骨质疏松性脊柱骨折外科干预方案及其预后的生物力学仿真分析模型

100例脊柱后凸矫正的生物力学分析
高梁斌;陈立龙;盛选军;李健生;徐海荣
【期刊名称】《华南国防医学杂志》
【年(卷),期】1991(0)1
【摘要】有关脊柱后凸畸形后方截骨的手术方法,从1945年 Smith-Petersen 以后有不少报道,但有关生物力学文献尚少见到。

近年来,我们采用一次性多平面椎弓椎体联合楔形截骨术矫正脊柱后凸畸形100例,其中Cobb’s 角90°以上44例,主动脉钙化41例,均已成功。

为阐明一些有关临床问题,我们做了生物力学分析,现报道如下。

【总页数】3页(P5-7)
【关键词】脊柱后凸;生物力学分析;截骨术;楔形;截骨面;Petersen;手术矫正;脊柱压缩性骨折;脊柱滑脱;动脉钙化
【作者】高梁斌;陈立龙;盛选军;李健生;徐海荣
【作者单位】157中心医院;第一军医大学物理教研室
【正文语种】中文
【中图分类】R
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C B T螺钉治疗A３型胸腰段骨质疏松性骨折的生物力学研究曹师锋,宋鑫,倪明,厉国定,孙杰,李坤(上海健康医学院附属浦东新区人民医院骨科,上海㊀２０１２９９)㊀㊀摘要:目的㊀观察皮质骨通道螺钉固定A３型胸腰椎骨质疏松性椎体骨折的生物力学即刻稳定性.方法㊀取６具新鲜老年尸体胸腰段脊柱标本,在M T SＧ８５８脊柱生物力学实验机上测试原始状态㊁传统固定㊁皮质骨通道螺钉(c o r t i c a l b o n e t r a j e c t o r y,C B T)固定㊁骨折传统固定㊁骨折C B T固定五种工况下的L１~３的活动范围.结果㊀传统固定组㊁C B T固定组的三维六自由度活动范围较原始状态组明显降低(P＜０．０１),传统固定组和C B T固定组之间没有显著差异.骨折传统固定组和骨折C B T固定组的三维活动总体上比原始状态组降低(P＜０．０５),但是骨折传统固定组和骨折C B T固定组之间差异无统计学意义.骨折传统固定组和骨折C B T固定组的三维活动,分别比传统固定组和C B T固定组之间的三维活动有所增加,但是差异无统计学意义(P＞０．０５).结论㊀骨折后C B T螺钉固定可获得与骨折后普通椎弓根螺钉固定相似的即刻稳定性,C B T螺钉固定可用于老年A３型骨质疏松性胸腰椎骨折的临床治疗.关键词:骨质疏松;脊柱骨折;内固定,皮质骨通道;椎弓根螺钉;生物力学B i o m e c h a n i c a l S t u d y o fC o r t i c a lB o n eT r a j e c t o r y S c r e wF i x a t i o n i n t h eO s t e o p o r t i cT y p eＧA３T h o r a c oＧl u m b a rF r a c t u r e sC a oS h i f e n g,S o n g X i n,N iM i n g,e t a l(D e p a r t m e n t o fO r t h o p e d i c s,P e o p l e＇sH o s p i t a l o f P u d o n g,S h a n g h a iU n i v e r s i t y o fM e d i c i n e&H e a l t hS c i e n c e s,S h a n gＧh a i㊀２０１２９９,C h i n a)A b s t r a c t:O b j e c t i v e㊀T oa n a l y z eb i o m e c h a n i c a l s t a b i l i t y o f c o r t i c a l b o n e t r a j e c t o r y s y s t e mi n t h eo s t e o p o r o t i c t y p eＧA３t h o r a c o l u m b a r f r a c t u r e s．M e t h o d s㊀S i xf r e s ht h o r a c o l u m b a r s p i n a l f u n c t i o nu n i t s(L１~３)w e r eh a r v e s t e df r o m o l d c a d a v e r s p i n e s．B o n em i n e r a l d e n s i t y(B M D)w a sm e a s u r e d f o r a l l t h e v e r t e b r a l b o d i e s．T h e r a n g e s o fm o t i o n o f a l l s p e cＧi m e n sw e r e d e t e c t e d o n t h eM T SＧ８５８s p i n a l b i o m e c h a n i c s t e s t i n g i n s t r u m e n t u n d e r d i f f e r e n t s t a t e s r e s p e c t i v e l y,n o r m a l s t a t e,c l a s s i c p e d i c l e s c r e wf i x a t i o n,c o r t i c a l b o n e t r a j e c t o r y s c r e wf i x a t i o n,t y p eA３L２v e r t e b r a lb o d y f r a c t u r ec l a s s i cＧp e d i c l e s c r e wf i x a t i o n,a n d t y p eA３L２v e r t e b r a l b o d y f r a c t u r e c o r t i c a l b o n e t r a j e c t o r y s c r e wf i x a t i o n．R e s u l t s㊀R a n g e s o f m o t i o na t f l e x i o n,e x t e n s i o n,l e f tb e n d i n g,r i g h tb e n d i n g,l e f ta x i a l r o t a t i o na n dr i g h ta x i a l r o t a t i o n w e r es i g n i f i c a n t l y l o w e r i n t h e c o r t i c a l b o n e t r a j e c t o r y s c r e w g r o u p a n d c l a s s i c p e d i c l e s c r e w g r o u p t h a n i n t h en o r m a l s t a t e g r o u p(P＜０．０１)．