腰椎行椎间孔入路椎间融合术固定的有限元分析

目的 利用有限元方法分析经单侧椎间孔入路腰椎间融合术治疗腰椎退行性病变的临床可行性。方法 基于正常人L3~5节段的CT扫描数据,利用Mimics、Pro/E、ANSYS软件分别建立L3~5正常生理状态有限元模型、L4/5左单侧椎弓根螺钉内固定加椎间融合器模型(单侧TLIF)、L4/5双侧椎弓根螺钉内固定加椎间融合器模型(双侧TLIF)。在L3上表面施加500 N的人体重力和10 N?m力矩,模拟人体直立、前屈、后伸、左侧弯和右旋5种生理活动,观察不同工况时椎体、椎间盘、螺钉及融合器上变形及应力分布情况,比较两种固定方法力学性能上的差异。结果 各种工况下单侧TLIF、双侧TLIF的L3~5节段变形量均较生理状态模型减少,单侧TLIF、双侧TLIF模型均在后伸运动时融合器的应力达到最大值,且单侧TLIF模型椎弓根螺钉上的应力峰值在各种工况中均明显高于双侧TLIF,后伸工况时应力峰值达到463.39 MPa。结论 单侧TLIF可作为腰椎退变性疾病的一种固定方法,但应力峰值均明显高于双侧TLIF模型,故系统稳定性差于双侧TLIF模型,提示患者在康复过程中应减少后伸运动,以免发生手术失效或螺钉断裂。     

TLIF后路不同的内固定方式生物力学特性的比较分析

目的　比较3种不同后路经腰椎间孔椎间融合（transforaminal lumbar interbody fusion,TLIF）内固定方式的生物力学特性。 方法　建立正常L3~5有限元模型,在验证其有效性基础上模拟3种不同TLIF后路内固定方式即：单侧或双侧椎弓根螺钉内固定组（Model A和Model B）、单侧+对侧关节突螺钉固定组Model C。分别比较其在生理活动范围（Range of the motion, ROM）下模型的稳定性以及内植物的应力差异。 结果　对所有重构模型,在融合节段（L4~5）的ROM均显著下降,其中以Model B下降最多,屈伸活动减少达18.2%;内植物最大应力出现在Model C,左侧弯时达234.9 MPa;Model B的cage最大应力最小。 结论　后路双侧椎弓根螺钉固定能获得最佳稳定性,且能降低cage下沉及移位的风险;单侧+对侧关节突螺钉亦能提供较好良好的稳定。     

椎间融合与双侧经椎弓根经椎间盘螺钉置入后腰椎生物力学的有限元分析

背景：腰椎经椎弓根经椎间盘螺钉是一种新的微创脊柱内固定技术，与传统双侧椎弓根螺钉固定相比，单侧只需1枚螺钉固定1个节段，具有经济微创、操作便捷等优点。但目前探讨应用双侧经椎弓根经椎间盘螺钉联合改良经椎间孔入路腰椎椎间融合(transforaminal lumbar interbody fusion,TLIF)术式的研究仍很少见。目的：通过建立改良TLIF无内固定(cage alone)、改良TLIF联合双侧椎弓根螺钉内固定(cage+BPS)和改良TLIF联合双侧经椎弓根经椎间盘螺钉内固定(cage+BTPTDS) 3种有限元模型，评估改良TILF联合不同内固定对椎间融合器(cage)、内固定、椎间盘、下终板的应力分布及腰椎活动度的影响。方法：采集成人腰椎薄层CT扫描图像，通过Mimics、Geomagic和SolidWorks软件建立3种有限元模型：cage alone模型、cage+BPS模型和cage+BTPTDS模型。采用ANSYS Workbench模拟施加人体前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左侧旋转、右侧旋转6种不同运动载荷，计算3种模型cage及内固定、下终板、椎间盘应力分布...     

