内固定系统中在螺钉受拔出负载时腰椎的受力分析

通过有限元方法分析比较传统轨迹椎弓根(traditional trajectory,TT)螺钉与皮质骨轨迹椎弓根(cortical bone trajecto-ry,CBT)螺钉固定技术在腰椎椎体应用下的生物力学性能.依据提取的骨质疏松症患者电子计算机断层扫描图(computed tomography,CT)样本建立L1-L5全椎体功能单元骨质疏松人体有限元模型,模拟TT螺钉和CBT螺钉两种固定方式置钉后,以实际值为依据在加载一定旋转拔出力状态下测量比较两种方式钉道周围骨质的应力分布、最大应力值及分析其差异.结果 表明:相同固定方式下CBT组在相同载荷状态中椎骨的应力分布差异明显.不同的钉道带来不同骨密度,直接影响了内固定螺钉在腰椎骨内的力学性能.不同的钉植入角度也对钉的应力分布以及最大应力值产生影响.L1-L5椎体形状不同,大小不同,其力学性能,表现也不相同.得出CBT螺钉技术是骨质疏松患者腰椎内固定方案中的一种优选方式.但针对5段腰椎需要对不同的椎骨采取不同的治疗方案.     

颈椎前路椎弓根螺钉内固定技术的研究进展

颈椎后路椎弓根螺钉固定技术于1994年首次应用于临床,鉴于其稳定的固定融合效果,已成为多种颈椎疾病的主要治疗手段。然而,由于颈椎病灶的好发部位多位于前部,且颈椎后路椎弓根螺钉操作难度较大,在一定程度上限制了该技术的发展。2008年颈椎前路椎弓根螺钉固定技术的概念被首次提出,此技术继承了后路椎弓根螺钉生物力学性能卓越的优点,且克服传统颈椎前路椎体螺钉稳定性较差的缺点。本文主要就颈椎前路椎弓根螺钉固定技术的解剖学及生物力学研究进展进行综述。     

寰椎后路椎弓根螺钉及侧块螺钉的生物力学分析

后路螺钉固定技术已逐渐成为后路寰枢融合的主流.为进行相关的生物力学研究,该文基于可视人数据库建立了寰椎后路椎弓根螺钉和侧块螺钉固定的有限元模型,并对2种固定方法在不同钉道长度下,骨-钉界面的生物力学特性进行了模拟和分析.结果显示,随钉道长度的缩短, 2种方法在骨-钉界面处的皮质骨和松质骨的最大von Mises应力及最大等效应变均逐渐增大.由于椎弓根方法具有长皮质骨钉道,因而可以比侧块方法为寰椎后路的螺钉固定提供更高的稳定性.该研究为后路螺钉固定技术的生物力学评价以及临床应用提供了依据.     

腰椎滑脱髂骨棒杠杆复位固定系统的研制与结构分析

介绍一种自行研制的治疗腰椎滑脱的内固定装置,并进行了结构分析.结果表明:①该器械是几何不变体系.②其中支撑棒作为支点棒是整个装置的关键,采用5mm支撑杆,滑脱力是200N时是安全的.③椎弓根钉交叉植入椎体固定,有效阻止了扭转位移,角度提拉杆又使得椎弓根钉的脱出力大大减小.     

微动椎弓根螺钉的生物力学仿真评测

利用有限元法评估一种微动椎弓根螺钉的生物力学性能.基于人体脊柱CT图像数据建立腰椎L3-L4节段有限元模型,并在此基础上建立坚强固定(M1)、微动固定(M2)、混合固定(M3)3种内固定有限元模型,对有限元模型施加模拟生理载荷,计算内固定节段各项生物力学参数.仿真结果表明,微动椎弓根螺钉在屈伸方向增大了内固定节段的椎间活动度,其中前屈工况增大95%,后伸工况增大83%;改善了载荷在椎间的传递,增大终板正常生理性刺激应力4.25%~5.7%;降低了植入体上的应力集中效应,在前屈、后伸和侧弯工况下降低椎弓根螺钉应力9.2%~16.2%.     