T h e r ew e r en o s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e sb e t w e e nt h e r a g e so fm o t i o no f t h ec o r t i c a l b o n e t r a j e c t o r y s c r e wf i x a t i o n g r o u p a n d c l a s s i c p e d i c l e s c r e wf i x a t i o n g r o u p．T h e r a n g e so f t h r e eＧd i m e n s i o n a lm o t i o nw e r e s i g n i f i c a n t l y l o w e r i nt h e t y p eA３L２v e r t e b r a l b o d y f r a c t u r e c l a s s i c p e d i c l e s c r e wf i x a t i o n g r o u p a n d t y p eA３L２v e r t e b r a l b o d y f r a c t u r e c o r t i c a l b o n e t r a j e c t o r y s c r e wf i x a t i o n g r o u p t h a ni nt h en o r m a l s t a t e g r o u p(P＜０．０５)．L i k e w i s e,t h e r ew e r en os i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e sb e t w e e n t h e r a n g e o fm o t i o no f t h e t y p eA３L２v e r t e b r a l b o d y f r a c t u r e c l a s s i c p e d i c l e s c r e wf i x a t i o n g r o u pa n d t y p eA３L２v e r t eb r a l b o d y f r ac t u r e c o r t i c a l b o n e t r a j e c t o r y s c r e wf i x a t i o n g r o u p(P＞０．０５)．T h e r a n g eo fm o t i o nb e t w e e n t h ec l a s s i c p ed i c le s c r e wf i x a t i o ng r o u p a n d th e t y p eA３L２v e r t e b r a l b o d y f r a c t u r e c l a s si c p e d i c l e s c r e wf i x a t i o n g r o u p w a s i n s i g n i f i c a n t(P＞０．０５)．C o n c l u s i o n㊀T h e s er e s u l t sc o n f i r m e dt h a t c o r t i c a lb o n e t r aj e c t o r y t e c h n o l o g y c a n o b t a i n s i m i l a r i mm e d i a t e s t a b i l i t y a s t h e t r a d i t i o n a l p e d i c l e s c r e wf i x a t i o n i n t h e o s t e o p o r o t i c t y p eＧA３t h o r a c o l u m b a r f r a cＧt u r e s．S i m u l t a n e o u s l y,i t i s a g o o d c h o i c e f o r t h e o s t e o p o r o t i c t y p eＧA３t h o r a c o l u m b a r f r a c t u r e s．K e y w o r d s:o s t e o p o r o s i s;s p i n a l f r a c t u r e s;i n t e r n a l f i x a t i o n;c o r t i c a lb o n et r a j e c t o r y;t r a n s p e d i c u l a rs c r e w;b i o m eＧc h a n i c s㊀㊀皮质骨通道螺钉技术(c o r t i c a l b o n e t r a j e c t o r y,C B T)最早由S a n t o n i[１]于２００９年提出,并逐渐应用于脊柱内固定手术,但目前鲜有比较胸腰段骨折标本C B T螺钉和普通椎弓根螺钉固定生物力学稳定性的报道[２~６].本研究采用新鲜老年尸体标本模拟A３型胸腰段骨质疏松性椎体骨折,分别使用C B T螺钉和普通椎弓根螺钉进行固定,比较两种内固定状态下的生物力学稳定性,为临床应用C B T螺钉治疗骨质疏松性椎体骨折提供理论依据.基金资助:上海市浦东新区卫生系统学科带头人培养计划(P WR DＧ０１)曹师锋,宋鑫,倪明,等．C B T螺钉治疗A３型胸腰段骨质疏松性骨折的生物力学研究[J]．实用骨科杂志,２０１９,２５(４):３３３Ｇ３３７． ３３３㊀实用骨科杂志㊀第２５卷,第４期,２０１９年４月㊀１㊀资料与方法１．１㊀实验标本㊀取６具新鲜老年尸体胸腰段脊柱标本,修剪骨性标本附着的皮肤肌肉等软组织,保留骨骼㊁关节囊及关节㊁附着韧带.对每个标本拍摄正侧位X 线片,并用双能X 线测定L ２椎体骨密度,－２０ħ冻存待用.标本信息见表１.１．２㊀内植物材料及实验仪器㊀普通椎弓根螺钉,钛合金材质,直径６．０mm ,长度４５mm ;C B T 螺钉(万向椎弓根螺钉),钛合金材质,直径４．５mm ,长度３５mm ;连接棒,钛合金材质,直径５０mm ,长度根据实验情况剪裁.脊柱生物力学实验机(MT S Ｇ８５８M i n iB i o n i x 型,美国),动态视频监视器(Q u a l i s ys 光学运动捕捉系统,瑞典).１．３㊀实验方法㊀参照E r k a n 等[７]标本包埋方法固定标本,实验开始前一天将标本置于室温下自然解冻,按顺序制作下列五种工况,并拍摄各标本每个工况下的正侧位X 线片,然后测定L １和L ３的前后屈伸㊁左右侧屈㊁左右轴旋三维六自由度的运动范围.正常完整标本工况(原始状态组),见图１.普通椎弓根钉固定工况(传统固定组),见图２.螺钉植入方法:采用经典 人字嵴 法定位椎弓根钉进钉点,依次开口㊁扩髓㊁丝攻㊁置入椎弓根钉,进钉方向垂直于椎体冠状面,与椎体矢状面成角１０ʎ~１５ʎ,放置连接棒并螺帽固定锁紧.皮质骨通道螺钉内固定工况(C B T 固定组),见图３.螺钉植入方法:采用S a n t o n i 等的C B T 螺钉进钉点(上关节突的垂直平分线和横突下方１mm 处水平线的交叉点),进钉方向在矢状位上向头端倾斜(头倾角)约２５ʎ~２６ʎ,在横断面上向外倾斜(外偏角)约８ʎ~９ʎ,放置连接棒并将螺帽固定锁紧[８].表１㊀胸腰段脊柱标本的原始资料标本号性别年龄(岁)身高(m )体重(k g )X 线表现B M D (m g/c m ３)TS c o r e (S D )取材时间(h )保存时间(d )１女７４１．