葛磊[1]2003年在《人工腰椎间盘相关生物力学研究》文中认为研究背景：椎间盘退变的外科治疗中，椎间盘摘除及椎间融合都会改变脊柱的生物力学特性，导致相关并发症增加，可引发周围组织及相邻节段的椎间盘产生退变。人工椎间盘置换术作为治疗方法之一用于临床，体现出一定优越性。但现有假体设计并未完全模仿正常椎间盘的生物特性；需要稳定性与灵活性兼备，又有相近强度和刚度的假体，以降低长期植入和对脊柱整体的可能的潜在的负面影响。关于长期置换后可能引发的问题和未来的疗效需要深入研究，由于人工椎间盘临床应用的历史相对较短，对于长期疗效的评价目前研究的随访期还不够长，难以对该项治疗肯定地得出全面的评价。长期随访受限于置换术应用的时间，临床资料在解释相关机制时也有一定的局限性，而通过生物力学分析和测试可以提供解释临床疗效，预测远期影响的部分证据。 目的：关于椎间盘切除及假体置换后对邻近节段和脊柱整体影响的研究还不多；关于手术前后相邻节段内载荷变化的研究较少；特别对近端节段载荷变化的研究，和针对现有腰椎间盘假体进行结构—材料—几何形态分析及优化设计的研究则更少。载荷由上到下进行传递，明确上位节段的载荷变化有助于解释损伤节段的力学异常；明确相邻节段载荷变化可以解释相邻节段出现过度运动及失稳的原因；利于阐明椎间盘摘除术后，椎间盘突出及退变常在相邻节段复发的机制；及更深入的评价椎间盘置换对相邻节段的影响，甚至对脊柱整体的可能的保护作用。 本研究对上述因素进行研究，以全面理解椎间盘假体的生物力学特性和该人工椎间盘置换后对脊柱的影响；为预测假体长期植入对相邻节段甚至脊柱整体的影响和新型椎间盘假体设计提供一定依据。并研究该型假体设计上的特点及优点，及结构上的重要部分；探讨针对现有假体进行结构及材料优化设计的可能性和有效方法。 方法：本研究采用新鲜尸体完整腰段脊柱标本实验检测和临床资料分析与计算机数值计算和图形图像及设计仿真技术相结合的方法进行。完整腰段标本叁种模型：完整组；椎间盘摘除组；椎间盘摘除后假体置换组。模拟生理型载荷的作用特点，标本各向运动都受到垂直的压力载荷。依次记录不同载荷方式下损伤节段上位节段的压力性载荷值用于分析。建立符合椎间盘假体几何结构葛 磊 博士学位论文 人工椎间盘相关生物力学研究特性的叁维实体模型，应用叁维有限元法分析假体的结构、几何、材料及力学特性和功能，从不同角度分析各要素间的相互关系。针对该型人工椎间盘进行了材料及结构的设计优化分析。用计算机图形及设计技术从患者手术前后X线片采集各部分及整体的几何参数，利用各参数间的协同互补特点，对置换及相邻节段的参数综合分析；并研究了单个与两个节段置换后对相邻节段的影响。 结果：本研究成功建立了腰椎间盘假体的数值化3D实体模型，包括了足够的假体的结构特征，特别是结构上及功能上有重要作用的假体核的详细几何结构：完成密集的网格划分，达到更多的单元及结点数，保证了结果的精确性，并用于有限元法力学分析中。应用面力加载，而避免采用集中力，符合脊椎在体时的受力特点。应用压力性的匀布面力及非匀布面力加载：更符合脊柱主要承受压力，屈伸侧弯等运动由不平衡力产生力矩引起这一生理特点。 采用结构一几何特点一材料一功能特性；载荷一应力一能量分布，综合分析的方法对人工椎间盘进行了分析。在对现有假体进行生物力学分析的基础上，进行了拓扑优化分析，明确了该假体的重要功能部位和设计上的优点，同时也指出在结构及材料上改进的可能和改进的方向及部位。