单枚Cage 行经椎间孔腰椎椎间融合术的有限元分析

探究单枚融合器行经椎间孔腰椎椎间融合术的植入位置对单侧椎弓根螺钉固定腰椎生物力学特性的影响。本研究建立人体腰椎L_4～5节段融合器不同植入位置的经椎间孔腰椎椎间融合术式模型,采用有限元方法比较分析各模型在前屈、后伸、左右侧弯和左右轴向旋转工况下,腰椎活动范围、椎间融合器和椎弓根螺钉系统的应力分布等生物力学特征。结果表明,各术式模型中融合节段的活动范围均较无损模型至少降低82%,融合节段稳定性显著提高。椎间融合器和椎弓根螺钉的应力分布随工况和融合器放置位置不同而存在差异,融合器距离椎弓根螺钉系统越远,融合器和椎弓根螺钉的等效应力值就越大。因此,从腰椎融合稳定性及内固定应力峰值来看,融合器入路侧植入时融合器和椎弓根螺钉两者结合达到相对较好的术式效果。     

不同钉棒内固定方式在腰椎侧路融合中的有限元力学分析

背景：考虑到脊柱固定的稳定性，目前临床在进行侧路椎间融合时大多采用后路双边椎弓根螺钉固定的手术方式，且多数为两期手术完成。侧卧位的后路单侧、侧方椎体钉棒固定的固定方式，也有可能会提供较好的力学稳定性，所带来的手术时间缩短、风险与花费降低等获益考量值得进一步研究。目的：比较4种不同侧路椎间融合内固定方式的生物力学特性。方法：建立正常L_3-5有限元模型，在验证其有效性基础上模拟4种不同内固定方式，即后路双侧椎弓根螺钉+侧路融合模型(Model A)、后路单侧椎弓根螺钉+侧路融合模型(Model B)、侧路双侧螺钉+侧路融合模型(Model C)及侧路单侧螺钉+侧路融合模型(Model D)。分别比较各模型在生理活动范围下的稳定性、螺钉内固定和椎间融合器的应力差异。结果与结论：(1)对所有重构模型，在融合节段(L_4-5)的活动范围均显著下降，Model A的活动范围下降更明显；(2)在模型的屈伸、侧屈和轴向旋转运动状态，侧路置钉的峰值应力与后路置钉的峰值应力的差异分别超过67.74 MPa、80.10 MPa和43.95 MPa；(3)在不同重建模...     

经椎间孔腰椎椎间融合术式模型的生物力学研究

本文基于经椎间孔腰椎椎间融合(TLIF)治疗腰椎滑脱的术式模型,采用有限元方法探讨腰椎融合术内植物固定系统中融合器和椎弓根钉在不同组合下表现出的生物力学特性。首先,基于CT图像结合有限元前处理软件,建立人体腰椎L4-L5节段轻度滑脱及内植物不同固定组合方式下的三维非线性有限元模型。比较各模型在前屈、后伸、左右侧弯和左右轴向旋转6种工况下,腰椎活动范围和融合器、椎弓根钉的应力分布等生物力学特征。结果表明各术式模型的活动范围均较无损模型减少84%以上,稳定性显著提高。各术式模型中,单枚融合器辅加单侧椎弓根钉固定下融合器和椎弓根钉的应力值相对较大,但差异无统计学意义。研究结果可为TLIF的体外标本实验研究和临床分析提供相应的生物力学参考和印证,并为单侧内固定斜行椎间融合TLIF手术的可行性提供生物力学依据。     