膨胀式椎弓根螺钉的强度测试

测试膨胀式椎弓根螺钉(Expansive Pedicle Screw, EPS)的耐疲劳强度及抗折弯强度.在超高分子聚乙烯材料上对短尾型EPS螺钉、万向型EPS螺钉和Tenor螺钉进行100万次的周期载荷疲劳实验;用特殊夹具分别固定短尾型EPS螺钉、万向型EPS螺钉和Tenor螺钉,并于生物力学实验机上进行螺钉机械强度测试.在超高分子聚乙烯材料上对螺钉进行100万次的周期载荷疲劳实验完成后短尾型EPS螺钉、万向型EPS螺钉和Tenor螺钉均未发生疲劳现象,短尾型EPS螺钉的最大折弯力(6.52±0.39 kN)与Tenor螺钉的最大折弯力(6.86±0.42 kN)之间的差异无统计学意义(P>0.05),而万向型EPS螺钉的最大折弯力(5.69±0.39kN)与TENOR螺钉的最大折弯力(6.86±0.42kN)之间的差异有统计学意义(P<0.05).短尾型EPS螺钉和万向型EPS螺钉的抗疲劳强度与非膨胀螺钉无明显差异,并未因其中空结构而使抗疲劳强度下降.虽然万向型EPS螺钉的机械强度较普通螺钉低,但是足够承受人体上半身的载荷.     

钉道局部与整体固化增强椎弓根螺钉稳定性的体外比较研究

为比较钉道局部固化与传统式钉道整体固化在体外强化椎弓根螺钉早期稳定性的效果,选用30个新鲜成年山羊腰椎.每一个椎体,一侧椎弓根行传统式钉道整体固化,即钉道内直接注射CSC(0.3 mL)(对照组);另一侧使行钉道局部固化,即用空心侧孔丝攻给予钉道局部注射CSC(0.3 mL)(实验组),24 h后,随机选取10个椎体,对其中的螺钉进行轴向拔出实验,其余20个椎体中的螺钉进行周期抗屈实验.得到螺钉最大轴向拔出力(Fmax):对照组(918.50±149.56) N,实验组(807.90±128.97) N;螺钉拔出的能量吸收值:对照组(1.835±0.320) J,实验组(1.615±0.268) J,两组间差异有均有统计学意义(P﹤0.05).周期抗屈试验结果表明:与对照组相比,实验组中的螺钉发生松动时所需要的负荷更小,或者在同等负荷下所产生的位移较大.说明在使用相同剂量固化材料的前提下,钉道局部固化对螺钉早期稳定性的强化效果不如钉道整体固化方法明显.但钉道局部固化为临床上解决螺钉松动问题提供了一个新的研究方向.     

椎弓根钉技术在胸腰段椎管内肿瘤治疗中的应用

目的探讨经后路椎板切除摘除胸腰段椎管内肿瘤,同时行椎弓根螺钉内固定植骨融合后对提高脊柱的稳定性的临床疗效。方法采用后正中入路显微切除椎管肿瘤后应用椎弓根螺钉内固定植骨融合技术进行椎管重建12例,其中,肿瘤位于胸段7例,腰段5例。结果随访9个月~5年观察效果,X线平片显示手术区植骨全部骨性融合,脊柱稳定。结论采用后正中入路显微切除胸腰段椎管肿瘤后应用椎弓根螺钉内固定植骨融合技术,能够维持手术后脊柱的稳定性,防止远期后凸畸形的发生。     