对不同材料的上盖板的研究表明材料的弹性模量越小，盖板平板部及凹面部交接处形成的应变集中越明显，其应变值越大。提示当改变盖板材料时，应同时对现有的局部结构设计进行改造，以防范长期使用中可能出现的盖板变形或断裂问题。 结论：研究了椎间盘切除前后相邻运动节段的载荷变化，表明椎间盘切除引起相邻节段压力性载荷增加，两组间有显着统计学差异；从系统整体一局部相互关系分析了局部载荷变化的复杂性。研究表明人工椎间盘植入可以明显减少各向运动时相邻节段的压力载荷，正常组与假体植入组间无明显统计学差异：提示可以稳定椎间盘切除后的相邻节段，可以减少椎间盘切除后相邻椎间盘退变的可能性。实验也显示，从数值大小分析，假体植入并未达到与正常组数值上的完全一致，其机制需要进一步研究。依据实验结果利于解释人工椎间盘的作用机制，更可能为解释临床疗效和改进设计提供较全面、有价值的依据，利于新型假体的设计。 实验表明椎间盘切除引起相邻节段压力性载荷增加。以往直接对椎间盘切除后相邻节段中压力载荷变化的研究不多，且主要针对髓核内压强的变化，对置换后相邻节段力学变化的研究则更少。而节段内压力载荷的变化才是髓核内 一1互 一葛 磊 博士学位论文 人工椎间盘相关生物力学研究压强变化及运动改变，
柯昌保, 廖振华, 刘伟强[2]2014年在《人工腰椎间盘研究进展》文中研究说明人工腰椎间盘是手术治疗腰背痛理想的人工置换器械,其优良性评估和结构优化设计均需进行生物力学研究。典型的人工腰椎间盘有Charite、ProDisc-L、Maverick、Flexicore、Mobidisc和Active-L等。近年新兴的腰椎非融合技术有动态稳定系统、仿生人工腰椎间盘和组织工程腰椎间盘等。该文就典型人工腰椎间盘及新型腰椎非融合技术研究进展作一综述。
王锡阳[3]2006年在《L_（4/5）人工椎间盘置换对L_（2/3）小关节内压力的影响及临床疗效观察》文中认为腰椎双侧关节突关节和腰椎间盘构成了运动节段的稳定叁角，称关节叁联体结构(Tri-joint complex，TJC)，叁者相互制约，使脊柱趋向稳定。腰椎间盘摘除后打破了叁者之间的平衡，腰椎功能单位(Functional spinal unit，FSU)的结构被破坏，承载方式发生改变，继发腰椎不稳。脊柱融合术虽然恢复了脊柱稳定性，但它是以牺牲节段运动为手段的一项治疗技术，本身却是非生理性的，有其缺点。因此，最好是采用重建椎间盘功能的方法来治疗退行性椎间盘疾病(Degenerative disc disease，DDD)。人工腰椎间盘置换术(artificialdisc replacement，ADR)正是基于此目的，它重建了椎间盘重要的生理功能，达到分担负荷、节段性稳定和节段性运动的目的，同时椎间隙高度的撑开又具有间接神经根管减压作用。随着人工椎间盘技术的推广，接受ADR的患者数量不断增加。迄今为止，有关ADR可避免或缓解邻近节段退变发生的生物力学及临床研究甚少，未见L_(4/5)ADR对L_(2/3)关节突关节内压力影响的报道，因而开展L_(4/5)ADR对L_(2/3)关节突关节内压力影响的生物力学和临床研究具有重要意义。 本课题包括叁部分。第一部分通过比较轴向、侧弯及后伸载荷下L_(2/3)节段左右两组关节突关节内压力的变化，为关节突关节内压力的测量在腰椎生物力学研究中的应用提供更多的依据。第二部分采用新鲜尸体腰椎标本建立L_(4/5)椎间盘摘除、椎间融合、人工椎间盘置换模型，然后进行其对L_(2/3)关节突关节内压力影响的比较研究。第叁部分通过随访调查对比分析L_(4/5)椎间盘摘除、椎间融合、人工椎间盘置换
