基于有限元分析的钛合金椎弓根螺钉抗弯性能结构优化

钛合金因其优异的力学性能和生物相容性,广泛用于椎弓根螺钉的制备。椎弓根螺钉植入人体后,受脊柱的屈曲伸展和横向弯曲作用,螺钉发生疲劳弯曲最终导致螺钉松动甚至断裂,影响植入稳定性。因此有必要对钛合金椎弓根螺钉抗弯性能进行研究。通过单因素实验与正交实验分析设计不同结构参数椎弓根螺钉,结合有限元分析与力学实验的方法,使用三点弯曲试验对钛合金椎弓根螺钉的抗弯性能进行模拟仿真与实验验证,并对螺钉结构参数进行优化。结果表明,模拟结果与实验结果吻合较好,螺钉结构参数对抗弯性能的影响顺序为外径大于螺纹深度大于螺距,最佳参数为螺钉外径5.5 mm、螺纹深度0.65 mm、螺距1.60 mm,优化后的螺钉对比标准椎弓根螺钉,最大支反力提高74.7%。     

基于有限元分析的钛合金椎弓根螺钉螺纹结构优化

钛及其合金因其优异的力学性能和生物相容性而被用于制作椎弓根螺钉。然而椎弓根螺钉松动会威胁内固定系统的稳定性,严重时需要进行二次手术,增加医疗成本及患者负担。最大拔出力是评价螺钉固定能力的常用指标,合理设计椎弓根螺钉结构参数可以有效地增大其拔出力。采用有限元分析的方法模拟钛合金椎弓根螺钉的拔出过程,对螺钉头部施加1.8 mm的轴向位移,记录其拔出载荷与位移,探讨螺钉结构参数对其最大拔出力的影响。结果表明：螺钉结构参数中螺钉外径对拔出力的影响最大,螺纹深度的影响最小;在椎弓根螺钉选型时尽量选择较大的螺钉外径、较小的螺距以及适中的螺纹深度。     

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%.     

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。     

胸椎弓根与其周围神经解剖关系的研究

目的探讨胸椎弓根与毗邻的神经的解剖关系。方法10例防腐成人尸体标本，从颈7至腰1，去除软组织、椎板、棘突、关节面和横突，测量双侧冠状向上椎间孔外神经根与正中线的角度，神经根上下方向直径及神经根与上下椎弓根缘的最小距离。结果神经根到其下的椎弓根上缘和到其上的椎弓根下缘的距离分别是1．8mm，3．8mm和1．6mm-3．5mm；椎弓根内缘和硬脊膜紧密相接触；神经根上下方向的直径从2．8mm逐渐增加到4．2mm。结论本研究发现植入胸椎弓根时，内侧穿破椎弓根要比上下侧更危险。     

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.     

过伸按压复位结合经皮微创椎弓根螺钉内固定治疗胸腰椎骨折47例

观察脊柱过伸位按压伤椎复位结合经皮微创椎弓根螺钉治疗胸腰椎骨折的临床疗效。47例胸腰椎骨折患者,在全麻下,给予脊柱过伸位按压伤椎整复骨折结合经皮椎弓根螺钉内固定治疗,在术前、术后1周和术后3月对比VAS评分、Cobb角和ODI指数。47例患者VAS评分、Cobb角和ODI指数差异均有统计学意义（P<0.05）。过伸按压复位结合经皮椎弓根螺钉内固定治疗胸腰椎骨折能减轻疼痛,改善胸腰椎功能活动。     

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。     

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。     

直视下寰枢椎椎弓根钉固定技术在上颈椎的应用

目的 探讨直视下寰枢椎椎弓根技术在上颈椎应用的可行性.方法 在全麻下对12例患者进行了寰枢椎椎弓根技术固定.术中在直视下行C1-C2置钉,复位固定.后路髂骨植骨.结果 24枚置钉均获得成功,复位固定满意,随访3至15月(平均4.2月),螺钉无松动或断钉,无椎动脉和脊髓损伤,3至6月植骨融合.结论 直视下寰枢椎椎弓根钉技术在上颈椎的应用是安全可靠的,临床效果良好.     

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.     

经椎弓根内固定和脊柱植骨融合术治疗腰椎滑脱症32例

目的：探讨复位固定系统（RF）,三维固定系统（TRIFIX）椎弓根系统内固定与不同部位脊椎植骨融合治疗腰椎滑脱症的效果,方法：对32例腰椎患者的神经根压迫部位针对性彻底减压,按随机化原则选择RF,TRIFIX两种椎弓根螺钉对滑脱腰椎进行复位固定,并配合椎体间与横突间植骨融合术,术后随访6个月－4年2个月,平均2年3个月,结果：滑脱椎复位率：RF与TRIFIX组均达100％,术后4个月除2例横突间植骨出现部分骨吸收外均达骨性愈合,其中椎体间植骨14例,术后平均骨性愈合时间为3个月,横突间植骨18例,术后平均骨性愈合时间3．6个月,不愈合率占11．1％,所有病人术后症状基本消失,二组均未见螺钉松动,断裂及再滑脱现象,结论：RF,TRIFIX椎弓根螺钉系统内固定能使I,II度腰椎脱完全复位,且固定牢固,有利于植骨融合,虽椎间植骨优于横突间植骨,但扩大接触面横突间植骨仍不失为一种有效的植骨融合术式。     

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.     

