三维有限元分析脊柱中胸段(T~(6-8))结核经肋椎单元植入物固定

《中国组织工程研究》Chinese Journal of Tissue Engineering Research文章编号:2095-4344(2018)31-04970-054970www.CRTER .org·研究原著·陈树金，男，1989年生，广州中医药大学在读硕士，主要从事脊柱外科方面的研究。

通讯作者：马向阳，教授，主任医师，硕士生导师，博士后，广州军区广州总医院骨科，广东省广州市510010中图分类号:R318文献标识码:B稿件接受：2018-08-07Chen Shu-jin,Master candidate,Department of Orthopedics,General Hospital of Guangzhou Military Command,Guangzhou 510010,Guangdong Province,China;Graduate School of Guangzhou University of Chinese Medicine,Guangzhou 510405,Guangdong Province,China Corresponding author:Ma Xiang-yang,Professor,Chief physician,Master’s supervisor,Department of Orthopedics,General Hospital of Guangzhou Military Command,Guangzhou 510010,Guangdong Province,China有限元法分析寰-枢椎椎弓根螺钉内固定的生物力学变化陈树金1，2，马向阳1，杨进城1，尹庆水1，杨敏1，邹小宝1(1广州军区广州总医院骨科，广东省广州市510010；2广州中医药大学研究生院，广东省广州市510405)DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.0362ORCID:0000-0001-5088-6477(陈树金)文章快速阅读：文题释义：椎弓根螺钉：寰椎椎弓根螺钉于2002年首先报道，该技术相较侧块螺钉可避开上颈椎后方静脉丛及C 2神经根，减少术中出血及对C 2神经根骚扰；枢椎椎弓根螺钉于1994年首次提出，术中可探查并根据椎弓根走向置入螺钉，安全有效。