周志宏[4]2006年在《L_（4/5）人工椎间盘置换对L_（2/3）椎间孔影响的生物力学与临床研究》文中研究说明腰椎间盘突出症与95％的坐骨神经痛和50％的腰腿痛有着密切的关系，并可引起继发性腰椎管狭窄。对正规非手术治疗无效的症状性腰椎间盘退行性病变，通常采用的外科治疗手段是椎间盘髓核摘除术，虽然大多数患者术后症状得以改善，但仍有5％～20％病例术后症状持续存在，甚至加重，可能是由于髓核摘除破坏了腰椎的内源性稳定，承载时产生异常活动致节段性不稳，累及神经根产生根性症状。因此如何恢复退变椎间盘的功能是目前研究的热点。人工椎间盘置换(artificial disc replacement，ADR)能恢复腰椎节段基本运动和避免邻近节段承受非生理应力，是更符合生理的治疗方法，已成为研究的热点。 腰椎的椎间孔是一口形，圆形或倒泪滴状的窗，椎间孔矢状面的上下缘是由上下相邻椎体的椎弓根组成、其后缘由相邻椎体的上下关节突及黄韧带组成，前缘为上位椎体的后下缘、椎间盘的后缘和下位椎体的后上缘构成。随着人工椎间盘技术的推广，接受ADR的患者数量不断增加。迄今为止，有关ADR可避免或缓解邻近节段退变发生的生物力学及临床研究甚少，未见L_(4／5)ADR对L_(2／3)椎间孔形态影响的报道，因而开展L_(4／5)ADR对L_(2／3)椎间孔影响的生物力学和临床研究具有重要意义。 本课题包括椎间孔的测量、生物力学和临床研究叁部分。第一部分采用CT扫描进行腰椎间孔研究，对标本扫描重建L_(2／3)椎间孔的叁
张振军, 李阳, 廖振华, 刘伟强[5]2016年在《有限元法在腰椎生物力学应用中的研究进展和展望》文中进行了进一步梳理本文基于有限元分析在脊柱生物力学应用中的背景和意义,回顾了有限元法在腰椎力学应用中的研究进展,并对其应用前景进行了展望。本文重点归纳整理了有限元法在腰椎本体建模、临床应用研究和职业损伤防护等方面的研究进展,得出有限元法在腰椎生物力学应用中的主要研究方向:建模过程的精细化、仿真方法的更优化、适用临床评估的多样化和人工腰椎间盘的临床化。最后结合最新的研究进展和热点方向,对有限元法在腰椎建模的自动化和个性化、新型术式的评估和分析、损伤机理和动态响应仿真等方面的应用前景进行了展望。本文通过对有限元法在腰椎生物力学领域中的应用研究进行回顾和展望,以期为临床腰椎问题提供更加全面系统的理论参考和实践指导。
张振军, 孙艺萄, 廖振华, 孙学君, 刘伟强[6]2018年在《有限元法在腰椎融合术与置换术生物力学研究中应用进展》文中指出回顾近年来有限元法(finite element method,FEM)在腰椎椎间融合术与人工椎间盘置换术生物力学中的研究进展,并对其应用前景进行展望。通过归纳整理,得出FEM在腰椎椎间融合术与人工椎间盘置换术生物力学中的研究要点是手术方案的优化选择、植入器械的性能评价和临床手术的效果预测。最后依据当前的研究要点和发展方向,对FEM在个性化手术模拟、弹性内固定性能评价和新型术式效果预测等方面的应用前景进行展望。通过对FEM在腰椎椎间融合术与人工椎间盘置换术生物力学研究中的应用进展进行回顾和展望,以期为临床腰背痛疾病的手术治疗提供更加全面和系统的理论指导。