两种不同椎弓根螺钉内固定术式对腰椎稳定性影响的生物力学对比研究

目的　通过腰椎双侧椎弓根螺钉内固定与单侧椎弓根螺钉结合对侧关节突螺钉固定两种不同内固定生物力学对比,为临床在腰椎内固定手术术式提供支持。 方法　采用4具新鲜人体标本的L4、5脊柱功能单元,在生物力学试验机上分别测量每具标本手术前、双侧椎弓根螺钉固定后、单侧椎弓根螺钉固定结合对侧关节突螺钉固定后,在前屈、后伸、左右旋转及左右侧弯状态下的活动范围（range of motion, ROM）。 结果　双侧椎弓根螺钉与单侧椎弓根螺钉结合对侧关节突螺钉两种内固定方式的6个方向的活动范围均小于术前,差异具有统计学意义（P <0.05）。与双侧椎弓根螺钉固定相比,单侧椎弓根螺钉结合对侧关节突螺钉在前屈、后伸、左侧（关节突螺钉侧）弯、右侧(椎弓根螺钉侧)旋状态下的活动范围差异无统计学意义（P >0.05）,在右侧弯及左侧旋状态下的活动范围差异具有统计学意义（P <0.05）。 结论　两种不同内固定方式均可明显增强腰椎功能单元稳定性,其中,单侧椎弓根螺钉结合对侧关节突螺钉固定相比较于双侧椎弓根螺钉固定,在左旋（关节突螺钉侧）及右侧弯（椎弓根螺钉侧）活动状态下略差。     

微创椎间融合不对称固定的稳定性和椎体应变分布研究

目的研究腰椎微创经椎间孔椎体间融合术(MI-TLIF)不对称内固定条件下节段稳定性和椎体前柱应变分布特点。方法采用新鲜小牛腰椎标本8例,完成L4~L5节段完整状态测试后建立TLIF手术损伤模型,分别测试右侧椎弓根螺钉固定(UPS)、右侧椎弓根螺钉加对侧经关节突椎弓根螺钉(UPS+TFPS)固定、双侧椎弓根螺钉固定(BPS)状态的三维运动范围(ROM),同时在L4椎体前柱表面用电阻应变片技术测量在前屈和侧弯运动中电阻应变数据。结果 UPS+TFPS和BPS固定状态的稳定性效果接近,UPS固定抗旋转稳定性不足。UPS+TFPS固定后椎体前柱应变在前屈和侧弯运动下较BPS固定分别增加21.8%和24.2%。结论 UPS+TFPS固定提供有效稳定的同时可以实现更好的椎体-内植物载荷共享。     

斜外侧椎间融合结合不同内固定方式治疗退变性腰椎侧凸的有限元分析

目的 运用三维有限元分析法验证斜外侧椎间融合(oblique lateral interbody fusion, OLIF)辅助不同内固定方式治疗退变性腰椎侧凸(degenerative lumbar scoliosis, DLS)的生物力学稳定性。方法 建立L1～S1三维有限元DLS模型(模型1),模拟L2～5连续三节段OLIF手术及其结合不同内固定方式,分别建立单纯OLIF(stand-alone OLIF)模型(模型2)、椎体钉棒固定模型(模型3)、单边椎弓根螺钉固定模型(模型4)和双边椎弓根螺钉固定模型(模型5)。在直立、前屈、后伸、左右侧弯、左右旋转工况下,记录并分析各模型融合节段活动度(range of motion, ROM)、融合器及内固定的应力及其分布情况。结果 6种运动工况下,模型2～5融合节段整体ROM均小于模型1;与模型1相比,模型3、4的ROM降幅大于模型2、小于模型5;前屈和后伸工况下,模型4与模型5的ROM降幅相仿;左右侧弯工况下,模型3与模型5的ROM降幅相仿。在所有运动工况下,模型3、4融合器应力峰值大于模型5、小于模型2;其中,模型3的L2～3、L3...     