经后路椎弓根固定治疗胸腰椎骨折并脊髓损伤24例疗效分析

目的 观察经后路椎弓根固定治疗胸腰椎骨折并脊髓损伤的疗效.方法 所有患者在伤后6h～10d行后路切开复位、短节段椎弓根钉内固定术.本组全部病例术前、术后及随诊时均摄正侧位X片、CT或MRI扫描检查.结果 经X片、CT检查,病椎高度恢复90%以上,伤前的后突畸形Cobb角平均为25.5°(11°～32°),术后纠正至平均4.4°(1°～7°).结论 后路椎管减压椎弓根系统治疗胸腰椎骨折并脊髓损伤效果良好.     

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...     

后路椎弓根钉系统治疗11例青少年特发性脊柱侧凸

目的:探讨后路椎弓根钉系统治疗青少年特发性脊柱侧凸的短期临床疗效. 方法:对11例青少年特发性脊柱侧凸患者行后路椎弓根钉系统矫形内固定植骨融合术,术中采用徒手技术器械矫形原理对侧凸进行矫形,术后胸腰支具保护3个月.结果:平均随访20个月.患者术前冠状位胸弯Cobb角平均为52.64°,术后Cobb角平均为13.09°,畸形矫正率为75.13%,术前冠状位腰弯Cobb角平均为32.27°,术后Cobb角平均为7.45°,畸形矫正率为76.91%,术前顶椎旋转度按Nash-Moe法测量:Ⅰ度1例,Ⅱ度3例,Ⅲ度4例,Ⅳ度2例,Ⅴ度1例.术后0度2例,Ⅰ度5例,Ⅱ度2例,Ⅲ度2例.术后身高平均增长3.45厘米. 结论:应用后路椎弓钉系统治疗青少年特发性脊柱侧凸可以取得理想的矫形效果,三维矫形,固定牢靠,术后并发症少,腰椎失代偿发生率低.     

经皮微创与开放椎弓根钉内固定手术治疗胸腰椎骨折疗效分析

目的 分析经皮微创椎弓根钉内固定术、开放椎弓根钉内固定术治疗胸腰椎骨折的临床疗效。方法 将50例胸腰椎骨折患者随机分为对照组(25例,行经皮微创椎弓根钉内固定术)和观察组(25例,行开放椎弓根钉内固定手术);分析两组患者手术指标、胸腰椎功能恢复、术后并发症及疼痛情况。结果 与对照组比较,观察组患者术中及术后出血量少,手术时间和住院时间少于对照组(均P<0.01);观察组患者治疗后椎体前缘高度及椎间隙平均高度恢复情况与对照组比较差异无统计学意义(P>0.05);观察组术后24 h及术后7 d内疼痛情况低于对照组(P<0.01),术后并发症发生率与对照组比较差异无统计学意义(P>0.05)。结论 在胸腰椎骨折的临床治疗中,两组患者的临床疗效比较差异无统计学意义(P>0.05);经皮微创椎弓根内固定术在手术时间、出血量、住院时间及术后疼痛方面表现良好,临床价值高,建议在条件允许的情况下优先采取该手术方法治疗。     

用笔记本电脑构建生物阻抗记录仪——基于虚拟仪器技术

运用虚拟仪器技术研制一种基于笔记本电脑的便捷式生物阻抗记录仪,其目的在于使医生在医学实验中可方便地测定、记录动物活体心肌组织的阻抗特性变化,以揭示生物阻抗变化与生物组织的病理特征之间的相关性。系统利用美国NI公司的虚拟仪器技术,由带PCMCIA插槽的笔记本电脑和NI多功能数据采集卡构建二线制阻抗测量系统,通过软件编程按设定的频率提供强度可控的被测生物组织激励信号,再通过DAQ采集被测生物组织的电压信号,计算测定出被测生物电阻抗(模)。此系统已经浙江省人民医院心胸外科成功地试用于动物实验中,可对心肌阻抗值变化进行全程记录,而记录数据还可进一步予以离线分析处理,因而该系统非常适用于生物阻抗变化与生物病理特征相关性的医学研究。     

椎弓根钉系统复位固定椎间融合治疗11例多节段腰椎滑脱

目的:探讨椎弓根钉系统复位固定椎间植骨融合治疗多节段腰椎滑脱的临床价值和相关问题。方法:11例多节段腰椎滑脱患者,男6例,女5例,年龄43~58岁,平均52.5岁,均为L4、5椎体滑脱,采用后路椎弓根螺钉系统复位固定,椎管减压,神经根松解,椎间植骨融合手术。术前、术后行腰腿痛视觉模拟评分(VAS),使用Os-westry功能障碍指数(OD I)问卷调查表评价临床功能恢复情况,并通过影像学检查观察滑脱恢复情况、椎间孔高度、植骨融合情况综合评价临床疗效。结果:11例患者均获随访,随访时间1~5年,平均3年2个月,VAS评分术后(1.0±1.0)分及末次随访(1.0±0.5)分,较术前(8.0±1.5)分均有显著性差异(P<0.005);OD I术后(22.13±13.40)及末次随访(20.31±13.27),较术前(64.80±15.68)均有显著差异(P<0.005)。术后椎间隙、椎间孔高度术后较术前明显增高,无内固定松动或断钉断棒;所有病例复位满意,所有患者植骨融合良好,无假关节形成。结论:后路椎弓根钉系统复位固定,椎管减压,神经根松解,椎间植骨融合治疗多节段腰椎滑脱效果满意,该术式具有复位良好,固定牢靠,...     

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.