孟丽娜[7]2014年在《人工腰椎间盘置换后腰椎模型的建立及有限元分析》文中研究说明近年来调查结果显示，植骨融合技术广泛应用于腰椎病患者的病症治疗中。然而，有关研究表明融合技术存在着一定的弊端，如导致腰椎活动度的减少、临近节段的退行性病变。有关临床观察表明，脊柱非融合技术－人工椎间盘置换技术，获得了满意的临床效果。然而，人工椎间盘置换技术是否真的可以完全避免植骨融合技术所带来的弊端，理论研究较少。目的和方法本文以7年前，一位植入框架型人工腰椎间盘的手术患者为原型来研究人工腰椎间盘置换对邻近节段椎体及间盘的影响，从而对框架型人工腰椎间盘作评价。通过反求技术，重建L1~L4椎骨、椎间盘L1L2、L2L3、L3L4、框架型人工腰椎间盘的叁维模型，然后通过软件Pro/E软件构建两种模型，即框架型人工腰椎间盘系统模型、正常腰椎模型。借助有限元分析软件ANSYS，研究两种模型的腰椎运动节段L2L3的运动范围、临近节段L1L2、L3L4椎间盘及L2、L3椎体应力，从而评价人工椎间盘置换技术，即框架型人工腰椎间盘对临近节段的影响。结果和讨论(1)框架型人工腰椎间盘可以维持运动节段椎体65%左右的活动度。其中，正压状态下保持近65%的活动度；弯曲状态下活动度为65%；伸展、侧弯状态下活动度分别为65.7%、73.6%。(2)框架型人工腰椎间盘对临近节段的应力影响不大。其中四种运动状态下临近椎间盘及椎体的应力虽然都有所增加，但大部分增加幅度仅在10%左右。(3)框架型人工腰椎间盘抗疲劳性较好。根据天津市第四中心医院的随访研究，患者体内植入人工腰椎间盘7年，无任何不适现象，能够正常生活。综上所述，框架型人工腰椎间盘置换可以恢复腰椎的正常活动，对于临近节段的生物力学影响不大。
董可欣, 马德春, 李秋菊, 张丽, 李磊[8]2014年在《人工腰椎间盘假体设计原理研究及未来趋势发展》文中提出背景:椎间盘置换是治疗椎间盘退行性疾病的新选择,可在消除疼痛的同时保留腰椎原有的生物力学状态,但对于其假体结构和材料设计尚需进一步研究和验证。目的:对现有腰椎间盘假体结构和材料设计方案进行综述,并对其未来优化设计进行展望。方法:第一作者应用计算机检索中国期刊全文数据库、Pubmed数据、中国生物医学文献数据库中2005年1月至2013年2月有关人工腰椎间盘及髓核假体材料类型及生物力学的文章。中文检索词为"人工椎间盘,假体设计原理,结构,材料,临床试验",英文检索词为"artificial lumbar disc,total disc replacement,structure,material,clinical trial",排除重复及陈旧文献。共检索到135篇文章,共纳入36篇文章进行综述。结果与结论:目前用于椎间盘的材料有钴铬合金、陶瓷、不锈钢、钛合金和超高分子量聚乙烯等。用不同材料制备的椎间盘假体较多,其中Bryan假体在临床最常用,叁维有限元分析、体外实验及临床研究都证实具有良好的生物力学特性,置换成功率较高。人工髓核假体有预制型及原位聚合型,由于置换损伤小,是目前的研究热点,但很难达到人体髓核生物力学功能。挖掘新型材料来设计个性化假体是将来的发展方向。对于假体结构和生物材料设计经历了不断的改进与发展,文章结合最新研究趋势,对椎间盘假体未来在材料改进、结构仿生设计、假体和辅助置入器械优化设计等发展方向进行了展望。