６３６６正常１２６．５＜－２．５３．５１９２男７１１．７１６８正常１２１．５＜－２．５３．５２４３女７８１．６１６９正常１２４．３＜－２．５３．５２６４男７３１．７３７５正常１１２．４＜－２．５２．５２０５女７９１．６３７０正常１１３．５＜－２．５２．５２２６男７８１．７２７４正常１１０．３＜－２．５２．０１７图１㊀正常完整工况标本正侧位X 线片㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图２㊀普通椎弓根钉固定工况标本正侧位X 线片㊀㊀㊀㊀㊀㊀图３㊀皮质骨通道螺钉内固定工况标本正侧位X 线片㊀㊀A ３型L ２椎体骨折模型经椎弓根钉内固定(骨折传统固定组)工况见图４.楔形切除L ２椎体(高度为前缘中部１/３,深度为椎体前后径２/３),然后在MT S Ｇ８５８实验机上前屈压缩至闭合,按普通椎弓根钉螺钉植入方法置钉㊁安装连接棒并螺帽固定锁紧.A ３型L ２椎体骨折模型经皮质骨通道螺钉内固定工况(骨折CB T 固定组),见图５.标本制作方法同上,采用上述C B T 螺钉内固定螺钉植入方法置钉并将螺帽固定锁紧.１．４㊀加载和测试方法(见图６)㊀将包埋好的脊柱标本上下端包埋盒分别固定在MT S ８５８脊柱生物力学实验机标本固定底座和加载盘的金属杯内,保持自然生理曲度,以使前载荷为０Nm .将１mm 克氏针分散固定于L １~３椎体标本前方,利用四个不共线的圆球标志点通过底座固定于克氏针上,便于监视器确定每个节段的空间位置;注意确认插入的克氏针位于椎体内,避免影响测试结果.对标本施加１０N m的纯力偶矩[７],在前载荷为０N m 的情况下,标本相应地作单纯的三维六自由度运动;标本完成一个加载卸载循环后,蠕变６０s ;重复加载卸载循环３次,间隔时间为６０s;最后一 ４３３ ㊀J o u r n a l o fP r a c t i c a lO r t h o p a e d i c sV o l ．２５,N o ．４,A pr ．２０１９㊀个循环的数据作为测量记录.由Q u a l i s y s 光学运动捕捉系统拍摄在零载荷和最大载荷时的L １和L ３椎体的三维六自由度的运动范围.图４㊀A ３型L ２椎体骨折模型经椎弓根钉内固定工况标本正侧位X 线片㊀㊀㊀㊀图５㊀A ３型L ２椎体骨折模型经皮质骨通道螺钉内固定工况标本正侧位X 线片㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图６㊀MT S ８５８脊柱生物力学实验机测试１．５㊀统计学处理方法㊀第３次卸载后零载荷与中立位之间的位移为中性区(n e t u r e z o n e ,N Z ),反映标本最初刚度.第３次卸载后零载荷与最大载荷间的位移为弹性区(e l a s t i c z o n e,E Z ),代表椎体运动弹性阻力.中性区与弹性区之和即为运动范围(r a n g e so fm o t i o n ,R OM ).计算五种工况下L １㊁L ３的运动范围及差值,即代表L １~３复合体在各种状态下的即刻稳定性.计量数据用( x ʃs )表示.在S P S Sf o rW i n d o w s１９．０统计软件中对不同工况的运动范围进行配对计量资料t检验,以P ＜０．０５为差异有统计学意义.２㊀结㊀㊀果２．１㊀全部６具标本试验前X 线检查证实无骨性结构畸形和发育异常,无意外损伤及其他病变,所有标本的骨密度值(b o n em i n e r a l d e n s i t y ,B MD )值位于１１０．３~１２６．５m g/c m ３之间,均比正常健康成年人的B M D 值降低２．５个标准差以上,符合骨质疏松的诊断标准.标本骨折造模后行肉眼和X线检查均证实没有出现L １㊁L ３椎体压缩性骨折表现,L ２骨折属于A ３型骨折,无椎弓根骨折发生.内固定植入后椎弓根螺钉及C B T 螺钉位置准确,无置钉引起医源性骨折发生.各个工况下没有出现肉眼可见的内固定移位情况.２．２㊀L １~３复合体的运动范围(见表２).２．２．１㊀屈伸运动㊀L １~３复合体屈伸运动范围各工况之间有差异.传统固定组和C B T 固定组的屈曲㊁后伸运动范围总体上比原始状态组显著减少(P ＜０．０１),但是传统固定组和C B T 固定组之间没有差异.骨折传统固定组和骨折C B T 固定组的屈曲㊁后伸运动范围总体上比原始状态组减少(P ＜０．０５),但是骨折传统固定组和骨折C B T 固定组之间没有差异.骨折传统固定组和传统固定组之间的屈曲和后伸运动范围有增加,但是没有差异.同样骨折C B T 固定组和C B T 固定组之间的屈曲和后伸运动范围也有增加,但是差异无统计学意义(P ＞０．０５).表２㊀L １~３复合体各工况下运动范围(R OM )( x ʃs ,ʎ)工况屈曲后伸左侧屈右侧屈左轴旋右轴旋原始状态①１２．１８ʃ０．７０８．９２ʃ０．６４９．７３ʃ０．８２１０．０５ʃ０．９１４．３３ʃ０．６１４．５１ʃ０．７９传统固定②３．９２ʃ０．８３２．８６ʃ１．１３２．８１ʃ０．８９２．９１ʃ０．８２３．２７ʃ０．８８３．４８ʃ０．８３C B T 固定③４．２３ʃ０．７８２．９４ʃ１．０６２．９７ʃ０．９７３．２９ʃ０．９０３．４１ʃ０．９４３．８２ʃ０．８９骨折传统固定④４．８５ʃ０．３４４．０５ʃ０．３２５．８５ʃ０．４３５．５４ʃ０．４１３．８５ʃ０．３９３．８４ʃ０．４３骨折C B T 固定⑤４．９７ʃ０．４９４．２１ʃ０．６４５．９６ʃ０．５８５．９４ʃ０．５２３．９６ʃ０．４５３．９９ʃ０．４８①与②比较P 值０．００９０．００８０．００８０．００７０．００９０．０１０①与③比较P 值０．０１７０．００７０．００９０．００８０．０１２０．０１４②与③比较P 值０．３１６０．４１２０．１２５０．１３７０．１０８０．１１７①与④比较P 值０．０３８０．０４２０．０３９０．０４１０．０８５０．０７８①与⑤比较P 值０．０４２０．０４８０．０４２０．０４９０．０９２０．０８４④与⑤比较P 值０．２７６０．３４２０．２１１０．１８５０．１１４０．１０５②与④比较P 值０．０６８０．０５１０．０３４０．０４９０．２７１０．２７９③与⑤比较P 值０．０７３０．０５３０．０４１０．０５２０．２６８０．２５４５３３ ㊀实用骨科杂志㊀第２５卷,第４期,２０１９年４月㊀２．２．２㊀侧屈运动㊀L１~３复合体侧屈运动范围在各个工况之间有差异.传统固定组和C B T固定组的左右侧屈运动范围总体上比原始状态组显著减少(P＜０．０１),但是传统固定组和C B T固定组之间差异无统计学意义.骨折传统固定组和骨折C B T固定组的左右侧屈运动范围总体上比原始状态组减少(P＜０．０５),但是骨折传统固定组和骨折C B T固定组之间差异无统计学意义.骨折传统固定组和传统固定组之间的左右侧屈运动范围有增加,差异有统计学意义(P＜０．０５).同样骨折C B T固定组和C B T固定组之间的左右侧屈运动范围也有增加.２．２．３㊀旋转运动㊀L１~３复合体左右轴旋运动范围在各个工况之间有差异.传统固定组和C B T固定组的左右轴旋运动范围总体上比原始状态组减少(P＜０．０５),但是传统固定组和C B T固定组之间差异无统计学意义.骨折传统固定组和骨折C B T固定组的左右轴旋运动范围与原始状态组相比差异无统计学意义(P＞０．