斜外側(cè)椎間融合術(shù)融合器放置位置聯(lián)合雙側(cè)椎弓根釘棒固定在骨質(zhì)疏松腰椎中的有限元分析
摘 要
目的：
運用三維有限元分析法研究骨質(zhì)疏松腰椎應(yīng)用斜外側(cè)椎間融合術(shù)時融合器放
置不同位置的單純?nèi)诤瞎潭ǎ?/span>stand-alone）以及聯(lián)合雙側(cè)椎弓根釘棒固定對腰椎生物力學(xué)的影響。
方法：
獲取一名成年男性志愿者腰椎?DICOM?格式的?CT?掃描數(shù)據(jù)，運用?Mimics、Geomagic、Solidworks、ANSYS?軟件建立?L3-L5?正常三維有限元模型（N）。對正常有限元模型進行驗證后，通過調(diào)整模型的材料屬性構(gòu)建骨質(zhì)疏松模型（OP），并以?OP?為基礎(chǔ)在?L4-L5?節(jié)段分別建立融合器放置于?L5?上終板前、中、后?1/3?的單純融合固定模型（S1、S2、S3）和雙側(cè)椎弓根釘棒固定模型（M1、M2、M3）。在L3?上表面施加?400N?垂直載荷及?10 N·m?力矩模擬脊柱前屈、后伸、左右側(cè)彎和左右旋轉(zhuǎn)等六種生理活動，記錄各有限元模型不同工況下?L4-L5?節(jié)段相對活動度(rangeof motion, ROM)及?L5?上終板、融合器和釘棒系統(tǒng)內(nèi)固定的應(yīng)力峰值并比較差異。
結(jié)果：
在大部分運動狀態(tài)下，單純?nèi)诤瞎潭Ｐ秃吐?lián)合雙側(cè)椎弓根釘棒固定模型的L4-L5?相對活動度、L5?上終板應(yīng)力、融合器應(yīng)力從小到大排序均為：S2＜S1＜S3、M2＜M1＜M3。除前屈后伸外，M2?的釘棒系統(tǒng)內(nèi)固定應(yīng)力最小。在同一融合器位置下，聯(lián)合雙側(cè)椎弓根釘棒固定模型的?L4-L5?相對活動度、L5?上終板應(yīng)力、融合器應(yīng)力相比單純?nèi)诤瞎潭Ｐ途@著降低。M1?的?L4-L5?相對活動度、L5?上終板、融合器應(yīng)力相比于?S1?分別最大降低了?89.37％、71.98％、78.38％；M2?相比于?S2?分別最大降低了?83.24％、70.71％、73.52％；M3?相比于?S3?分別最大降低了?74.28％、53.13％、54.16％。
結(jié)論：
斜外側(cè)椎間融合術(shù)中將融合器放置于?L5?上終板中?1/3?可以降低?L5?上終板、融合器和內(nèi)固定的最大應(yīng)力，從而有助于減少骨質(zhì)疏松腰椎術(shù)后融合器沉降、終板塌陷及后路釘棒系統(tǒng)斷裂的風險。相比于?OLIF?單純?nèi)诤瞎潭?，?lián)合雙側(cè)椎弓根釘棒固定能夠為骨質(zhì)疏松腰椎手術(shù)節(jié)段提供充足的穩(wěn)定性，并進一步降低前述并發(fā)癥的發(fā)生率。
本課題為山西省自然科學(xué)基金“骨肉瘤細胞?VEGF-C/VEGFR-3/iNOS?的信號調(diào)控機制及其促腫瘤周圍血管形成的研究（編號：201801D121220）”。
關(guān)鍵詞：有限元分析；斜外側(cè)椎間融合術(shù)；融合器位置；骨質(zhì)疏松；雙側(cè)椎弓根釘棒固定
前 言
腰椎椎間融合術(shù)（lumbar interbody fusion, LIF）是治療腰椎退行性疾病的經(jīng)典方法，可通過多種入路達成，每種入路各有其優(yōu)勢和不足。隨著外科技術(shù)向精準、微創(chuàng)發(fā)展，出現(xiàn)了許多微創(chuàng)的椎間融合術(shù)式。近年來，斜外側(cè)腰椎間融合術(shù)（oblique lateralinterbody fusion, OLIF）因其良好的手術(shù)效果[1-2]而備受推崇，但值得注意的是，因患者骨質(zhì)疏松癥或終板過度損傷導(dǎo)致術(shù)后融合器沉降甚至塌陷的發(fā)生率約為8.3%~9.4%[1.3]，往往需要附加后路內(nèi)固定。有研究指出骨密度、融合水平、融合器位置、融合器高度、螺釘固定均與融合器沉降有關(guān)[4-5]。在?He?等人[6]的研究中，OLIF單獨使用時融合器的沉降率為?15.6%，高于聯(lián)合后路椎弓根螺釘固定(7.3％)。融合器下沉、椎間隙塌陷可能導(dǎo)致椎間孔再狹窄和節(jié)段性前凸喪失，從而導(dǎo)致持續(xù)性背痛或神經(jīng)根病變，嚴重時需進行翻修手術(shù)[7-8]。