李海波[9]2006年在《L4.5人工椎间盘置换对L2.3椎间隙压力影响的实验生物力学研究》文中提出目的：测量L4/5椎间盘完整时、切除后及人工椎间盘置换后L2/3椎间隙内压力变化,探讨L4/5椎间盘切除及人工椎间盘置换对L2/3椎间盘的影响,为人工椎间盘的临床应用提供理论依据。方法：在10具成人新鲜尸体标本上,分别以200-2000N的轴向、1-10Nm前屈、后伸、侧弯加载,测量L4/5椎间盘完整时、切除后及人工椎间盘置换后L2/3椎间隙内的压力并进行统计学分析。结果：相同载荷轴向、前屈、后伸、侧弯下,L2/3椎间隙内的压力：L4/5椎间盘髓核摘除后与椎间盘完整时差异有统计学意义(P<0.01)；人工椎间盘置换后与椎间盘完整时无统计学意义(P>0.05)；人工椎间盘置换后与椎间盘切除后差异有统计学意义(P<0.01=。结论：L4/5椎间盘髓核切除后L2/3椎间隙内的压力增高,单纯椎间盘切除可影响腰椎的力学分布,进一步导致继发性腰椎结构的退行性改变；L4/5人工椎间盘置换后L2/3椎间隙内压力与正常一致,对腰椎结构具有保护作用,并提供了一定的生物力学基础和理论依据。在L4/5椎间盘完整时,前屈、轴向分级载荷时L2/3椎间隙内压力变化幅度较明显,后伸时L2/3椎间隙内压力变化幅度较小；提示人体在不同活动时椎间隙内压力变化反应不同,为人们在预防及治疗腰椎间盘疾病提供依据。
张勇, 朱悦, 郝玉琳, 李述军[10]2008年在《新型钛合金人工腰椎间盘的生物力学研究》文中研究指明目的研制一种新型钛合金人工腰椎间盘并评价其生物力学特点。方法设计一种新型两部件球窝关节人工腰椎间盘,使用新型低弹性模量钛合金(50GPa)制造,应用生物材料试验机分别进行压缩刚度、扭转刚度、疲劳强度生物力学检测。结果新型钛合金人工腰椎间盘具有前屈、后伸、左右侧弯功能。压缩刚度为不锈钢的1/3,约为50～66.7GPa;扭转刚度为388.54N·m/(°);经过1×107次反复压缩疲劳测试,并未发生明显的变形及损坏。比较测试前、100、200、500、1000万次疲劳测试后压缩刚度没有统计学差异。结论新型钛合金人工腰椎间盘符合人体力学要求。
参考文献：
[1]. 人工腰椎间盘相关生物力学研究[D]. 葛磊. 中南大学. 2003
[2]. 人工腰椎间盘研究进展[J]. 柯昌保, 廖振华, 刘伟强. 国际骨科学杂志. 2014
[3]. L_（4/5）人工椎间盘置换对L_（2/3）小关节内压力的影响及临床疗效观察[D]. 王锡阳. 中南大学. 2006
[4]. L_（4/5）人工椎间盘置换对L_（2/3）椎间孔影响的生物力学与临床研究[D]. 周志宏. 中南大学. 2006
[5]. 有限元法在腰椎生物力学应用中的研究进展和展望[J]. 张振军, 李阳, 廖振华, 刘伟强. 生物医学工程学杂志. 2016
[6]. 有限元法在腰椎融合术与置换术生物力学研究中应用进展[J]. 张振军, 孙艺萄, 廖振华, 孙学君, 刘伟强. 医用生物力学. 2018
[7]. 人工腰椎间盘置换后腰椎模型的建立及有限元分析[D]. 孟丽娜. 天津理工大学. 2014
[8]. 人工腰椎间盘假体设计原理研究及未来趋势发展[J]. 董可欣, 马德春, 李秋菊, 张丽, 李磊. 中国组织工程研究. 2014
[9]. L4.5人工椎间盘置换对L2.3椎间隙压力影响的实验生物力学研究[D]. 李海波. 湖南中医药大学. 2006
[10]. 新型钛合金人工腰椎间盘的生物力学研究[J]. 张勇, 朱悦, 郝玉琳, 李述军. 医用生物力学. 2008