０５),骨折传统固定组和骨折C B T固定组之间差异无统计学意义(P＞０．０５).骨折传统固定组和传统固定组之间的左右轴旋运动范围有增加,但差异无统计学意义(P＞０．０５).同样骨折C B T固定组和C B T固定组之间的左右轴旋运动范围差异无统计学意义(P＞０．０５).３㊀讨㊀㊀论３．１㊀C B T螺钉的生物力学特点㊀应用普通椎弓根螺钉内固定治疗胸腰椎骨折能够达到即刻稳定脊柱三柱的治疗目的,影响即刻稳定性的因素有螺钉的直径㊁长度㊁形状㊁螺纹等.而在骨质疏松性压缩性骨折的患者中,骨密度是影响普通椎弓根螺钉固定后骨折椎即刻稳定性和螺钉拔出力更为重要的因素[９,１０].C B T螺钉通过把持进钉处椎板㊁椎管内侧㊁椎弓根外侧及椎体上终板或外侧壁的４处骨皮质,最大程度地把持椎弓根的皮质骨,达到增强螺钉把持力的效果[１,５]. M a i等[９]研究发现,C B T螺钉置钉点的B M D高于普通椎弓根螺钉,S a n t o n i等[１]通过q C T扫描研究发现C B T螺钉周围主要是高密度的骨质,并且螺钉的拔出力大小与松质骨的骨密度无显著相关性.对脊柱骨折而言,固定节段的活动度是反映即刻稳定性的重要指标,R OM值越小,说明内固定效果越可靠.P e r e zＧO r r i b o等[１１]比较了正常状态㊁普通椎弓根螺钉固定㊁C B T螺钉固定三种状态的非骨折标本的三维六自由度的R OM,发现C B T螺钉固定左右轴向旋转R OM比普通椎弓根螺钉明显降低,前屈后伸和左右侧屈的R OM和普通椎弓根螺钉固定相比差异无统计学意义.S a n t o n i等[１]㊁I n c e o g l u等[１２]和B a l u c h等[１３]都发现C B T螺钉的拔出力要明显高于普通椎弓根螺钉.M a t s u k aＧw a等[５,６,１４]用螺钉的最大拧入力矩评价螺钉固定强度,C B T 螺钉在腰椎㊁胸椎及骶椎椎体的最大拧入力矩分别是普通椎弓根螺钉的１．７倍㊁１．５倍和１．４倍,说明C B T螺钉具有更大的螺钉骨把持力和更好的固定效果.邵明昊等[１５]通过三维有限元分析建立骨质疏松症患者腰椎模型,发现C B T螺钉抗拔出力比普通椎弓根螺钉高出２６．０４％.本研究中使用的普通椎弓根螺钉直径为６．０mm㊁长度４５mm;使用的皮质骨螺钉直径为４．５mm,长度３５mm;虽然没有观察C B T螺钉和普通椎弓根螺钉的抗拔出力,但实验中没有发现肉眼可见的螺钉松动和拔出.３．２㊀C B T螺钉应用于胸腰段骨折的生物力学特点㊀有学者报道了临床应用C B T固定胸腰段骨折的初步结果.M o b b s 等[１６]报道了中线固定(m e d i oＧl a t e r oＧs u p e r i o r t r a j e c t o r y, M L S T)置钉技术在胸腰段爆裂性骨折和腰椎退变性疾病中的应用,取得了满意的效果.姚羽等[１７]报道了C B T技术治疗单节段胸腰段骨折的初步应用结果,认为C B T螺钉技术不仅适用于合并椎弓根骨折的胸腰段脊柱骨折病例,亦适用于合并骨质疏松症的胸腰段椎体骨折患者.周春峰等[１８]报道了C B T螺钉技术应用于胸腰段爆裂性骨折的有限元分析结果,测试了脊柱完整状态㊁爆裂性骨折㊁以及爆裂性骨折后的４种固定组合共６种状态下的即刻稳定性,结果提示４C B T螺钉内固定和６C B T螺钉内固定与６椎弓根钉内固定法相比,即刻稳定性仍有一定的差距,但两者均能够提供近似甚至高于传统４枚椎弓根钉内固定法的固定稳定性,认为C B T螺钉置钉法能在理论上成为提供胸腰段爆裂性骨折稳定性的备选方案.姚羽等[１９]选用１０具新鲜小牛L３~６标本模拟腰椎后路椎板切除减压椎间融合内固定手术,观察C B T 螺钉㊁普通椎弓根螺钉两组标本的三维六自由度R OM,结果提示C B T螺钉组和普通椎弓根螺钉组的活动度均明显低于正常对照组,而C B T螺钉组活动度与普通椎弓根螺钉组差异无统计学意义.C B T螺钉和普通椎弓根螺钉相比,具有软组织剥离范围小㊁神经根损伤的危险少等优势[６].C B T螺钉应用于胸腰段骨质疏松性椎体压缩性骨折的生物力学和临床研究较少,究其原因可能是由于C B T螺钉解剖上只是中后柱固定,达不到普通椎弓根螺钉的三柱固定,尤其在屈曲位时C B T螺钉固定的力学效果不明显,无法有效恢复并维持骨折椎体的前柱高度.本研究结果提示,采用A３型L２椎体骨折模型,分别应用普通椎弓根螺钉固定和C B T螺钉固定,L１~３复合体的屈曲㊁后伸运动范围没有显著差异.骨折后采用C B T 螺钉和普通椎弓根螺钉固定后的屈伸运动范围虽然有所增加,但是差异无统计学意义(P＞０．０５),C B T螺钉固定应该是６３３ ㊀J o u r n a l o fP r a c t i c a lO r t h o p a e d i c sV o l．２５,N o．４,A p r．２０１９㊀老年A３型骨质疏松性胸腰段压缩性骨折较好的临床选择.３．３㊀研究不足㊀本文用新鲜老年尸体标本测试C B T螺钉和普通椎弓根螺钉固定A３型L２椎体骨折生物力学稳定性,旨在治疗胸腰段骨质疏松性压缩骨折.C B T螺钉和普通椎弓根螺钉的生物力学特性也提示,钉道周围骨密度对于测试结果影响很大,因此如何选择测试标本并且保证骨质疏松程度具有可比性十分重要.虽然本研究结果提示６具标本的骨密度值符合骨质疏松的诊断标准,但是为了保证测试结果具有更高的准确性和可重复性,需要更多样本的生物力学测试来消除骨质疏松程度㊁螺钉植入操作和螺钉植入通道的差异对测试结果的影响.本研究结果提示,辅助体位复位后C B T螺钉固定的方法可以达到和普通椎弓根螺钉固定类似的即刻稳定性,可以有效恢复并维持骨折椎体的前柱高度,但仍然需要临床应用的随访结果证实.参考文献:[１]S a n t o n i B G,H y n e sR A,M c G i l v r a y K C,e t a l．C o r t i c a lb o n e t r a j ec t o r y f o r l u m b a r p ed i c l es c re w s[J]．S p i n eJ,２００９,９(５):３６６Ｇ３７３．[２]M i z u n o M,K u r a i s h iK,Um e d aY,e t a l．M i d l i n e l u mＧb a r f u s i o n w i t hc o r t i c a lb o n et r a j e c t o r y s c r e w[J]．N e u r o lM e dC h i r(T o k y o),２０１４,５４(９):７１６Ｇ７２１．[３]S o n g T,H s u WK,Y e T．L u m b a r p e d i c l ec o r t i c a lb o n e t r a j ec t o r y s c r e w[J]．C h i nM ed J(E n g l),２０１４,１２７(２１):３８０８Ｇ３８１３．[４]U e n oM,I m u r aT,I n o u eG,e t a l．P o s t e r i o r c o r r e c t i v ef u s i o nu s i ng ad o u b l eＧt r a j e c t o r y t e ch ni q u e(c o r t i c a lb o n e t r a j ec t o r y c o m b i n e dw i t h t r ad i t i o n a l t r a je c t o r y)f o r d eg e n e r a t i v e l u m b a r s c o l i o s i sw i t ho s t e o p o r o s i s:t e c h n i c a l n o t e[J]．