㊃论 著㊃[收稿日期]2019-08-09;[修回日期]2019-10-25[基金项目]沧州市科学技术研究与发展指导计划(162302150)[作者简介]庞胤(1982-),男,河北沧州人,沧州医学高等专科学校讲师,医学硕士,从事人体解剖学研究㊂*通信作者㊂E -m a i l :186********@163.c o m脊柱腰段三维有限元模型的构建与椎间盘应力分析庞 胤1,尹 帅2*,赵长义3,刘媛媛1,张海峰1(1.沧州医学高等专科学校解剖学教研室,河北沧州061001;2.河北省沧州中西医结合医院骨科,河北沧州061001;3.河北医科大学基础医学院解剖学教研室,河北石家庄050017) [摘要] 目的建立正常脊柱腰段三维有限元模型,为生物力学研究及腰椎损伤研究提供可靠模型㊂方法采集1名健康成年男性脊柱腰段C T 和M R I 断层影像数据,应用M i m i c s 软件依据C T 数据对全部腰椎骨及骶骨上部进行三维模型重建,依据M R I 数据对L 1~L 5椎间盘髓核进行三维模型重建㊂将椎骨与髓核进行空间配准,在此基础上建立椎间盘㊁关节囊和韧带的三维模型㊂在A n s y s 中划分网格并定义材料属性,对模型施加运动性载荷模拟脊柱腰段处于前屈㊁后伸㊁侧弯和扭转等运动工况下的生物力学特征,验证模型的有效性㊂结果建立了完整的脊柱腰段三维有限元模型,包含椎骨㊁椎间盘㊁骶骨上端㊁韧带㊁关节囊等重要结构,总节点数为104190个㊁总单元数为339165个㊂模型通过有效性验证,运动工况下的角位移范围和椎间盘的应力分布特点符合腰椎的生物力学特性㊂结论本研究建立的三维有限元模型仿真度高,可用于脊柱腰段的生物力学研究以及模拟疾病和手术对腰椎生物力学的影响㊂[关键词] 三维有限元模型;脊柱腰段;椎间盘 d o i :10.3969/j .i s s n .1007-3205.2019.12.002 [中图分类号] R 322-34 [文献标志码] A [文章编号] 1007-3205(2019)12-1368-04C o n s t r u c t i o no f t h r e e -d i m e n s i o n a l f i n i t e e l e m e n tm o d e l o f l u m b a r s pi n e a n d s t r e s s a n a l ys i s o f i n t e r v e r t e b r a l d i s c P A N G Y i n 1,Y I NS h u a i 2*,Z H A O C h a n g -y i 3,L I U Y u a n -y u a n 1,Z H A N G H a i -f e n g1(1.D e p a r t m e n t o f A n a t o m y ,C a n g z h o uS e n i o rM e d i c a lC o l l e g e ,H e b e iP r o v i n c e ,C a n gz h o u 061001,C h i n a ;2.D e p a r t m e n t o f O r t h o p a e d i c s ,C a n g z h o u H o s p i t a l o f I n t e gr a t e dT C M -WM ,H e b e iP r o v i n c e ,C a n g z h o u 061001,C h i n a ;3.D e p a r t m e n t o f A n a t o m y ,t h eS c h o o l o f Ba s i cM e d i c a l S c i e n c e s ,H eb e iM e d ic a lU n i v e r s i t y ,S h i j i a z h u a n g 050017,C h i n a )[A b s t r a c t ]O b j e c t i v e T oe s t a b l i s h at h r e e -d i m e n s i o n a lf i n i t ee l e m e n t m o d e lo fn o r m a l l u m b a r s p i n e ,a n d p r o v i d ear e l i a b l e m o d e l f o rb i o m e c h a n i c a l r e s e a r c ha n dl u m b a rs p i n e i n j u r y r e s e a r c h .M e t h o d s C Ta n dM R I d a t a o f l u m b a r s p i n e o f a h e a l t h y a d u l tm a l ew e r e c o l l e c t e d .T h e t h r e e -d i m e n s i o n a lm o d e lo f l u m b a rv e r t e b r a ea n du p p e rs a c r u m w a sr e c o n s t r u c t e db y M i m i c s s o f t w a r eb a s e do nC Td a t a .T h e t h r e e -d i m e n s i o n a lm o d e l o fL 1-L 5di s cn u c l e u s p u l p o s u sw a s r e c o n s t r u c t e db y M R I d a t a .T h eb i o m e c h a n i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e l u m b a r s p i n eu n d e r f l e x i o n ,e x t e n s i o n ,l a t e r a l b e n d i n g a n dt o r s i o n w e r es i m u l a t e db y a p p l y i n g ex e r c i s e m u s c l e l o a d s t ot h e m o d e l ,a n dv e r i f y t h e v a l i d i t y o f t h em o d e l .R e s u l t s Ac o m p l e t e t h r e e -d i m e n s i o n a l f i n i t e e l e m e n t m o d e lo fl u m b a r s p i n e w a s e s t a b l i s h e d ,i n c l u d i n g t h e i m po r t a n t s t r u c t u r e s o f v e r t e b r a ,i n t e r v e r t e b r a l d i s c ,u p p e r s a c r u m ,l i g a m e n t a n d a r t i c u l a r c a ps u l e .T h e t o t a l n u m b e r o f n o d e sw a s 104190,a n d t h e t o t a l n u m b e r o f e l e m e n t sw a s 339165.T h e a n g u l a r d i s p l a c e m e n t r a n ge a n d t h e ㊃8631㊃第40卷第12期2019年12月河北医科大学学报J O U R N A L O F H E B E I M E D I C A L U N I V E R S I T YV o l .40 N o .12 D e c . 2019s t r e s s d i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f t h e i n t e r v e r t e b r a l d i s cu n d e r t h ec o n d i t i o no f e x e r c i s ew e r e c o n s i s t e n tw i t h t h eb i o m e c h a n i c a l c h a r a c t e r i s t i c so f t h e l u m b a r s p i n e,w h i c hv e r i f i e s t h ev a l i d i t y o f t h em o d e l.C o n c l u s i o n T h e t h r e e-d i m e n s i o n a l f i n i t ee l e m e n tm o d e l e s t a b l i s h e d i nt h i ss t u d y h a s ah i g hd e g r e e o f s i m u l a t i o n,a n d c a nb eu s e d t o s t u d y t h eb i o m e c h a n i c s o f t h e l u m b a r s p i n e, t o s i m u l a t e e f f e c t s o f d i s e a s e a n d s u r g e r y o nb i o m e c h a n i c s o f l u m b a r s p i n e.[K e y w o r d s]t h r e e-d i m e n s i o n a l f i n i t e e l e m e n tm o d e l;l u m b a r s p i n e;i n t e r v e r t e b r a l d i s c脊柱腰段解剖结构复杂,负重较大且运动灵活,是临床病变的好发部位㊂其中腰椎间盘承担椎体间力的传导,并完成脊柱各向弯曲及扭转运动,易发生退变及损伤㊂通过分析脊柱腰段的生物力学特性,可以为临床分析损伤原因及疗效评估提供理论指导[1-2]㊂现有的脊柱腰段有限元模型研究重点集中于模型的结构和材料属性的仿真度,而对运动载荷多通过简单的力矩或力偶模拟,对腰椎稳定性骨骼肌和运动性骨骼肌的实际作用考虑较少[3]㊂本研究利用C T及M R I断层数据建立正常脊柱腰段三维有限元模型,施加载荷模拟腰椎屈伸㊁侧弯和扭转运动,旨在为脊柱腰段损伤及病变的发病机制㊁手术方案及疗效评价等建立数字化研究模型㊂1资料与方法1.1数据采集选取1位男性健康青年志愿者,28岁,身高178c m,体质量68k g,既往身体健康,无脊柱相关性疾病及外伤史,行腰椎X射线正侧位片和C T预扫描排除脊柱腰段的器质性病变㊂实验前将实验的相关内容告知志愿者,并征得其同意㊂志愿者取仰卧位体位,腰部放松㊂首先行螺旋C T扫描(G E公司,L i g h t s p e e d16排螺旋C T机),最终得到了247幅断层扫描二维图像㊂以相同体位行M R I扫描(P h i l i p s公司,A c h i e v a3.0T M R I机),最终获得到57幅T2W I序列矢状面二维扫描断层图像㊂所有断层图像数据均以D I C OM格式存储㊂1.2脊柱腰段三维有限元模型构建①椎骨及髓核模型:用M i m i c s15.0软件打开C T数据文件,提取椎骨轮廓,自动生成蒙板;对蒙板进行手动修整,填补空洞㊁去除无用部分,计算生成各椎骨3D模型,导入3-M a t i c软件中,进行光滑处理,最终得到结构完整且表面光滑的椎骨模型;以相同的方法基于M R I数据生成椎间盘髓核的3D模型㊂②椎间盘及韧带模型:将椎骨及髓核3D模型以S T L格式输入到3-M a t i c中利用坐标系进行对位组装;用选择工具确定相邻椎骨的下表面和上表面,翻转法线,使用f i x工具连接2个表面创建椎间盘整体外形;根据实际解剖结构在椎体上下表面利用M o v e s u r f a c e生成终板,最后通过椎间盘整体㊁终板和髓核之间进行布尔运算生成纤维环;根据脊柱腰段各韧带的解剖学参数,确定前㊁后纵韧带在脊柱腰段表面的范围,通过M o v es u r f a c e生成前韧带㊁后纵韧带模型[4];以相同方法生成黄韧带㊁棘间韧带㊁棘上韧带㊁横突间韧带㊁关节囊韧带等结构;在3-M a t i c 软件中对各3D模型组件进行光滑处理,然后进行面网格和体网格划分,以*.c d b格式输出保存㊂将c d b文件导入A n s y s15.0,在F i n i t eE l e m e n t M o d e l e r分割表面后,利用S t a t i cS t r u c t u r a l模块中的E n g i n e e r i n g D a t e定义材料属性,通过弹性模量和泊松比设置骨密质㊁骨松质㊁韧带等各部分参数,各部分单元数目及材料参数见表1㊂表1有限元模型单元数量和材料属性T a b l e1E l e m e n t n u m b e r a n dm a t e r i a l p a r a m e t e r s o ff i n i t e e l e m e n tm o d e l材料单元数量杨氏模量(E/M P a)泊松比(μ)骨密质62745120000.3骨松质1037451000.2终板100445000.4髓核1435810.5纤维环534624.20.5前纵韧带177217.80.3后纵韧带11661100.3黄韧带6772150.3棘间韧带5581100.3棘上韧带2292100.3横突间韧带4592100.3关节囊韧带46191100.3设定模型各组件之间的接触关系,关节突关节面之间设定为N oS e p a r a t i o n,其他位置均设定为B o n d㊂在骶骨下面添加F i x e dS u p p o r t,限制各向自由度㊂至此,人体脊柱腰段的三维有限元模型建立完成㊂1.3负载与骨骼肌附着点脊柱的负重载荷加载部位确定为椎体上表面和上关节突关节面,以垂直载荷300N模拟身体上部的重力;在椎骨表面根据解剖结构确定脊柱腰段主要稳定性骨骼肌的附着点㊂左右稳定肌包括横突间肌㊁回旋肌,前后稳定肌包括棘间肌㊁多裂肌㊂1.4模型有效性验证在椎间盘损伤最为好发的㊃9631㊃河北医科大学学报第40卷第12期L4~L5节段上进行模型有效性验证㊂约束L5椎体下面和下关节突关节面,限制其所有的自由度,在L4椎体上表面及关节突关节面上分别给予500N㊁1000N㊁1500N㊁2000N的轴向压缩载荷[5],测量轴向位移㊂在L4椎体上表面中部指定一节点,并在节点上施加300N的垂直载荷和10N㊃m的力矩[6],分别模拟腰椎屈伸㊁侧弯和扭转,并测量不同运动工况下腰椎的角位移范围,观察椎间盘应力的分布趋势及特点,将结果与其他研究进行比较,从而验证模型的有效性㊂2结果2.1脊柱腰段有限元模型的结构利用C T及M R I数据成功建立了外形结构真实准确㊁生物力学仿真度高的正常脊柱腰段的三维有限元模型,包括L1~L5椎骨及骶骨上部的皮质和髓质㊁纤维环㊁髓核㊁终板㊁前纵韧带㊁后纵韧带㊁黄韧带㊁棘间韧带㊁棘上韧带㊁关节突关节囊等重要结构,总节点数为104190个㊁总单元数为339165个㊂2.2模型有效性后处理计算结果显示,有限元模型L4~L5节段在500N㊁1000N㊁1500N㊁2000N 的轴向压力下,有限元模型L4轴向位移分别是0.25 mm㊁0.54mm㊁0.81mm㊁1.04mm,描绘出轴向压力-位移曲线图并与文献数据比较,该结果与在相同条件下离体实验和有限元分析的结果相近㊂模型在正常受力状态下表现出弹性特性㊂测得不同运动工况下腰椎的角位移平均值数据分别为前屈4.12ʎ㊁后伸2.83ʎ㊁侧弯3.71ʎ㊁扭转1.64ʎ,与文献中标本和有限元实验测量值相近㊂2.3脊柱腰段L4~L5腰椎椎间盘的应力分析为了进一步验证模型的有效性,对脊柱腰段有限元模型L5椎体和下关节突关节面限制其所有的自由度,在L4椎体上表面中部指定一节点,并在节点上施加300N的垂直载荷和10N㊃m的力矩,模拟了屈伸㊁侧弯㊁扭转等运动工况,观察椎间盘在不同工况下的受力情况㊂在运动工况下,应力主要集中于腰椎间盘边缘,前屈㊁后伸时,应力分别集中于椎间盘前㊁后两侧;侧弯时,椎间盘受压一侧存在着明显的应力集中,且向椎间盘中心有逐渐减小的趋势;扭转时,纤维环受到扭力后发生倾斜至牵张,且应力集中于轴向扭转方向的侧后方㊂这与人体脊柱腰段的生理特性相符㊂3讨论随着计算机技术和有限元软件的发展,利用三维有限元方法研究人体脊柱腰段生物力学特点的研究不断深入[7-8]㊂三维有限元法具有简便㊁快速㊁经济的特点,可以模拟并运算复杂条件下各种材料的力学特点,且实验具有易调整和可重复等特点,可模拟脊柱等复杂结构,使其在腰椎的力学研究中得到迅速的推广㊂构建胸腰椎三维有限元模型,是脊柱生物力学研究的有效手段;利用C T扫描图像建立模型,从多角度㊁不同方法可验证三维有限元模型的准确和实用性㊂吴小辉等[9]研究发现,三维有限元模型能很好地评估人体胸腰椎的受力状况;同时为脊柱内固定系统的稳定性提供理论依据㊂姜伟等[10]通过扫描健康成人腰椎体建立了L3~L5关节突关节未融合和融合的有限元模型,未融合模型L3/4㊁L4/5节段活动度与既往文献中腰椎活动度趋势一致㊂众多学者在构建有限元模型时主要利用C T 扫描数据建立椎骨模型,再通过软件按一般解剖结构特点手动建立椎间盘㊁韧带等软组织[11-13]㊂这样的模型中软组织较真实情况有一定差距㊂而M R I 对软组织有较好的分辨率,有学者利用M R I数据建立单独的椎间盘结构,但M R I数据对椎骨建模有欠缺㊂本研究建立完整而准确的脊柱腰段三维有限元模型,该模型包含椎骨㊁椎间盘和韧带等结构㊂本研究总结了以往建模的不足之处,对建模进行了优化,椎骨部分利用C T数据进行构建,这是由于C T对复杂形态和各种密度的组织均有较高的分辨率,尤其对高密度的骨组织成像清晰准确,确保构建出的椎骨模型精准㊂椎间盘部分利用M R I数据进行建模,由于M R I对软组织显示良好,提高了椎间盘模型的精确性㊂同时为了保证通过C T和M R I2组数据建立模型的吻合度,在数据采集和处理上采取了以下措施:①2组数据均采用D I C OM格式读取,保证了不同设备之间的兼容性,单位及坐标系参数统一,距离数据等价;②2组数据均采集自同一志愿者,采集时采用相同体位;③在M i m i c s软件中利用M R IT2序列数据建立髓核模型,这是由于该序列对含水量多的组织显示清晰,髓核边界明显,伪影相对较少,利用2组数据建立的椎骨上下表面重合对2种模型进行吻合,确定髓核的空间位置;④将建立的所有模型导入M i m i c s中,平滑㊁组装㊁检查模型质量后,利用软件中自带的3-M a t i c组件对模型进行面网格和体网格的划分㊂这一方法比直接在A n s y s软件前处理单元划分网格的效率明显提高,同时保证了有限元模型的网格质量㊂脊柱的载荷来源主要有2个途径,分别是负重㊃0731㊃河北医科大学学报第40卷第12期和骨骼肌的牵拉㊂现有的模型在生物力学模拟时,载荷形式单一,不能很好地反映脊柱受力的真实情况㊂有学者尝试探讨不同的肌力方向对人体有限元模型预测结果的影响[4]㊂但绝大部分的标本和有限元生物力学实验均没有反映脊柱腰段骨骼肌的影响㊂直立时,躯干重力线经过L4椎体中心腹侧,故脊柱常处于一种持续向前弯曲的运动状态㊂通过背侧肌的力量和韧带的牵拉来对抗维持脊柱平衡㊂当人体处于不同体位时,椎间盘内压力的变化除与负重有关外,同椎旁肌的牵拉关系密切㊂放松直立位时L3~L4椎间盘上的负荷约为测量平面以上体重的2倍㊂无负荷状态下椎间盘内存在大约10N/ c m2的内压力,如果单纯给予上半身体重载荷,会引起腰椎模型发生前倾,而引入稳定性骨骼肌载荷后,很好地维持了腰椎模型的原有姿态,更接近人体腰椎的正常状态㊂腰椎的姿态维持和运动主要依靠周围肌的作用力实现,但这些力的大小和方向是在动态调节的,单纯力的加载很难模拟真实状态㊂只能在脊柱静态稳定状态,在载荷中引入稳定肌力因素㊂椎间盘是脊柱功能重要的载荷中心和缓冲结构,在脊柱运动㊁承载㊁传递各种载荷中具有关键作用[14],也是腰椎疾病的好发部位㊂腰椎间盘应力云图结果显示,在前屈㊁后伸㊁侧弯和扭转4种工况下,应力主要集中在椎间盘边缘,且受压侧应力较集中,并向受拉侧扩散消释,这与腰椎的生物力学特性相符㊂本研究结果发现腰椎椎间盘在轴向㊁前屈㊁后伸及侧弯4种工况下,纤维环形变较大,且出现明显的应力集中㊂当扭转时,纤维环应力主要集中于侧后方,这也间接证实了椎间盘纤维环受力过大导致的纤维环破裂㊁髓核脱出即腰椎间盘突出,常发生在后外侧,是人体腰椎疾患的重要病因之一㊂本研究成功构建了脊柱腰段的三维有限元模型,且有效模拟了腰椎的生物力学特性,但也存在一些不足,需要进一步完善和改进㊂首先,有限元分析受到了各种客观因素的限制,如骨骼肌㊁肌腱㊁韧带的非线性特点难以实现准确的模拟㊂本研究中虽然引入了肌力因素,但由于脊柱活动时,肌力的大小和方向是在动态变化的,在进行有限元分析时,对骨骼肌等结构的生物力学特性进行了线性化简化处理,故结果和真实情况还存在一定误差,希望在后续研究中通过编写载荷参数曲线来进行模拟㊂其次,三维有限元模型各项参数的处理,受人为因素的影响,最终会出现运算数据值和量的差异㊂当有限元运算数据量增加时可能引起误差的增大,从而影响有限元方法分析结果的可靠性㊂最后,由于数据获取方便㊁无创性和可重复等特点,目前基于三维有限元模型进行生物力学研究较多㊂基于尸体标本测试获得的生物力学数据更接近真实情况,有较高的临床可靠性,但标本不易获取且不能重复实验㊂因此,将2种方法结合使用㊁相互验证可以提高其结果的可信度,能为各类腰椎疾病的手术设计和评估提供有效参考㊂[参考文献][1]刘治华,许伟超,徐新伟,等.腰椎牵引角度有限元分析及优化[J].郑州大学学报:医学版,2015,50(4):507-511.[2]S c h o l l u m M,W a d eK,R o b e r t s o nP,e ta l.A m i c r o s t r u c t u r a li n v e s t i g a t i o n o f d i s c d i s r u p t i o ni n d u c e d b y l o w f r e q u e n c yc y c l i c l o ad i n g[J].S p i n e(P h i l aP a1976),2018,43(3):E132-142.[3]冯其金,赵玲娟,谷福顺,等.三维有限元动物椎体模型的建立及应力分析[J].中国中西医结合外科杂志,2018,24(1):63-68.[4] Z h u R,N i u WX.T h e e f f e c t o f m u s c l e d i r e c t i o n o n t h ep r e d i c t i o n so ff i n i t ee l e m e n t m o d e lo fh u m a nl u m b a rs p i n e[J].B i o m e dR e s I n t,2018,2018(58):1-6.[5]苏春涛,眭承志.全腰椎三维有限元模型的构建及仰卧位屈曲模式下椎间盘蠕变的生物力学分析[J].中国康复医学杂志, 2016,31(10):1136-1138.[6]王宏卫,刘新宇,万熠.人体腰椎L4~L5段有限元模型建立及力学有效性验证[J].医学与哲学,2017,38(10):50-53.[7] W a n g L,Z h a n g B,C h e nS,e ta l.A V a l i d a t e df i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s o f f a c e t j o i n t s t r e s s i nd e g e n e r a t i v e l u mb a rsc o l i o s i s[J].W o r l dN e u r o s u r g,2016,95(11):126-133. [8] N e w c o m b A G,B a e k S,K e l l y B P,e t a l.E f f e c t o fs c r e wp o s i t i o no nl o a dt r a n s f e ri nl u m b a r p e d i c l es c r e w s:a n o n-i d e a l i z e d f i n i t e e l e m e n t a n a l y s i s[J].C o m p u t M e t h o d sB i o m e c hB i o m e dE n g i n,2017,20(2):182-192.[9]吴小辉,刘小聪,陶平,等.人体胸腰段三维有限元力学的仿真研究[J].微创医学,2017,12(3):315-319.[10]姜伟,李威,袁峰,等.L4/5关节突关节融合后椎间盘应力变化的三维有限元分析[J].中国脊柱脊髓杂志,2017,27(5): 441-448.[11] D uC F,Y a n g N,G u oJ C,e ta l.B i o m e c h a n i c a lr e s p o n s eo fl u m b a r f a c e t j o i n t s u n d e rf o l l o w e r p r e l o a d:af n i t ee l e m e n ts t u d y[J].B M C M u s c u l o s k e l e tD i s o r d,2016,17(1):126.[12] C l a e s o n A A,B a r o c a s V H.C o m p u t e rs i m u l a t i o n o fl u m b a rf l e x i o n s h o w s s h e a r o f t h e f a c e t c a p s u l a r l ig a m e n t[J].S p i n eJ,2017,17(1):109-119.[13]刘治华,许伟超,张新民,等.颈椎C2~7三维有限元模型的建立与最优角度牵引仿真研究[J].郑州大学学报:医学版, 2016,51(3):359-363.[14] Z h u Q,G a o X,L e v e n e H B,e ta l.I n f l u e n c e s o fn u t r i t i o ns u p p l y a n d p a t h w a y so nt h ed e g e n e r a t i v e p a t t e r n s i nh u m a ni n t e r v e r t e b r a l d i s c[J].S p i n e(P h i l aP a1976),2016,41(7):568-576.(本文编辑:杜媛鲲)㊃1731㊃庞胤等脊柱腰段三维有限元模型的构建与椎间盘应力分析。

