(4.99±0.70)MPa。注入骨水泥后L_1下终板应力值:A组为(4.49±0.49)MPa,B组为(4.38±0.45)MPa,C组为(4.76±0.74)MPa,D组为(4.50±0.66)MPa;B组应力值小于A组和D组,D组应力值小于C组,差异有统计学意义(P0.05)。注入骨水泥后L_3上终板应力值:A组为(5.23±1.32)MPa,B组为(5.14±1.26)MPa,C组为(5.45±1.46)MPa,D组为(5.09±1.17)MPa;B组应力值小于A组,D组应力值小于C组,差异有统计学意义(P0.05);但B组与D组的应力值差异无统计学意义(P0.05)。结论 PVP术后相邻节段椎体应力值与骨水泥注入量呈正比,等量骨水泥于双侧弥散所产生的应力增幅较单侧弥散小。骨水泥注入量较少及双侧均匀分布可能降低了相邻椎体骨折的风险。     

数字化建模对老年骨质疏松椎体压缩性骨折PVP的应用研究

目的 应用有限元数字化建模分析法探讨经皮穿刺椎体成型术治疗老年骨质疏松椎体压缩性骨折时病椎注射骨水泥后应力分布的变化.方法 筛选老年骨质疏松L2椎体压缩性骨折患者7名,病椎双侧分别注射6 mL的骨水泥,分析手术前后CT.利用有限元分析方法,建立L2病椎及相邻椎体手术前后的有限元模型.结果 骨水泥注射后上下终板的应力均增加,应力主要分布区域为椎体中部,随着骨水泥容量增加,L2上终板、下终板应力分布术后较术前集中,但应力值无明显增加(P＞0.05).结论 有限元数字化建模可以有效分析老年骨质疏松椎体压缩性骨折PVP生物力学的改变,注入较小剂量骨水泥不足以引起由于应力集中而造成相邻椎体骨折,较小剂量的骨水泥注入是安全有效的.     

胸腰椎骨折椎弓根内固定断裂与植骨融合方式的相关性分析

[目的]探讨胸腰椎骨折椎弓根螺钉内固定系统内固定术后,椎弓根螺钉断裂与植骨融合方式之间的关系,以探讨胸腰椎骨折植骨融合的最佳方式。[方法]回顾性研究1995年5月~2005年12月本院脊柱外科收治的胸腰椎骨折病人197例,其中A组单纯内固定(不植骨)患者14例,B组“H”形椎板植骨21例,C组横突间植骨67例,D组椎间、椎内联合横突间植骨95例。[结果]术后随访6~32个月,内固定断裂12例,其中A组4例,B组3例,C组5例,D组0例,4组中D组内固定断裂率显著低于其他3组(P<0.05)。[结论]椎间、椎体内联合横突间植骨重建脊柱三柱的稳定性,符合人体生物力学原理,能有效降低内固定断裂的发生。     

On the measurement of the functional properties of the CFTR

A number of methods are currently employed to assess the functional properties of CFTR channels and their response to pharmacological potentiators, correction of the defective CFTR trafficking, and vectorial introduction of new proteins. Here we review the most common methods used to assess CFTR channel function. The suitability of each technique to various experimental conditions is discussed.     

The Measurement of the Inclination Angle of the Hamate and Analysis of the Inclination Angle for the Rotation Deformity of the Little Finger in the Fixation of the Carpometacarpal Joint

ObjectiveComplex base fractures of the fifth metacarpal bone and dislocation of the fifth carpometacarpal joint are more prone to internal rotation deformity of the little finger sequence after fixation with a transarticular plate. In the past, we have neglected that there is actually a certain angle of external rotation in the hamate surface of transarticular fixation. This study measured the inclination angle of the hamate surface relative to the fifth metacarpal surface for clinical reference.MethodsIn a prospective single‐center study, we investigated the tilt angle of 60 normal hamates. The study included thin‐layer computed tomography (CT) data from 60 patients from the orthopaedic clinic and inpatient unit from January 2017 to March 2020, including 34 men and 26 women who were 15~59 years old, average 35 years old. The CT data of 60 cases in Dicom format of the hand was input into Mimics and 3‐Matics software for three‐dimensional (3D) reconstruction and measuring the angle α between hamate surface and the fifth metacarpal surface. According to the possible placement of the transarticular plate on the fifth metacarpal surface, we measured the angle β between the hamate surface 1 and the fifth metacarpal surface and the angle γ between the hamate surface 2 and the fifth metacarpal surface.ResultsThe average angle between the hamate surface and the fifth metacarpal surface was 11.66°. The hamate surfaces 1 and 2 have an external rotation angle of 7.30° and 7.51° on average with respect to the fifth metacarpal surface, respectively. There is no statistically significant difference in the angles between the two groups (P > 0.05).ConclusionsThe horizontal angle of the dorsal side of the hamate is different from the back of the fifth metacarpal surface, and the hamate has a certain external rotation angle with respect to the fifth metacarpal surface. No matter how the transarticular plate is placed, the plate always has a certain external rotation angle relative to the fifth metacarpal surface. When the fixation is across the fifth carpometacarpal joint, if the plate does not twist and shape, it will inevitably cause internal rotation of the fifth metacarpal, resulting in internal rotation deformity of the little finger sequence.     