JN e u r o s u r g S p i n e,２０１３,１９(５):６００Ｇ６０７．[５]M a t s u k a w aK,Y a t oY,K a t oT,e t a l．I nv i v o a n a l y s i s o f i n s e r t i o n a l t o r q u ed u r i n gp e d i c l es c r e w i n g u s i n gc o r t i c a l b o n e t r a j e c t o r y t e c h n i q u e[J]．S p i n e,２０１４,３９(４):E２４０ＧE２４５．[６]M a t s u k a w a K,Y a t o Y,H y n e s R A,e ta l．C o r t i c a lb o n e t r a j ec t o r y f o r t h o r a c i c p ed i c le s c r e w s:At e c h n iＧc a l n o t e[J]．C l i n S p i n eS u r g,２０１７,３０(５):E４９７ＧE５０４．[７]E r k a nS,W uC,M e h b o dA A,e t a l．B i o m e c h a n i c a le v a l u a t i o nof an e wa x i a L I Ft e c h n i q u e f o r t w oＧl e v e ll u m b a r f u s i o n[J]．E u r S p i n e J,２００９,１８(６):８０７Ｇ８１４．[８]P h a n K,H o g a nJ,M a h a r a j M,e ta l．C o r t i c a lb o n e t r a j e c t o r y f o r l u m b a r p e d i c l e s c r e w p l a c e m e n t:Ar eＧv i e wo f p u b l i s h e dr e p o r t s[J]．O r t h o p S u r g,２０１５,７(３):２１３Ｇ２２１．[９]M a iH T,M i t c h e l l S M,H a s h m i S Z,e t a l．D i f f e r e n c e si nb o n e m i n e r a ld e n s i t y o ff i x a t i o n p o i n t sb e t w e e nl u m b a r c o r t i c a la n dt r a d i t i o n a l p e d i c l es c r e w s[J]．S p i n e J,２０１６,１６(７):８３５Ｇ８４１．[１０]C h o W,C h oS K,W uC．T h eb i o m e c h a n i c so f p e d i c l e s c r e wＧb a s e di n s t r u m e n t a t i o n[J]．JB o n eJ o i n tS u r g(B r),２０１０,９２(８):１０６１Ｇ１０６５．[１１]P e r e zＧO r r i b oL,K a l bS,R e y e sP M,e t a l．B i o m e c h a nＧi c s o f l u m b a r c o r t i c a l s c r e wＧr o d f i x a t i o n v e r s u s p e d iＧc l es c r e wＧr o df i x a t i o n w i t ha nd w i t h o u ti n te r b o d ys u p p o r t[J]．S p i n e,２０１３,３８(８):６３５Ｇ６４１．[１２]I n c e o g l uS,M o n t g o m e r y WH,J r．,S tC S,e t a l．P e d iＧc l e s c r e wi n s e r t i o na n g l ea nd p u l l o u t s t re n g t h:c o mＧp a r i s o no f２p r o p o s e ds t r a t e g i e s[J]．J N e u r o s u r gS p i n e,２０１１,１４(５):６７０Ｇ６７６．[１３]B a l u c hD A,P a t e l A A,L u l l oB,e t a l．E f f e c t o f p h y s i oＧl o g i c a l l o a d s o n c o r t i c a l a n d t r a d i t i o n a l p e d i c l e s c r e wf i x a t i o n[J]．S p i n e,２０１４,３９(２２):E１２９７ＧE１３０２．[１４]M a t s u k a w aK,Y a t o Y,K a t o T,e ta l．C o r t i c a lb o n e t r a j e c t o r y f o rl u m b o s a c r a l f i x a t i o n:p e n e t r a t i ng SＧ１e n d p l a t e s c r e wt e c h n i q u e:t e c h n i c a l n o t e[J]．J N e u r oＧs u r g S p i n e,２０１４,２１(２):２０３Ｇ２０９．[１５]邵明昊,吕飞舟,马晓生,等．腰椎皮质骨钉道螺钉在骨质疏松症患者中应用的三维有限元分析[J]．中华老年骨科与康复电子杂志,２０１５,１(２):１Ｇ６．[１６]M o b b s R J．T h e m e d i oＧl a t e r oＧs u p e r i o r t r a j e c t o r y t e c h n i q u e :a n a l t e r n a t i v e c o r t i c a l t r a j e c t o r y f o r p e d iＧc l e f i x a t i o n[J]．O r t h o p S u r 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骨质疏松性椎体压缩骨折不同骨水泥分布的临床观察及生物力学的有限元分析赵研;宋启春;李东;刘兆盈;张广阳;张三朋;樊立宏;时志斌;党晓谦【期刊名称】《创伤外科杂志》【年(卷),期】2022(24)11【摘要】目的研究在经皮椎体后凸成形术(percutaneous kyphoplasty,PKP)中两种不同分布骨水泥对术后骨折椎体及邻近椎体的临床及生物力学结果。