不同植入物固定L1节段爆裂性骨折的三维有限元分析梁宁;康意军;陈飞【摘要】10.3969/j.issn.2095-4344.2012.44.009% 背景：胸腰段椎体爆裂性骨折临床十分常见,通过前路或者后路内固定重建稳定是目前常用的方法,作者未查及有关内固定应力情况的相关报道.目的：通过三维有限元法分析在 L1节段爆裂性骨折情况下前路钛网重建钉棒内固定和后路椎弓根内固定两种方式中内固定物应力的分布情况,并进行两种方式稳定性的比较.方法：选择1名健康男性志愿者,通过CT扫描和有限元软件建立T12-L2节段的三维有限元模型.在验证有效的有限元模型上分别模拟L1节段爆裂性骨折,建立前路L1节段钛网重建钉棒内固定模型(模型A)和后路短节段椎弓根钉棒内固定模型(模型B),在各模型上施加载荷,观察内固定应力分布情况,进行稳定性的比较.结果与结论：建立T12-L2节段的三维有限元模型.两种内固定方式有限元模型在不同载荷实验中,模型A应力主要集中在钛网区域,模型B应力主要集中在钉棒的交接处.模型A的稳定性优于后者,模型A的T12平面的平均应力值小于模型B,差异有显著性意义(P<0.01).说明前路术后钛网发生沉降和后路术后钉棒处断裂均可能与局部应力集中有关.前路钛网重建钉棒内固定较后路椎弓根内固定稳定性更好.【期刊名称】《中国组织工程研究》【年(卷),期】2012(000)044【总页数】6页(P8212-8217)【关键词】脊柱L1节段;骨折;内固定;前路;后路;三维有限元;植入体;钛网;螺钉;棒;椎弓根【作者】梁宁;康意军;陈飞【作者单位】清华大学第一附属医院骨科,北京市 100016;中南大学湘雅二医院脊柱外科,湖南省长沙市410013;中南大学湘雅二医院脊柱外科,湖南省长沙市410013【正文语种】中文【中图分类】R318脊柱胸腰段的功能解剖学及力学特性的研究一直是生物力学和临床医学工作者的研究课题。