腰椎終板由中央終板和周圍骺環(huán)組成，其中骺環(huán)是終板的主要負重結(jié)構(gòu)，相關(guān)解剖學(xué)研究證實終板外側(cè)區(qū)、前部、后部骺環(huán)結(jié)構(gòu)的寬度分別約為?7.3mm、5.6mm、3.3mm[9]，故?OLIF?融合器與骺環(huán)的接觸面積會隨著放置位置的不同而變化，但這會對骨質(zhì)疏松患者的腰椎生物力學(xué)有何影響卻鮮有報道。
本研究采用有限元分析的方法，建立?L3-L5?單節(jié)段融合器放置不同位置的?OLIF單純?nèi)诤瞎潭ǎ?/span>stand-alone OLIF）和聯(lián)合雙側(cè)椎弓根釘棒固定的骨質(zhì)疏松三維有限元模型，分析其對腰椎生物力學(xué)特性的影響，可以在理論上篩選出較為合理的融合器植入位置，明確骨質(zhì)疏松腰椎使用雙側(cè)椎弓根釘棒的優(yōu)勢，為臨床醫(yī)生提供參考依據(jù)。
1?材料與方法
1.1 材料
1.1.1 研究對象
選取健康成年男性志愿者?1?名，既往無腰椎疾病、創(chuàng)傷史。
1.1.2 實驗軟件及計算機工作站
軟件：Mimics 17.0（Materialise?公司，比利時），Geomagic Studio 2017（Geomagic公司，美國），Solidworks 2016（達索公司，美國），ANSYS 16.0（Ansys?公司，美國）。
計算機工作站：CPU：intel（R）Core（TM）i5-9300H. 2.40GHz，16G?內(nèi)存，
Windows10?操作系統(tǒng)。
1.1.3 CT 數(shù)據(jù)采集
采用?64?排螺旋?CT（西門子公司，德國）對該男性志愿者的腰椎進行連續(xù)薄層掃描（層厚?0.625mm），將獲取的影像數(shù)據(jù)以?DICOM?格式進行保存。
1.2 方法
1.2.1 L3-L5 三維幾何模型的建立
將獲取的?DICOM?數(shù)據(jù)導(dǎo)入建模軟件?Mimics，設(shè)置合適閾值分割出?L3-L5?腰椎的骨性結(jié)構(gòu)，使用?3D?計算功能，并對模型進行平滑、包裹等處理。將獲取的?L3-L5椎體模型以?STL?格式文件導(dǎo)入逆向工程設(shè)計軟件?Geomagic?進行填孔、光滑、打磨、簡化、構(gòu)造曲面片等處理，之后以?Step?格式文件導(dǎo)入到機械設(shè)計軟件?Solidworks，通過組合、刪減等功能重建皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨、椎間盤、軟骨終板和關(guān)節(jié)突軟骨，完成?L3-L5三維幾何模型的建立（見圖?1）。
椎間盤由髓核和纖維環(huán)構(gòu)成，其中髓核約占椎間盤?40%。軟骨終板與椎體上下表面緊密貼合，厚度約為?1mm；皮質(zhì)骨厚度約為?1mm，松質(zhì)骨與皮質(zhì)骨緊密貼合。關(guān)節(jié)突軟骨與關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)面緊密貼合，厚度約為?0.2mm。
1.2.2 融合器、椎弓根釘棒幾何模型的建立
本課題基于上海三友楔石融合器的參數(shù)在?Solidworks?中建立融合器的三維幾何模型。融合器長寬高分別為?50mm、17mm、10mm，前后不等高，上下表面約成?8°夾角，為降低建模時的復(fù)雜程度，用矩形面代替鋸齒面。椎弓根螺釘模型長?50mm，直徑?6.5mm，表面設(shè)計有螺紋；連接棒長?53mm，直徑?5.5mm（見圖?2）。
1.2.3 融合器放置不同位置的斜外側(cè)椎間融合術(shù)模型的建立
用?Solidworks?軟件將?L3-L5?幾何模型與融合器、椎弓根釘棒幾何模型進行裝配。
Moro?等人[10]將椎體從前緣到后緣等分為Ⅰ~Ⅳ四個區(qū)域，本研究采用相同的方法，將L5?上終板前后徑平均分為?4?部分，分界點分別記為：a、b、c，融合器最大橫徑與最大縱徑的交叉點記為中心點?A，將融合器按其長軸平行于?L5?上終板左右徑放置，在軸位上使?A?分別與?a、b、c?重疊，得到融合器位于?L5?上終板前?1/3（即?Moro Ⅰ~Ⅱ區(qū)）的單純?nèi)诤瞎潭Ｐ停?/span>S1）與雙側(cè)椎弓根釘棒固定模型（M1），融合器位于?L5?上終板中?1/3（即?Moro Ⅱ~Ⅲ區(qū)）的單純?nèi)诤瞎潭Ｐ停?/span>S2）與雙側(cè)椎弓根釘棒固定模型（M2），融合器位于?L5?上終板后?1/3（即?Moro Ⅲ~Ⅳ區(qū)）的單純?nèi)诤瞎潭Ｐ停?/span>S3）與雙側(cè)椎弓根釘棒固定模型（M3）（見圖?3）。