方法回顾性分析西安交通大学第二附属医院2018年9月—2020年11月51例单节段骨质疏松性椎体压缩骨折患者,男性21例,女性30例;年龄61~82岁,平均68.1岁;受伤椎体均为腰椎。

根据术后患者影像学资料,按椎体中的双侧骨水泥是否连接分为两组,未连接组32例,连接组19例。

比较两组患者的围术期资料,同时应用L_(2)~L_(4)的椎体三维有限元模型进行有限元分析验证。

设定站立位状态下脊柱承受的轴向压缩生理载荷和边界条件,分别在5种运动状态(压缩、前屈、后伸、侧弯和旋转)中加载模型进行受力分析,并比较在不同骨水泥分布下连接组、未连接组两组模型之间骨折椎体及邻近椎体的应力差。

结果51例患者平均随访时间14.4(6~24)个月。

末次随访时,两组患者后凸角(Cobb)和视觉模拟评分的术后改善程度相似,组间差异无统计学意义(P>0.05)。

相邻椎体骨折共8例(16%,8/51),其中未连接组2例(6%,2/32),连接组6例(32%,6/19);骨水泥渗漏10例(20%,10/51),其中未连接组3例(9%,3/32),连接组7例(37%,7/19);末次随访时椎体再压缩骨折5例(10%,5/51),其中未连接组1例(3%,1/32),连接组4例(21%,4/19);两组差异有统计学意义(P<0.05)。

有限元分析结果显示:在压缩、前屈、后伸、侧弯4种运动状态下,两组模型所受最大应力比较差异无统计学意义(P>0.05);在旋转状态下,连接组模型最大应力为9.6N,未连接组模型最大应力为18.4N。