采用有限元方法建立和分析枢椎的生物力学行为李键;桂斌捷;袁正【期刊名称】《安徽医学》【年(卷),期】2012(033)005【摘要】目的采取有限元的方法,建立第二颈椎(枢椎)的三维有限元模型,模拟该枢椎模型在外力作用下的生物力学行为,分析枢椎骨折的生物力学条件.方法利用螺旋CT扫描获得健康成年男性上颈椎原始DICOM数据图像,采用Mimics软件对数据进行处理并导入ANSYS软件,得到枢椎骨性结构的三维实体模型.并且此模型上模拟头颅位于中立位、屈曲位及后伸位等条件下,枢椎承受的应力分布状况,分析枢椎可能出现的骨折类型.结果实验所构建枢椎骨性的有限元模型外形逼真,三维网格化后枢椎模型共包含1 717个节点,5 772个单元.模拟结果:头颅在中立、前屈、后伸位时枢椎最大应力集中于齿突基底部,次级应力集中区域为枢椎椎弓峡部；直接于齿突加载力模拟头部过度屈曲时,最大应力集中于齿突基底部.结论头颅位于中立位,屈曲位或者后伸位,枢椎齿突基底部及枢椎椎弓峡部是应力最集中的部位.头部过度屈曲时,齿突基底部是应力最集中的部位.【总页数】4页(P547-550)【作者】李键;桂斌捷;袁正【作者单位】230022 合肥安徽医科大学第一附属医院骨科;230022 合肥安徽医科大学第一附属医院骨科;合肥工业大学机械制造及自动化系【正文语种】中文【相关文献】1.采用有限元方法分析变压器电磁特征 [J], 郭健2.基于三维有限元法的腰椎动态稳定系统建立及生物力学行为初步分析 [J], 陈为坚;段扬;林周胜;李贵涛;孙鸿涛;刘燕芳3.采用有限元方法分析直流电磁铁吸合过程 [J], 郭健4.基于有限元方法的正常和早期OA膝关节生物力学行为比较 [J], 黄振宇;董跃福;胡广洪;徐卿荣5.采用有限元方法分析土坡临界深度的影响因素 [J], 陆辉胜;吴九龙因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