静脉输注甘露醇开放血脑屏障对抗生素透过血脑屏障的影响

目的　通过快速静脉输注甘露醇可逆性开放血脑屏障 (BBB) ,探知此方法能否增加抗生素透过BBB的量 ,在何时达到最高峰 ,其通透量增加后临床上有无不良反应。方法　采用自身配伍设计 ,共 6个样本组。对照组仅使用抗生素 ;其余 5组分别在使用甘露醇前 60、3 0min ,同时使用甘露醇后 3 0、60min使用抗生素 ,各组皆取使用抗生素后 1h的脑脊液测其抗生素浓度。抗生素选用头孢三嗪。结果　测量值经过q检验 ,经 2 0 %甘露醇处理前后的CSF中的头孢三嗪浓度差异有非常显著性。全组患者经临床观察未出现神经系统的不良反应。结论　经静脉快速输注2 0 %甘露醇后可以使透过BBB的水溶性抗生素的量增加 ,两者使用的顺序是在抗生素使用 3 0min内即给予甘露醇快速滴注。该方法不会增加低神经毒性抗生素在中枢神经系统的不良反应。     

三角韧带损伤的手术治疗

[目的]探讨踝关节三角韧带损伤的手术治疗及效果。[方法]2002年4月-2005年4月治疗伴有三角韧带损伤的踝关节骨折40例，均采用切开复位和坚强内固定，并修复重建三角韧带，恢复踝关节内外侧结构的稳定性。下胫腓联合分离仍不稳定者，给予皮质骨螺钉横向内固定。[结果]全部病例得到16个月-3a随访，平均1．5a。按齐氏疗效评定标准：优良30例，可8例，差2例，优良率75％。[结论]强调踝关节骨折切开解剖复位，坚强内固定的同时，应充分重视修复重建三角韧带。     

Preservation of the pylorus and resection of the head of the pancreas

The historical evolution of the pylorus-preservation resection of the head of the pancreas is traced from the first resections early in this century to relative standardization of the operation, to a lowering of the operative mortality, and to an interest in improving nutritional status after resection. There are many theoretical advantages for the function of the upper gastrointestinal tract after pylorus and gastric preservation, such as maintenance of gastric capacitance and equilibration of osmotic pressure in gastric digestants, foodstuff digestion and absorption, and bowel motility. After the pylorus-preserving resection, gastric emptying is normal, pyloric function to prevent duodenal reflux is often normal, and gastric acids and serum levels of duodenal hormones are at normal levels, whereas after standard pancreatoduodenectomy, all of these are often abnormal. No prospective blinded studies have been published comparing nutritional values after the two operative procedures, but evidence is presented of a satisfactory result with regard to gastric capacitance, body weight gain, and lack of postgastrectomy symptoms. An undoubted advantage of the pylorus-preserving feature is a simplification of the operation. These gains are achieved without increase in operative mortality, without increase in the incidence of jejunal ulcer, and without theoretical or actual decrease in value of the procedure as a cancer operation, except in patients with duodenal carcinoma proximal to the ampulla of Vater.     

下颌全牙弓后移量及最后界的测量

目的：研究下颌牙弓的有效后移量及找寻下颌牙弓移动的后界。方法：选取涉及拔除下颌第三磨牙或下颌第三磨牙缺失的病例18例（男6例,女12例）。采用种植支抗牵引下牙弓向远中,治疗完成时所有病例均明确到达下颌牙弓后界,即下颌第二磨牙远中到达下颌升支前缘软组织交界处。应用治疗前后的曲断片测量下颌第二磨牙远中到升支前缘的距离。结果：下颌第二磨牙后移量为（3.49±1.21）mm;治疗后磨牙后间隙的长度为（4.43±0.97）mm。结论：下颌牙弓可确定性地实现整体后移;最大后移量由磨牙后间隙的长度决定;其最后界止于下颌第二磨牙远中与下颌升支前缘软组织交界处。