骨科手术后移植物的生物力学评估研究摘要：骨科手术后的移植物生物力学评估是一项重要的研究领域，可以帮助医生和研究人员了解移植物在术后康复中的性能和稳定性。

本文对骨科手术后的移植物生物力学评估进行了综述，包括评估方法、影响因素和研究进展等方面。

现有的文献表明，骨科手术后的移植物受到多种因素的影响，包括移植物的类型、植入部位、机械环境和患者因素等。

同时，生物力学评估可以通过实验测试、计算建模和数值模拟等方法进行。

未来的研究方向包括移植物与宿主骨的结合机制、改善移植物生物力学性能的新材料和技术等。

通过对骨科手术后移植物生物力学评估的研究，我们可以更好地了解移植物在康复中的性能和稳定性，并为手术和康复的改进提供理论依据。

关键词：骨科手术；移植物；生物力学评估；实验测试；计算建模；数值模拟1. 引言骨科手术是治疗骨折、关节疾病和骨肿瘤等常见疾病的重要方法之一。

在骨科手术中，移植物的使用是常见的修复和重建方法之一，可以帮助恢复受损的骨骼结构和功能。

移植物可以分为自体移植物、异体移植物和人工移植物等类型，具有不同的特点和应用范围。

然而，骨科手术后移植物的生物力学性能和稳定性仍然是一个重要的研究领域。

移植物在手术后的康复过程中可能出现移位、松动或破裂等问题，影响到手术的效果和康复的进展。

因此，对移植物的生物力学评估十分重要，可以帮助医生和研究人员了解移植物的性能和稳定性，并为手术和康复的改进提供理论依据。

2. 评估方法骨科手术后移植物的生物力学评估可以通过实验测试、计算建模和数值模拟等方法进行。

2.1 实验测试实验测试是一种常用的生物力学评估方法，可以直接测量移植物在负载下的性能和稳定性。

实验测试可以采用拉伸测试、压缩测试、扭转测试和剪切测试等不同的载荷方式，测量移植物的力学性能和应力应变关系。

此外，实验测试还可以通过激光散斑测量和数字图像相关等光学方法，实时监测移植物的变形和位移等参数。

2.2 计算建模计算建模是一种基于物理原理的生物力学评估方法，可以通过建立数学模型来预测移植物在负载下的行为。

4种药物干预治疗骨质疏松模型大鼠骨三点弯曲力学特性的对比分析杨琦;彭传刚;王野;王强【摘要】BACKGROUND:Mechanical property test is an important method for assessing the therapeutic effect of drug therapy in osteoporosis animal models. But there are rare reports on the three-point bending mechanical test for evaluating the therapeutic effects of a variety of drugs on a female rat model of senile osteoporosis. OBJECTIVE: To explore the interventional effects ofDanqi particles, premarin, ipriflavone and αD3 in a rat model of osteoporosis through the three-point bending mechanical test. METHODS:Forty-eight female Wistar rats were randomized into six groups, and animal models of senile osteoporosis were made in al rats except for those in the normal control group. Then, the rats were givenDanqi particles (0.9g/kg/d), ipriflavone (1 mg/kg/d), αD3 (0.1 mg/ka/d) and premarin (0.3 mg/kg/d) in theDanqi, ipriflavone, αD3 and premarin groups, respectively. An electronic universal testing machine was used to perform the three-point bending mechanical test on the bilateral tibiae of rats. RESULTS AND CONCLUSION: Compared with the model group, the maximum load, maximum stress, maximum&nbsp;bending moment, maximum stress, elastic modulus of the tibia were significantly higher in theDanqi, ipriflavone and premarin intervention groups (P < 0.05). There were no significant differences in the maximum load, maximum stress, maximum strain and modulus of elasticity between αD3 and model groups(P > 0.05). There were also no significant differences in the maximum load, maximum stress and maximum strain between the Danqi and normal control groups (P> 0.05). These findings indicate thatDanqi, ipriflavone and premarin interventions have good achievements in the three-point bending mechanical test, and theDanqi particles have the best intervention effects. αD3 has no obvious effects on the three-point bending mechanical performance.%背景：力学性能指标是评价药物治疗骨质疏松动物模型效果的重要方法，以3点弯曲力学性能指标评价多种药物治疗老龄雌性骨质疏松模型动物的效果鲜有报道。