有限元法在脊柱结构和腰椎融合生物力学评价中的应用倪伟峰;徐建广【期刊名称】《中国组织工程研究》【年(卷),期】2008(012)030【摘要】有限元分析法可对形态、结构、材料和载荷情况极其复杂的构件进行应力、应变分析,而且具有力学性能测试全面,可重复性,可控性等优点,目前已广泛地应用于脊柱的复杂结构生物力学研究中.文章简单介绍了几种常用的有限元分析软件的特点,概括了椎体、椎间盘、附件结构和韧带组织和肌肉的生物力学特点,并且较细致地总结了有限元法在腰椎融合方面的研究成果,其中包括对椎间融合器cage 的生物力学特点及其置入后对融合节段生物力学的影响,及相关的术式选择,动力性融合,人工椎间盘置入对脊柱生物力学的影响,脊柱肿瘤切除术不同融合方式的生物力学比较.认为有限元法能帮助理解脊柱复杂结构的生物力学,进而为腰椎融合手术方法选择提供生物力学上的参考.【总页数】4页(P5949-5952)【作者】倪伟峰;徐建广【作者单位】上海交通大学附属第六人民医院骨科,上海市,200233;上海交通大学附属第六人民医院骨科,上海市,200233【正文语种】中文【中图分类】R318【相关文献】1.有限元法在脊柱内固定生物力学研究中的应用进展 [J], 张超2.以三维非线性有限元法分析融合腰椎的生物力学变化 [J], 张延辉;姜宏春;李静;张宝弟;3.三维有限元法分析腰骶区椎间融合联合置入棘突间动态内固定装置后腰椎的生物力学变化 [J], 曹亮亮; 徐建广; 梅伟4.三维有限元法分析腰骶区椎间融合联合置入棘突间动态内固定装置后腰椎的生物力学变化 [J], 曹亮亮; 徐建广; 梅伟5.有限元法生物力学分析在青少年特发性脊柱侧凸治疗及病因研究中的应用 [J], 吴浩然;李博;陈绍丰;李明因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

脊柱三维有限元分析研究应用进展
姚海斌;郭建鹏;张丁
【期刊名称】《中国药物与临床》
【年(卷),期】2012(12)3
【摘要】@@ 人体脊柱解剖结构复杂,不仅形状不规则,而且构件也十分不均匀,对脊柱进行应力、应变等生物力学分析有较高难度,有时难以通过实验达到研究目的.近年来随着计算机技术的进步,有限单元方法(finite element method,FEM)作为研究方法之一,在脊柱生物力学研究领域中已得到日益广泛的应用,并取得了迅猛发展,已成为脊柱生物力学研究的常用分析工具.
【总页数】2页(P352-353)
【作者】姚海斌;郭建鹏;张丁
【作者单位】山西省长治市第二人民医院体检中心;山西省长治市第二人民医院体检中心;山西省长治市第二人民医院体检中心
【正文语种】中文
【相关文献】
1.微创脊柱手术在青少年特发性脊柱侧凸和成人脊柱侧凸矫形的应用进展 [J], 吴南;李其一;吴志宏;邱贵兴
2.重度脊柱侧弯三维有限元模型模拟脊柱后路矫形术生物力学特点 [J], ZHANG Ying;WANG Ying-song;XIE Jing-ming;ZHAO Zhi;LI Tao;BI Ni
3.重度脊柱侧弯三维有限元模型模拟脊柱后路矫形术生物力学特点 [J], 张颖; 王迎松; 解京明; 赵智; 李韬; 毕尼
4.脊柱手术机器人在脊柱外科手术中的应用进展 [J], 李玉希;黄浚燊;刘婷;黄家俊;黄霖
5.脊柱手术机器人在脊柱外科手术中的应用进展 [J], 李玉希;黄浚燊;刘婷;黄家俊;黄霖
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

742017.07基础研究腰椎皮质骨钉道螺钉在腰椎真性滑脱手术中的三维有限元应用曲银娥1　宋永全1,2　韩　晶2　马思琪31华北理工大学基础医学院 河北省唐山市 063210 2宽城满族自治县县医院 河北省承德市 0670003华北理工大学临床专业 河北省唐山市 063210【摘　要】目的：应用三维有限元分析模拟并比较传统钉道（traditional trajectory，TT）与皮质骨钉道（cortical bone trajectory，CBT）的固定强度。

方法：用TT 和CBT 两种方式分别对四组椎体进行模拟置钉，对轴向抗拔出力，屈曲、伸展、弯曲、旋转等应力进行测试，对比固定强度。

结果：在抗拔出力比较中，OV-NV 组的CBT 螺钉相比TT 螺钉具有更强，差异有统计学意义（t=2.10，P<0.05）；上、下、左、右方向应力试验中，NBM-NV、NBM-VS 组中，TT 螺钉较CBT 螺钉固定强度更强，差异均有统计学意义（P<0.05），而在OV-NV 中，固定强度则与其相反。

在NBM-NV、NBM-VS 组屈伸应力比较中，TT 螺钉稳定性明显强于CBT 螺钉内固定，差异具有统计学意义（P<0.01），在旋转应力中，OV-NV 组CBT 螺钉比TT 螺钉能耐受更大的应力，差异具有统计学意义（P<0.05）。

结论：对于骨质疏松峡部完整椎体，CBT 螺钉的抗拔出力及内固定稳定性优于TT 螺钉。

【关键词】腰椎皮质骨钉道螺钉；骨质疏松；腰椎真性滑脱手术；三维有限元1 一般资料病例纳入标准：成年人，腰5椎体真性滑脱，I-II°滑脱。

排除标准：伴有其他腰椎疾病，既往有腰椎手术病史或继发性骨质疏松。

选取骨量正常的腰5椎体真性滑脱患者20例（男性7例，女性13例），原发性骨质疏松合并腰5椎体真性滑脱患者20例（男性8例，女性12例）共40例患者，选取峡部裂椎体(L5椎体)为实验组，峡部正常椎体（L4椎体）作为对照组。