经后路寰枢椎椎弓根螺钉固定治疗创伤性寰枢椎不稳

目的探讨经后路寰枢椎椎弓根螺钉内固定治疗创伤性寰枢椎不稳的可行性及临床疗效。方法2007年5月～2010年3月间我科收治的15例创伤性寰枢椎不稳患者,应用经后路寰枢椎椎弓根螺钉固定融合术治疗,观察术后并发症情况及近期疗效。结果手术时间2～3h,术中失血量200～400ml,未出现螺钉置钉相关的血管、神经损伤等并发症,术后随访未出现内固定松动、脱落或断裂,术后平均6—8月寰枢椎获得骨性融合。结论经后路寰枢椎椎弓根螺钉固定是治疗创伤性寰枢椎不稳的有效方法。     

胸腰椎骨内固定手术仿真模型优化研究

目前治疗胸腰椎损伤手术常用短节段的坚强内固定方式,这种方式容易引发关节退变并发症,为此本文设计了一种可旋动型椎弓根螺钉并利用仿真软件对手术模型进行优化分析.首先采用人体胸腰椎CT图像,利用Mimics,Geomagic等软件重建出人体胸腰椎长、短节段模型并分析其不同工况下的活动度及位移情况;然后基于长节段重建固定手术模...     

电子机械制动执行器的摩擦力矩和能耗分析

为了实现在设计阶段对系统摩擦力矩的合理预估,提高执行器性能预测的准确性,以行星齿轮滚珠丝杆式电子机械制动执行器为研究对象,分析系统摩擦的主要来源及其对执行器性能的影响;建立执行器系统动力学模型和摩擦力矩模型,将理论计算与实验相结合,对模型参数进行了辨识,基于理论计算和实验辨识结果的对比分析讨论了两者存在差异的原因;同时分析摩擦模型参数对制动间隙消除时间和最大制动夹紧力的影响,各部件摩擦对系统摩擦力矩的影响及其随转速和载荷的变化规律,以及紧急制动过程中执行器产生的摩擦能耗.结果表明:影响制动间隙消除时间的摩擦主要来源于电机和滚珠丝杆;影响制动夹紧能力的摩擦主要来源于滚珠丝杆、电机和推力轴承,随着制动夹紧力的增加滚珠丝杆和推力轴承对系统摩擦的影响增大,而电机的影响显著降低;紧急制动过程中,执行器产生的有效力矩传递比仅为73.56%,摩擦能耗高达48.1%.     

冷却单螺杆内聚合物熔体传热模型

基于聚合物熔体在冷却单螺杆内传热,引入平均温度表征螺槽深度方向的熔体温度变化,将黏性生热简化为内热源,建立聚合物熔体传热理论分析模型;基于模型分析了冷却单螺杆的结构参数与工艺参数对聚合物熔体冷却过程的影响规律,并通过计算流体动力学（CFD）模拟验证模型的准确性。结果表明,当螺槽深度为5~9 mm、螺纹升角为30°~50°时,通过增大螺槽深度和螺纹升角,同时降低螺杆转速和减少产量,能够有效增强冷却单螺杆内聚合物熔体的冷却效果,此时模型能够满足冷却单螺杆内聚合物熔体的降温需求。数值模拟值与模型计算值的最大相对误差为1.21%,表明聚合物熔体传热模型能够预测冷却单螺杆内聚合物熔体的冷却过程,可以为串联挤出发泡系统中冷却单螺杆的设计提供一定的理论参考。     

承压螺旋桩斜向荷载试验与极限荷载判定分析

桩基础所受外载荷并不是单一方向的载荷,如输电塔结构,在承受竖向压力的同时承受着水平载荷作用,导致基桩受到斜向压荷载作用,该种条件的桩基础极限载荷的确定对结构设计的安全性极为重要.为此,开展承压螺旋桩基础斜向荷载的试验研究工作.模型试验采用1#(叶片距宽比为3.14)和2#(叶片距宽比为5)2种桩型,1#桩型试验5次,2#桩型试验4次,2组共计9次试验.承压螺旋桩斜向荷载试验表明:①本次试验桩顶水平位移较竖向位移大了1个数量级,螺旋桩基础的竖向承载能力并未得到充分发挥,竖向分量限制了背载侧叶片对地基向上的压缩作用,从而提高了基础抗水平载荷的能力.②叶片间距增大时(1#<2#),荷载-位移曲线表现出更为明显的非线性特征,1#和2#桩受载侧地基表面均出现放射性裂纹;1#桩背载侧地基表面沿桩体外径开裂,2#桩的背载侧出现似"拔出体".③可采用F-ΔX0/ΔF方法、S-LogP方法,并根据荷载量变化、桩土相互作用和桩周材料的变形阶段确定螺旋桩基础的斜向极限载荷;本次试验1#桩的判定极限荷载为327.93 N,2#桩为348.06 N.     