骨质疏松患者骨折风险预测模型构建方法比较与选择骨质疏松是一种常见的骨骼疾病，特点是骨量减少和骨骼的微结构退化，使得骨骼容易发生骨折。

骨质疏松患者的骨折风险预测是非常重要的，可以帮助医生制定个性化的治疗方案，降低患者发生骨折的风险。

因此，构建可靠的骨折风险预测模型是目前的研究热点之一。

本文将比较并选择一些常用的骨质疏松患者骨折风险预测模型构建方法。

在构建骨折风险预测模型时，首先需要确定输入特征。

常用的输入特征包括患者的年龄、性别、身高、体重，以及骨密度、骨品质、骨骼微结构等指标。

这些特征可以通过临床检查、影像学评估和实验室检验获得。

此外，还有一些生活方式因素，如吸烟、饮酒、运动等，也对骨折风险产生影响，需要考虑进入模型。

常用的骨折风险预测模型构建方法包括基于统计学的方法和机器学习方法。

基于统计学的方法常用的包括Cox回归模型和Kaplan-Meier生存分析。

Cox回归模型是一种广泛应用于生存分析的统计模型，它可以考虑多个变量对骨折风险的影响，并给出风险比。

而Kaplan-Meier 生存分析是一种非参数方法，可以根据生存时间和事件发生情况绘制生存曲线，并计算出不同因素对生存的影响。

这两种方法在骨折风险预测中得到广泛应用，可以提供重要的临床参考信息。

随着机器学习技术的发展，越来越多的骨折风险预测模型开始采用这些方法。

机器学习方法能够自动识别复杂的模式和规律，并根据大量的数据进行训练和预测。

常用的机器学习算法包括支持向量机、随机森林和神经网络等。

这些算法可以根据输入特征进行模式识别，并预测骨折风险。

支持向量机是一种常用的分类算法，它通过在样本空间中构造一个最优的超平面来进行分类。

随机森林是一种集成学习算法，它通过多个决策树的集成来提高预测准确性。

神经网络是一种模仿生物神经网络的机器学习算法，它可以通过多层次的神经元进行非线性的模式识别和预测。

在选择骨折风险预测模型构建方法时，需要考虑模型的准确性、稳定性和可解释性。

骨折愈合中的体外生物力学《骨折愈合中的体外生物力学》课题申报书一、选题的背景和意义骨折是指骨骼在受到外力作用下，发生了断裂或破裂。

它是临床上常见的外伤性疾病，严重影响了患者的生活质量和劳动能力。

骨折愈合是一个复杂的生理过程，其中体外生物力学对骨折愈合过程起着重要作用。

对于理解骨折愈合机制和优化治疗方案具有重要意义。

本课题旨在通过体外生物力学研究，探讨骨折愈合中的生物力学行为，为临床治疗提供理论基础和指导。

二、前人研究综述过去，骨折愈合的研究主要依赖于临床观察和体内实验，对于骨折愈合的生物力学行为了解较少。

随着技术的不断发展和进步，体外生物力学研究成为了研究骨折愈合的重要手段。

以往的研究主要集中在机械载荷下骨折愈合的影响，然而在骨折愈合过程中，细胞信号传导、细胞外基质重塑等生物力学行为同样重要。

因此需要进一步探索骨折愈合中体外生物力学的研究。

三、研究目的与内容本课题的研究目的是通过体外生物力学研究，探讨骨折愈合中的生物力学行为，进一步理解骨折愈合的机制，并为临床治疗提供理论基础和指导。

主要研究内容包括以下几个方面：1. 建立体外骨折模型：通过设计合理的体外实验装置，建立模拟骨折愈合环境的体外模型。

2. 观察骨折愈合过程中的生物力学行为：利用高分辨率成像技术和力学测试方法，观察骨折愈合过程中细胞信号传导、细胞外基质重塑等生物力学行为。

3. 研究影响骨折愈合的因素：通过改变不同的外界环境因素，如温度、pH值等，研究其对骨折愈合中生物力学行为的影响。

4. 优化治疗方案：基于体外生物力学研究结果，提出优化的治疗方案，为临床治疗提供理论指导。

四、研究方法与技术路线本课题主要采用以下研究方法与技术路线：1. 实验室体外骨折模型的建立：通过组织工程学和生物制造技术，建立体外骨折模型，模拟骨折愈合环境。

2. 高分辨率成像技术的应用：采用显微镜和影像技术，观察骨折愈合过程中的细胞信号传导和细胞外基质重塑。

3. 力学测试方法的应用：采用万能试验机等力学测试设备，测量骨折愈合过程中的生物力学行为，如力学特性、刚度等。

骨科医学中的生物力学研究骨科医学是关注人体骨骼系统的健康和功能的医学领域。

在这个领域中，生物力学扮演了一个至关重要的角色。

生物力学是物理学和生物学的交叉领域，研究生物系统的力学特性，包括骨骼系统的形态、力学、材料学和生物学等。

在骨科医学中，生物力学研究致力于解决一系列与骨骼系统相关的临床问题，包括疾病的预防、诊断和治疗等方面。

骨科医生和生物力学家通常使用计算机模拟和实验研究方法来研究骨骼系统的力学行为。

通过这些研究，他们可以改进治疗方法，预防疾病，甚至改进人工骨骼等医疗器械。

这些研究还可以帮助医生更好地了解骨骼系统在日常活动中的功能和性能，以及在运动和运动中所承受的力量。

下面是一些研究生物力学在骨科医学中的应用的例子：1. 骨折愈合骨折愈合是指一种生物学上的自我修复过程，涉及骨骼系统中各种不同类型的组织和生物分子之间的相互作用。

通过生物力学分析和建模，研究人员可以更好地理解骨折愈合过程中的机制，从而改进治疗策略和预防措施。

2. 骨质疏松骨质疏松是骨骼系统的一种常见问题。

它是一种骨量减少、组织低萎缩和骨密度下降的疾病，导致骨骼脆弱易碎。

通过生物力学建模，研究人员可以了解骨质疏松症下骨骼的力学性能，例如骨骼的结构和骨强度。

这些研究还可以用于改进骨质疏松预防和治疗方法的发展。

3. 人工关节和骨科植入物人工关节和其他骨科植入物是骨科医生经常使用的治疗手段。

这些植入物可以帮助骨骼系统的受损部分重获功能并减轻疼痛。

然而，不同的植入物在各种运动和负载下可能会受到不同的力学应力。

因此，生物力学建模可以用于评估不同类型的植入物在各种情况下的性能，并预测其在日常活动中的生物相容性。

综上所述，生物力学在骨科医学中的应用非常广泛，涉及多个临床问题和治疗手段。

通过这些研究，我们可以更好地理解骨骼系统的力学和生物特性，并更好地预测和治疗相关的疾病。

生物力学领域的不断发展和进步将继续帮助骨科医生改进现有的治疗方法，为全球人民提供更好的医疗服务。

专利名称：一种基于力生物学调节算法的骨折愈合仿真方法专利类型：发明专利
发明人：王沫楠,王新宇,杨宁
申请号：CN201611086971.8
申请日：20161201
公开号：CN106557665A
公开日：
20170405
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于力生物学调节算法的骨折愈合仿真方法，具体包括以下步骤：建立骨折部位的三维几何模型；将得到的三维几何模型进行网格划分，并建立骨和骨痂的有限元模型；设置骨痂内初始情况下的组织类型；将有限元模型进行仿真初始化设置；计算骨痂内的偏应变；采用扩散方程模拟血管生长；建立力生物学调节算法的骨折愈合仿真过程，本发明将偏应变力生物调节算法与血管动态生长情况结合可以准确的模拟出骨折愈合的动态过程。

申请人：哈尔滨理工大学
地址：150080 黑龙江省哈尔滨市南岗区学府路52号
国籍：CN
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