医用生物力学　第24卷　第3期　2009年6月Journal of M edical B io m echanics,V ol .24　N o .3,Jun .2009收稿日期:2008209226;修回日期:2009202203基金项目:教育部博士学科点专项基金资助项目(20070022038)作者简介:孟庆华(19752),女,博士,讲师,研究方向:人机工程学。

通讯作者:孟庆华,Tel:131****1178;E 2mail:huaqing meng666@ 。

文章编号:100427220(2009)0320178205人体脊柱全颈椎三维有限元模型研究与应用孟庆华1,　鲍春雨1,2,　刘晋浩3(1.天津体育学院运动与康复医学工程联合实验室,天津300381;2.东北林业大学工程技术学院,哈尔滨150040;3.北京林业大学工学院,北京100083)摘要:目的　建立全颈椎(C1-C7)三维有限元模型,进行人体颈椎的生物力学特性研究,以其应用于临床的诊断和治疗。

方法　以1例健康成年女性志愿者为研究对象,利用CT 图像,基于3D 插补法,建立人体脊柱颈椎三维有限元模型。

结果　本研究成功地建立了颈椎三维数字化模型,包括7个椎体、5个椎间盘、后部结构及主要7条韧带。

模型体积为74.878c m 3,表面积为326.16c m 2。

整个模型由578007个单元,123358个节点构成。

对模型进行了加载计算,其结果能够反映颈椎的正常生理功能。

结论　本研究所建颈椎三维有限元模型高度模拟了颈椎的结构与材料特性,具有结构完整、空间结构的测量准确度高、单元划分精细、重点突出等优点。

在进行加载计算时发现,椎体、小关节、椎间盘的等效应力、剪切力前屈位时要大于后伸位,计算结果与以往实验结果基本相符,所建颈椎的三维有限元模型可以用于模拟颈椎的生物力学实验。

关键词:有限元法;模型;颈椎;生物力学中图分类号:R318 文献标志码:AS tudy on three 2di m ensional finite ele m ent m odel of cervical spine and it ’s applicationMENG Q ing 2hua 1,　BAO Chun 2yu1,2,　L I U J in 2hao 3.(1.The U nited L ab of Sport and Rehabilitation M edicineEngeering,Tianjin U niversity of Sport,T ianjin 300381,China;2.College of Engineering &Technique in N ortheast Forest U niversity,Haerbin 150040,China;3.Shool of Engineering,B eijing Forestry of U niversity,B eijing 100083,China )Abstract:O bjective T o establish three di m ensi onal finite ele ment model of the whole cervical s p ine and investigate bi ome 2chanic characteristic of the hu man cervical s p ine for app licati on of clinical diagnosis and therapy .M ethod A healthy adult fe male was subjected,three di m ensi onal finite ele mentmodel of the whole cervical s p ine was established using the method of 3D inter polati on with CT .Result The model included seven vertebrae ,five discs,postical structure and seven liga ments .The volu me of the whole model is 74.878cm 3,the surface area is 326.16c m 2,which consisting of 578007ele ments,123358nodes,comparing the si m ulati on data with the literature,the validity of the model was verified .Conclusions The three di m ensi onal finite ele ment model si m ulates the structure and p r operty of cervical s p ine,whose structure is whole,its ele 2ments is fine,the model is very accurate and credible .The equivalent (von M ises )stress and the shear stress of centu m,facet j oints and intervertebral disc in flexi on is higher than in extensi on,the result of the bi omechanic study was better corre 2lated with the available experi m ental data .W hich indicates that ourmodel could be used t o analyse the bi omechanics charac 2teristic of the hu man cervical s p ine f in different conditi on .Key w ords:Finite ele ment method;Model;Cervical s p ine;B i omechanics871 颈段脊柱在整个脊柱中结构较为复杂和特殊,活动度大,稳定性差,最易损伤。

MED术后生物力学三维有限元分析及治疗腰椎间盘突出症术后复发的临床研究中期报告
本研究旨在使用Med技术进行腰椎间盘突出症手术后的生物力学三维有限元分析，并探讨该技术对术后复发的治疗效果。

目前已完成研究的中期报告，具体内容如下：
一、研究背景和目的
腰椎间盘突出症是腰椎病变中的一种常见病，手术治疗是目前常用的治疗方法之一。

但手术后病人易出现复发的情况，影响治疗效果和预后。

因此，本研究旨在探讨Med技术对术后复发的治疗效果，并对其进行生物力学三维有限元分析，为临床治疗提供科学依据。

二、研究方法
1.研究对象
本研究选取2018年1月至2019年12月期间，我院收治的20例腰椎间盘突出症病人作为研究对象，其中10例采用传统手术方式，另外10例采用Med技术。

2.治疗方法
传统手术方式：经后路切开皮肤、筋膜和肌肉后，通过显露椎间盘并行椎体前缘闭合半椎板切开，清除突出部分，整复椎间盘。

Med技术：利用Med设备，在透视下实时观察腰椎间盘的情况，通过微创方式切除椎间盘突出部分。

3.治疗效果评估
分别对两组病人进行术后复查，并记录手术后的疼痛情况、神经功能状态和影像学检查结果，对两组病人的治疗效果进行比较。

4.生物力学三维有限元分析
在一名正常人体上，使用Mimics软件重建L3-L4、L4-L5、L5-S1腰段椎体、椎间盘、髓核等解剖结构，利用Ansys软件建立有限元模型，进行不同手术方式下的应力分析和变形分析。

三、预期成果
本研究将探讨Med技术对腰椎间盘突出症术后复发的治疗效果，并进行生物力学三维有限元分析，为临床治疗提供科学依据，并提高手术治疗的成功率和预后。

轴向加载对腰椎结核模型稳定性影响的三维有限元研究费骏;赖震;魏威;石仕元;沈健;廖胜辉【期刊名称】《浙江中西医结合杂志》【年(卷),期】2013(000)012【摘要】目的：研究轴向加载对腰椎结核三维有限元模型稳定性的影响，为临床治疗腰椎结核提供生物力学理论依据。

方法：选取自愿者采集CT数据，采用专用生物力学软件建立正常材质的L2~L5节段腰椎模型和5种不同的结核模型，在相同的轴向加载条件下进行分析。

结果：通过轴向加载发现，正常腰椎的平均刚度为277N/mm，A、B、C、D、E五型结核腰椎的平均压缩刚度分别为233N/mm、239N/mm、275N/mm、253N/mm和217N/mm。

腰椎结核模型平均刚度比正常模型最大减小近22%；在应力方面，结核破坏区域位于骨皮质时影响最大，出现大的应力集中情况；同时，结核破坏对于椎间盘的力学传导有很大影响。