不同后路内固定治疗颅底凹陷寰枢椎脱位的生物力学研究

目的 探讨两种后路内固定治疗颅底凹陷寰枢椎脱位(basilar invagination with atlantoaxial dislocation, BI-AAD)的生物力学差异。方法 基于BI-AAD患者枕颈CT数据和临床手术方案,建立寰枢椎关节间融合器+后路枕骨板+C2椎弓根螺钉(Cage+C2PS+OP)和Cage+C1侧块螺钉+C2PS(Cage+C1LMS+C2PS)有限元模型,分析不同运动工况下寰枢关节稳定性、C2终板和植入器械应力分布特征。结果 与Cage+C1LMS+C2PS模型相比,Cage+C2PS+OP模型在前屈、后伸、侧弯和旋转工况下寰枢关节活动度分别降低了5.26%、33.33%、43.75%、-5.56%,钉棒系统应力峰值分别降低了47.81%、60.90%、48.45%、39.14%。两种内固定方式下C2终板和融合器应力均主要分布于运动受压侧,螺钉与椎体接触处和螺钉尾部都承受较大的载荷。结论 两种内固定方法都能提供相似的稳定性,但Cage+C1LMS+C2PS中钉棒系统应力集中较明显,螺钉松动和断裂发生的可能性较大。     

新型关节突钉板系统联合单侧椎弓根螺钉固定的生物力学研究

目的 研究经椎间孔入路椎体间融合术(transforaminal lumbar interbody fusion,TLIF)结合新型关节突钉板系统(articular process fixation system,APFS)的腰椎稳定性.方法 在已验证的有限元模型L3～S1完整节段(模型A)上,模拟TLIF手术,建立...     

棘突间融合装置联合椎体间融合对下腰椎稳定性影响的三维有限元研究

目的探讨棘突间融合装置联合椎体间融合时对下腰椎稳定性的影响。方法在健康成年男性L4-5节段CT扫描图像的基础上,利用软件Simpleware4.2、GeomagicStudio10.0及Abaqus10.0建立L4-5有限元模型(INTACT)。验证模型有效性后建立单侧椎弓根螺钉固定联合椎间融合(UPS)、双侧椎弓根螺钉/钛棒固定联合椎间融合(BPS)和棘突间融合装置固定联合椎间融合(ISF)三种手术模型。对各模型实加500N预载荷的同时以2N.m为间隔,自2N.m开始逐级累加至最大10N.m,观测其应力分布、相邻节段的角位移。结果各工况下三种手术组的角位移(ROM)均较INTACT组明显减小,减小的程度BPS最高,而ISF除右侧弯方向上均高于UPS;三种手术组范氏应力云图显示,BPS组与ISF组相似,UPS组存在较高的应力集中,范式应力峰值无论在椎间融合器还是在内固定器械上由大到小依次均为:UPS>ISF>BPS。结论 ISF联合椎间融合能够为下腰椎脊柱重建提供适度且足够的稳定性,因而可以为下腰椎退行性疾病的治疗提供一种新内固定选择。     

双侧钉棒及同侧单钉棒置入内固定的生物力学比较

背景：腰椎失稳、腰椎滑脱等腰椎退行性疾病常常需要实施腰椎融合,其目标是稳定脊柱,但究竟采取何种内固定方式仍存在争论。 目的：比较单侧与双侧经椎间孔减压椎体间融合治疗腰椎退行性病变的生物力学差异。 方法：人新鲜尸体腰椎标本6具,L4~5模拟微创经椎间孔减压椎体间融合,根据不同的内固定组合方式分为2组,即双侧钉棒组及同侧单钉棒组。在生物力学试验机上测量各种固定方式不同工况下的运动范围(ROM值),并进行比较。 结果与结论：以完整的腰椎运动单元为参照,两固定组的ROM值均低于对照组(P < 0.05)。其中双侧钉棒组在各工况下ROM值均显著低于同侧单钉棒组(P < 0.05)。提示在生物力学实验中,单侧椎弓根螺钉固定椎间融合生物力学性能优良,刚度适中,腰椎可获得可靠的稳定性。但与双侧钉棒固定比较,单钉棒方式仍然存在差距。     