玻璃纤维锚杆在基坑支护中的应力分布规律

为深入研究玻璃纤维锚杆(GFRP锚杆)代替传统钢筋锚杆作为支护结构应用于基坑工程的可行性,本文通过现场拉拔试验探究了GFRP锚杆应力沿杆体的分布规律,通过有限元分析研究了不同参数的影响规律,并为提高GFRP锚杆在基坑工程应用的可行性,进一步探讨了常见锚具失效的机理,开发设计了新型锚杆锚具。结果表明：GFRP锚杆在拉拔过程中,轴力沿锚杆杆体呈指数型衰减,最后趋近于零,存在一个临界锚固深度,大部分轴力作用范围为0~4m左右;剪应力分布具有峰值点,大致位于离端口0.5m处,最大剪应力峰值为2.27MPa,剪应力发挥的主要区间在0.5m~3.5m范围内;轴力分布范围扩大的速率远小于拉拔荷载增加的速率,当荷载增加到极限荷载的50%时,应力分布范围趋近于最大传递距离;上覆压力变化对锚杆轴力传递范围没有明显影响;当粘聚力和内摩擦角增加到一定值时,对锚杆轴力影响开始下降;新型GFRP锚具能有助于GFRP锚杆发挥出其强抗拉特性,具有良好的工程应用价值。     

玻璃幕墙中铝合金立柱螺钉连接节点抗拉性能试验

为研究玻璃幕墙中铝合金立柱螺钉连接节点的受力性能,通过一套自主设计的加载装置进行了20个连接件的单钉抗拉连接静力试验,分析了立柱和螺钉的3种典型破坏模式以及螺钉种类、螺杆直径、螺钉螺距和腐蚀条件等因素对连接件承载性能的影响,根据试验结果拟合出了铝合金立柱螺钉连接的极限抗拉承载力的计算公式。研究结果表明:铝合金立柱螺钉立柱连接节点的典型荷载-位移曲线上升段可分为弹性、强化、滑移3个阶段,可将强化阶段的强化极限点作为工程设计破坏阶段之用;在相近直径系列试件中,盘头螺钉的延性系数和极限刚度普遍大于自攻螺钉;螺钉类型、螺杆直径和腐蚀条件对节点的极限承载力和刚度影响最为显著,试件极限承载力随螺杆直径的增长而呈增大趋势,自攻螺钉试件的极限承载力大于盘头螺钉,而当自攻螺钉公称直径超过立柱型材局部厚度后,相对于盘头螺钉表现出承载力大幅下降的试验现象;通过回归分析得到的极限抗拉承载力计算公式与试验值比较,两者吻合良好。     

锚固深度对拔出法检测活性粉末混凝土强度影响的试验研究

对三个强度等级和五种锚固深度的活性粉末混凝土试件进行先装拔出和后装拔出试验。将试验数据进行回归分析,建立不同锚固深度的先装与后装拔出法测强曲线并进行对比,研究锚固深度对拔出法检测活性粉末混凝土抗压强度的影响。试验表明,活性粉末混凝土的抗压强度与拔出力之间有着良好的线性关系;同等强度等级下,拔出力随锚固深度的增大而增大;除此之外,测强曲线的精度也随锚固深度的改变而变化,先装拔出法检测活性粉末混凝土强度锚固深度20~30 mm时精度较好,后装拔出法检测活性粉末混凝土强度锚固深度25~40 mm较为适宜。