结论：腰椎结核破坏影响腰椎的稳定性，不同部位的结核破坏产生相应的应力集中，研究结果对临床治疗有指导意义。

【总页数】4页(P961-964)【作者】费骏;赖震;魏威;石仕元;沈健;廖胜辉【作者单位】杭州市红十字会医院骨科杭州 310003;杭州市红十字会医院骨科杭州 310003;杭州市红十字会医院骨科杭州 310003;杭州市红十字会医院骨科杭州310003;杭州市红十字会医院骨科杭州 310003;中南大学信息科学与工程学院计算机科学系【正文语种】中文【相关文献】1.辅酶B12模型化合物的研究(Ⅵ)——轴向及平面配体对RCo(salen)L和RCo(SB)L中Co—C键稳定性的影响 [J], 韩德艳2.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 [J], 朱雷;于秀淳;鲁成林3.植入角度及深度对种植体支抗稳定性影响的三维有限元研究 [J], 周栾慧;杨四维;黄跃;刘健;彭高峰4.单侧加载对髁突表面应力影响的三维有限元研究 [J], 陈新;刘洪臣;熊亚茸;王延荣5.非对称轧制时轧辊轴向力的影响函数法模型──四辊轧机轴向力学行为的研究（Ⅲ） [J], 高永生;邹家祥;张沛臣;周纪华因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

脊柱胸腰段钉棒系统后外侧前后一体内固定的有限元分析汪建良;许科峰【摘要】背景：目前脊柱胸腰段内固定方法均有优缺点，希望探索一种新的内固定方案，使脊柱有效固定的同时，可更安全、方便的进行其他操作。

<br> 目的：建立脊柱胸腰段(T12-L2)三维有限元模型，观察钉棒系统后外侧前后一体内固定对胸腰段稳定性的影响。

方法：基于人正常T12-L2节段的 CT 扫描数据，利用Geomagic 11.0、Ug 7.0、Hypermesh 10.0、Abaqus 6.9.1软件建立T12-L2节段三维有限元模型，并在此基础上分别建立钉棒系统后路固定、前路固定、后外侧前后一体内固定模型，在T12上表面施加500 N预载荷，再施加7.5 N•m的力矩，模拟胸腰段前屈、后伸、左右侧屈及左右旋转等生理活动，观察不同工况下内固定节段的平均刚度。

<br> 结果与结论：3种内固定模型在不同工况下的平均刚度均较正常模型的平均刚度高。

在前屈、左右侧屈、左右扭转等不同工况下，后外侧钉棒系统前后一体固定的平均刚度均高于单纯后路固定，平均刚度分别较后路固定高13%，28%，11%，17%和9%，后伸时平均刚度低于后路固定，比后路固定低6%。

但与前路相比，后外侧钉棒系统前后一体内固定在前屈、左右侧弯3种工况下的平均刚度低于前路固定，平均刚度分别比固定低15%，10%和14%，而在后伸、左右扭转情况下平均刚度高于前路固定，分别比前路固定高5%，12%和2%。

提示后外侧钉棒系统前后一体内固定能够明显提高固定节段的稳定性，在抗后伸及左右扭转方面的稳定性略好于前路固定，而在抗前屈、左右侧弯、左右扭转方面略好于后路固定，因此可作为一种可选的内固定方法。

%BACKGROUND:Currently thoracolumbar fixation techniques have its advantages and disadvantages, it is necessary to explore a new internal fixation to fix the spine effectively and conveniently. <br> OBJECTIVE:Toestablish thoracolumbar (T12-L2) three-dimensional finite element model and observe the effect of anteroposterior integration fixation by posterolateral nail-stick system on thoracolumbar stability. <br> METHODBased on the CT scan data of normal human T12-L2 segments, we used Geomagic 11.0, Ug 7.0, Hypermesh 10.0, Abaqus 6.9.1 software to establish a three-dimensional finite element model of T12-L2 segments. Subsequently we established nail-stick system posterior fixation, anterior fixation, posterolateral anteroposterior integration fixation model. T12 segment was given 500 N preload and 7.5 N·m torque, to simulate thoracolumbar flexion, extension, lateral bending and rotation. The average rigidity of fixed segments under different conditions were observed. <br> RESULTS AND CONCLUSION:Three fixation models showed a higher average rigidity than normal model under different conditions. The average rigidity in anteroposterior integration fixation by posterolateral nail-stick system was increased by 13%, 28%, 11%, 17%and 9%, compared with simple posterior fixation under the conditions such as anterior flexion, lateral bending and lateral rotation, respectively. Under the posterior extension,&nbsp;the average rigidity was reduced by 6%than the posterior fixation. Compared with the anterior fixation, the average rigidity in anteroposterior integration fixation by posterolateral nail-stick system was reduced by 15%, 10%, and 14%under the conditions of anterior flexion and lateral bending. While the average rigidity was higher than anterior flexion under the posterior extension and lateral rotation, increasing 5%, 12%and 2%. The anteroposterior integration fixation byposterolateral nail-stick system can improve the stability of fixed segments, and the stability is higher than anterior fixation at posterior extension and lateral rotation, while higher than posterior fixation in anterior flexion, lateral bending and lateral rotation. So it is a potential fixation method.【期刊名称】《中国组织工程研究》【年(卷),期】2014(000)040【总页数】5页(P6531-6535)【关键词】植入物;数字化骨科;钉棒系统;胸腰段;有限元模型;前后一体内固定;生物力学【作者】汪建良;许科峰【作者单位】解放军第101医院，江苏省无锡市 214000;解放军第101医院，江苏省无锡市 214000【正文语种】中文【中图分类】R3180 引言 Introduction据统计，脊柱胸腰段骨折约占脊柱全部骨折的2/3以上，且常累及脊柱前中柱，从而造成脊柱不稳、脊髓或神经损伤等，已成为导致严重残疾的最常见原因[1]。

CT三维重建配合3D打印技术r在辅助寰枢椎椎弓根螺钉置入的应用价值评估郭飞;王全鹏;代建昊;张莉【摘要】目的:探讨CT三维重建配合3D打印技术在辅助寰枢椎椎弓根螺钉置入的应用价值.方法:通过CT三维重建的多种后处理技术明确寰枢椎病变13例作为观察组,再将CT三维重建、逆向工程原理及快速成形技术相结合,设计出一种新型的导航模板,辅助椎弓根螺钉置入,并与13例之前已通过X线透视置钉法的病例(对照组)进行置钉效果比较.结果:对照组13例共置椎弓根螺钉41枚,其中Ⅰ类置钉9枚,Ⅱ类置钉18枚,Ⅲ类置钉14枚,成功率65.9％;观察组共打印颈椎模型13例,设计导向模板21个,5例由于先前通过X线透视仅在枢椎两侧的椎弓根内置钉,只制作出枢椎的导航模板;模拟手术同样置钉41枚,其中Ⅰ类置钉15枚,Ⅱ类置钉21枚,Ⅲ类置钉5枚,成功率87.8％.结论:CT三维重建的各种后处理技术不仅能够准确的判断寰枢椎病变,并能配合3D打印技术,制作出个体化的导航模板,使上颈椎椎弓根螺钉的置入变得既安全又省时,并能在术后准确评估置钉效果.【期刊名称】《蚌埠医学院学报》【年(卷),期】2018(043)006【总页数】5页(P784-788)【关键词】寰枢椎病变;辅助椎弓根螺钉置入;CT三维重建;3D打印技术【作者】郭飞;王全鹏;代建昊;张莉【作者单位】蚌埠医学院第一附属医院放射科,安徽蚌埠233004;蚌埠医学院影像学系,安徽蚌埠233030;安徽省淮南市第一人民医院骨科,232007;蚌埠医学院影像学系,安徽蚌埠233030【正文语种】中文【中图分类】R323.4寰枢椎由于具有多个联合、多个关节，结构非常复杂。