3种不同后路内固定方式及其横连治疗胸腰段骨折的力学性能比较

目的比较3种不同后路内固定方式及其有无横连杆治疗胸腰段骨折的生物力学性能差异,寻找最优化的后路内固定方式。方法在已验证的正常T12~L2有限元模型基础上,模拟L1椎体爆裂性骨折。将T12椎体上半皮质骨切除并赋予内部松质骨损伤材料属性,分别建立无、有横连杆经伤椎单侧螺钉(模型A1、A2)、常规短节段(模型B1、B2)和经伤椎双侧螺钉(模型C1、C2)6种内固定模型。分别比较6组模型在各种生理应力下的活动范围(range of the motion,ROM)以及螺钉和棒的最大Von Mises应力情况。结果在屈伸和侧屈应力下,经伤椎单侧和双侧螺钉内固定模型组ROM均明显小于常规短节段内固定组;而经伤椎单侧和双侧螺钉内固定组,在屈伸应力下两者ROM无显著差异,在侧屈应力下经伤椎双侧螺钉模型的稳定性优于经伤椎单侧螺钉固定。应力主要集中在上位螺钉钉尾和上位螺钉与伤椎螺钉之间的棒体,经伤椎双侧内固定组上位螺钉最大应力明显低于经伤椎单侧和常规短节段内固定组螺钉最大应力。横连可增加各内固定组在扭转应力下的稳定性,也可降低上位螺钉和棒在扭转应力下的最大应力,而屈伸和侧屈应力下螺钉和棒的最大应力未见明显差异。结论经伤椎置钉后路内固定可获得较好的生物力学稳定性,且添加横连不仅能改善构型扭转刚度,而且能降低螺钉和棒的最大扭转应力,是治疗胸腰椎不稳定骨折良好选择。     

单侧椎弓根钉棒固定单节段腰椎及其邻近节段生物力学研究

目的分析单侧椎弓根钉棒固定对单节段腰椎的生物力学稳定性及其对邻近节段活动度的影响。方法新鲜成人尸体腰椎标本6具,测定L4～5不稳固定节段及其上下邻近节段屈伸、左右侧弯、左右旋转6个方向ROM,按4组顺序依次测试:A组(完整组);B组(模拟L4～5不稳组);C组(单侧椎弓根钉棒固定+椎间单枚cage);D组(双侧椎弓根钉棒固定+椎间单枚cage)。结果L4～5节段除左侧弯外,C组与D组相比各运动方向ROM差异无统计学意义(P0.05);L3～4、L5～S1节段除左、右侧弯外,C组与D组相比各运动方向ROM差异无统计学意义(P0.05)。结论单侧椎弓根钉棒固定对单节段腰椎在大部分运动方向上具有与双侧固定相似的即刻稳定性,邻近节段侧弯活动度较双侧固定后更少。     

下腰椎融合术后路单、双侧椎弓根固定的有限元比较研究

目的　建立正常人L4~5节段椎间盘切除后单/双侧椎弓根螺钉固定椎间融合的有限元模型,对两者在不同运动载荷下的稳定性和应力分布进行比较研究。 方法　通过正常人L4~5节段CT扫描获取断层图像,然后利用mimics软件重建人体L4~5三维模型,再通过Ansys软件前处理功能建立有限元模型,并在此基础上分别建立椎间盘切除后单侧（A）、双侧（B）椎弓根螺钉固定+椎间Cage融合模型,对两组模型分别施加5 N?m的前屈、后伸、左/右屈曲和左/右旋转载荷,比较分析椎体及植入物在不同工况下的位移及应力峰值。 结果　各种工况下,A组在固定侧侧屈时椎体间位移及椎弓根螺钉应力峰值最大,在后伸时椎体应力峰值最大。B组在后伸时椎体间位移峰值最大,在旋转时螺钉及椎体应力峰值最大。在后伸和固定侧侧屈工况下A组椎体间位移峰值、螺钉及椎体应力峰值较B组相差最大。 结论　与双侧固定相比,单侧固定融合术后在固定侧侧屈及后伸工况下发生不稳及螺钉松动、断钉的潜在风险最大。单侧固定融合术后的病人在椎间骨融合前应特别减少后伸及固定侧侧屈动作,以降低风险。