脊柱类植入物设计2

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5脊柱内固定系统的有限元分析

作为案例，这里阐述椎体骨折内固定方案力学效果的分析与比较。

椎体骨折后钉棒系统是临床上常用的脊柱内固定系统，不同的固定方案生物力学效果具有较大差异，因此，通过有限元计算分析不同固定方案的力学效果对于优化治疗方案具有重要的参考价值。

1.爆裂性骨折三维有限元模型的建立

在完整T11-L1三维有限元模型上建立T12椎体爆裂性骨折线模型，如图58所示。同时，建立单运动节段固定模型、短运动节段4钉固定模型、短运动节段5钉固定模型，如图59所示。

2.爆裂性骨折不同固定方案的对比分析

约束L1椎体的下表面，在刚性加载核上施加N垂直压缩载荷和8N.m的屈伸、侧弯、旋转载荷。计算分析不同载荷下四个模型的生物力学行为特性，计算结果见图60。

从图61和图62可以看出，单运动节段的固定不能提供足够的稳定性，而短节段5钉固定可以保证相对理想的稳定性和活动度。

6人工颈椎间盘

6.1发展历程

人工椎间盘置换术是脊柱非融合手术的重要代表。20世纪50年代开始人工椎间盘实验研究，经过一些曲折，80年代该技术复兴，到90年代成为临床可供选择的方法之一。进入21世纪后，人工椎间盘得到了广泛认可并取得蓬勃发展，其中人工颈椎间盘起步略晚于人工腰椎间盘，但到目前为止也有近20年的临床经验[1]。

年VanSteenbrugghe首次提出椎间盘假体的概念，17年后他和Urbaniak等报道了第一个人工椎间盘假体植入黑猩猩体内的情况，这是第一例针对动物的椎间盘置换术。最早应用于临床的人工颈椎间盘于年由瑞典医生Fernstom完成[2]，他们将不锈钢球样假体植入腰椎和颈椎的椎间盘间隙，共使用了枚假体植入了名病人。随后，南非的Reitz和Joubert也报道使用金属假体置换颈椎间盘治疗顽固性头痛和颈臂痛，大量病例经过长达7年的术后随访，发现假体移位和下沉率高，而且Fernstom本人也承认临床效果差，故金属假体逐渐被临床淘汰。

20世纪80年代脊柱关节成型术再次兴起，当时主要是研制和使用腰椎间盘假体。年，德国的Schellnack和Buttner-Janz开始了SBCharite人工腰椎间盘应用的研究，这是第一款真正意义上的人工腰椎间盘（图63）。他们基于低摩擦率的原则（该原则在整个关节置换中被证明是成功的），在2个非常光滑的金属终板中间用关节连接的1个高分子聚乙烯滑动核，在纤维环的容纳中模仿髓核运动。年H.Zippel教授首次完成该椎间盘的植入。年首次报道了Charite假体的临床结果。后来，由于第一代Charite假体在临床上出现了移位和金属疲劳断裂等问题，又开发了新一代的SBCharite假体，并在随后的十几年里不断更新和改进。SBCharite三代假体的研究在欧洲取得了一定的进展，并取得了很好的临床预期效果，也为其它假体的开发提供了借鉴和信心。

20世纪90年代人工腰椎间盘进入蓬勃发展时期，人工颈椎间盘也在这一时期开始出现，但早期的人工椎间盘大多经历了多个阶段的研发才逐渐成熟。如Prestige人工椎间盘由Cummins假体发展而来，是年由英国Frenchay医院医学工程部的Bristol开始设计研究，经历了PrestigeⅠ、PrestigeⅡ、PrestigeST和PrestigeLP共4个发展阶段（如图64所示），其中PrestigeLP由PrestigeST演变而来，与其他Prestige假体相比，做了比较大的改动，在与上下椎体终板的接触面上增加了锯齿状的轨道，使假体与骨质的接合更加牢固。这一时期大量目前仍在使用的人工颈椎间盘开始涌现，如年法国Marnay发明并开始植入的Prodisc人工椎间盘假体，年开始应用于颈椎，第一例Prodisc-C在年12月14日置入。年美国西雅图神经外科医师VincentBryan设计了Bryan颈椎间盘假体。但直到20世纪末期，仍只有Prestige、Prodisc、Bryan等少数颈椎间盘假体拥有临床随访实验。

进入21世纪以来，随着人工椎间盘研发和手术技术日益成熟，人工颈椎间盘置换术也得到了大多数临床医生和患者的认可，欧美医疗器械公司和科研机构研发的假体也如雨后春笋般出现，人工椎间盘置换术作为脊柱非融合技术的代表，已逐渐得到广泛应用并受到高度