以往对于寰枢椎病变的诊断仅依靠X线片或普通CT扫描，虽然能显示部分解剖结构，但漏诊或误诊率高，远远不能满足临床需求。

近年来随着多排螺旋CT的广泛应用，多种后处理技术在寰枢椎病变的诊断中发挥了重要作用[1]。

颈椎后路手术一直以来是脊柱外科学领域的重点和难点，目前主要以钉棒系统为主，包括椎弓根螺钉、侧块螺钉和经关节螺钉、棘突螺钉、椎板螺钉系统等[2]。

PEEK棒椎弓根螺钉内固定系统对椎间盘内压力影响的生物力学研究和三维有限元分析目的通过体外生物力学实验及三维有限元建模分析PEEK棒椎弓根螺钉内固定系统对相邻节段椎间盘内压力(Intradiscal pressure,IDP)的影响。

方法取10具适当长度新鲜的羊脊柱标本(L3-L6),将脊柱标本截取合适长短,剔除标本周围附着的肌肉、脂肪等组织,保留完整的关节囊、韧带、椎间盘及骨性结构。

然后采用模具浇注牙托粉包埋标本两端,并将标本编号。

对每具标本依次行不同方式内固定处理,依据处理方式分为以下5个实验组:未处理组(Intact组)、钛棒单节段融合组(TS组)、PEEK棒单节段融合组(PS组)、PEEK棒双节段杂交组(PD组)和钛棒双节段融合组(TD组)。

每个标本通过MTS多自由度脊柱运动模拟测试系统完成前屈、后伸、左/右侧弯、左/右扭转6个方向的完整动作。

脊柱三维运动试验机对脊柱标本的加载顺序是测量后伸、前屈、后伸、前屈、后伸、前屈,然后测量右侧弯、左侧弯、右侧弯、左侧弯、右侧弯、左侧弯,最后进行三次左右旋转。

MTS系统设定轴向压力为50N,扭矩大小为:3N.m。

同时由针头式压力传感器记录脊柱标本在三维活动时所测椎间盘内的压力值。

建立L1-S正常腰椎模型。

根据图纸在Pro/E Wildfire 1.0(PTC,the United States)软件中建立内固定系统模型,在L1椎体上给予350N及40N.m模拟活动,测试L2至L5节段在各个方向上的椎间盘内压力。

结果TS组及PS组的上位邻近节段IDP高于Intact组(P=0.00);PS组上位相邻节段椎间盘压力值明显低于TS组(P=0.00);PD组过渡阶段椎间盘压力值明显低于TS组上位相邻节段椎间盘压力值(P=0.00);PD组上位相邻节段椎间盘压力值明显低于TD组(P=0.00)。

在给定的负荷及力矩下,行L4/5钛棒固定,屈伸、侧屈及轴向旋转活动时,L3/4椎间应力较正常状态下增加;而应用PEEK棒杂交手术后,L3/4椎间应力在各个方向运动中均较正常状态下减小。

伤椎椎弓根螺钉内固定治疗胸腰段椎体压缩骨折的三维有限元分析马立敏;周烨;张余;夏虹;尹庆水;周霞【期刊名称】《中国数字医学》【年(卷),期】2013(000)010【摘要】Objective:To construct a three-dimensional finite element model of thoracolumbar vertebral compression fractures and to investigate the biomechanical mechanism of the treatment about thoracolumbar vertebral compression fractures with pedicle screws in injured level and t to provide theoretical support for its clinical application.Methods: A youth volunteer(male, aged 23)without chronic low back pain and trauma of thoracolumbar was chosen. We use Dicom datas and Simpleware software to built a 3-D finite element model to mimic the fracture of T12-L2 and L1 vertebra then two therapy approaches of posterior short segment intemal fixation(PF),and transvertebral pedicle screws internal fixation were performed by 3-D finite element model.These two models were put intoAbaqus 6.9 finite element analysis software,axial load 750N were loaded and 10Nm moment vertical compression, flexion, extension,and bending loadings were performed, respectively to study the corresponding Von Mises stress on the vertebral body and implant were calculated and load-displacement curve were obtained in the two models. Results: The stress under the vertical loading was the had no difference between thetwo groups(P>0.05)and under bending, flexion and torsion condition in the three condition model screw stress has significant difference(P<0.05). Conclusions: The six-screw group(with grip) can be optimized to reduce the failure of internal fixation with pedicle screws in injured level.%目的：构建脊柱胸腰椎单纯压缩性骨折的三维有限元模型，探讨伤椎椎弓根螺钉内固定治疗胸腰段椎体压缩骨折的应力情况，为临床选择有效的内固定方法提供理论依据。

通讯作者:王自立E mail:wangzlnx@Corresponding author:WANG Zi li E 脊柱结核的外科治疗是困扰脊柱外科医生工作的一个难点,在本期的几篇文章中[1-4],作者对脊柱结核病灶清除方法和内固定方法做出了创新性的探索,并取得了较为理想的临床疗效,但存在样本量较小、随访时间较短的缺点,仍需大样本的前瞻性临床试验来进一步验证。

关于脊柱结核内固定手术中内固定范围问题,目前还没有统一共识或指南,在临床上应用较为混乱。

活动期胸腰椎结核的固定节段过长是其中最为突出的问题[5-6]。

绝大多数学者所采用的内固定方法是除了固定必须固定的病变所累及的运动单元外,往往还同时对多个正常运动单元进行固定[7-9]。

较长固定范围固然可获得坚强的固定效果,但随之也丢失了正常节段的运动功能[10-11]。

同时过长的固定节段不可避免会增加相邻椎体邻椎病的发病风险[12-14]。

如何在保证治愈病灶、重建脊柱稳定性、恢复脊髓功能的前提下,最大程度地缩短固定范围、保留脊柱正常运动单元的运动功能,是一个亟待解决的问题。

有作者[15-17]对胸腰椎结核手术3种常用器械内固定方法(长节段固定、短节段固定和病椎间固定)的适应证、操作方法及优缺点进行了归纳总结,并提出一些自己的看法,以引起脊柱外科医生对此问题的重视。

1胸腰椎结核长节段固定长节段固定是指固定范围不仅包括受累椎体,还包括其上下各2个及以上正常运动单元的固定方法[18]。

该方法现已较少用于前路固定,多被用于后路内固定。

长节段固定后往往同时给予病椎间融合用以保证和增强固定效果,病椎间融合主要包括前路的病椎间融合与后路的后外侧病椎间融合。

长节段固定时切不可将正常的运动单元予以融合,而且术后应尽量早期取出内固定装置。

长节段固定的手术方法主要包括后路病椎及相邻正常脊椎的置钉、后外侧病椎间植骨融合与前路椎体间病椎间融合等手术操作。

长节段固定又可分为前路长节段内固定和后路长节段内固定。