腰椎終板與所選融合器匹配，所有手術(shù)模型均以?L4-L5?節(jié)段為手術(shù)節(jié)段，融合器為單枚、左側(cè)置入，均移除?L4-L5?節(jié)段相應(yīng)髓核、纖維環(huán)以及軟骨終板。
1.2.4 有限元模型的建立
將上述模型導(dǎo)入有限元分析軟件?ANSYS?中添加韌帶（包括前縱韌帶、后縱韌帶、黃韌帶、棘間韌帶、棘上韌帶、橫突間韌帶和關(guān)節(jié)囊韌帶），韌帶采用僅承受拉力的Spring?單元代替。劃分網(wǎng)格時采用四面體網(wǎng)格，為保證計算的精度及準確度，對皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨、后部結(jié)構(gòu)、椎間盤、軟骨終板、融合器和后路雙側(cè)椎弓根釘棒的網(wǎng)格大小設(shè)置為?2.0mm，對關(guān)節(jié)突軟骨網(wǎng)格大小設(shè)置為?1mm。設(shè)定腰椎結(jié)構(gòu)為各向同性的線彈性材料，通過對各個模型賦予材料屬性最終生成?L3-L5?正常三維有限元模型（N）、骨質(zhì)疏松有限元模型（OP）、融合器位于?L5?上終板前?1/3?的單純?nèi)诤瞎潭Ｐ停?/span>S1）與雙側(cè)椎弓根釘棒固定模型（M1）、融合器位于?L5?上終板中?1/3?的單純?nèi)诤瞎潭?/span>型（S2）與雙側(cè)椎弓根釘棒固定模型（M2）、融合器位于?L5?上終板后?1/3?的單純?nèi)?/span>合固定模型（S3）與雙側(cè)椎弓根釘棒固定模型（M3）（見圖?4-5）。N?與?OP?均共計494853?個節(jié)點，294764?個四面體單元；S1?共計?481773?個節(jié)點，287346?個四面體單元；M1?共計?600224?個節(jié)點，352264?個四面體單元；S2?共計?482571?個節(jié)點，287938個四面體單元；M2?共計?600198?個節(jié)點，352173?個四面體單元；S3?共計?482521?個節(jié)點，287901?個四面體單元；M3?共計?599653?個節(jié)點，351875?個四面體單元。
骨質(zhì)疏松模型通過調(diào)整模型的材料屬性進行構(gòu)建，定義是松質(zhì)骨的彈性模量降低66%，皮質(zhì)骨、終板和后部結(jié)構(gòu)的彈性模量降低?33%，軟組織結(jié)構(gòu)保持不變[11]。L3-L5各組織結(jié)構(gòu)及內(nèi)植物的材料屬性均來源于前人研究數(shù)據(jù)[12-14]，如表?1?所示。
1.2.5 接觸對設(shè)置、邊界條件的假定與載荷施加
小關(guān)節(jié)接觸類型設(shè)置為“frictional”，系數(shù)設(shè)為?0.2，以保證關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)在維持脊柱功能結(jié)構(gòu)的正常作用。融合器與椎間隙上下終板、螺釘與釘?shù)?、螺釘與釘棒接觸類型均設(shè)置為“bonded”。將?L5?下終板固定，即在受力的條件下不發(fā)生位移和旋轉(zhuǎn)，在?L3?上表面添加大小為?400N?的垂直載荷及?10 N·m?力矩，模擬人體前屈、后伸、左右側(cè)彎、左右旋轉(zhuǎn)運動[15-16]。
1.2.6 主要觀察指標
記錄各有限元模型不同工況下?L4-L5?節(jié)段相對活動度(range of motion, ROM)及L5?上終板、融合器和釘棒系統(tǒng)內(nèi)固定的應(yīng)力峰值并比較不同模型之間的差異。
2?結(jié) 果
2.1 模型有效性驗證
在正常有限元模型（N）的?L3?上表面施加前述載荷，測量?L3-L4、L4-L5 ROM。所得結(jié)果與?Shim?等[17]的尸體研究和?Zhong?等[18]的有限元研究的結(jié)果相近（見圖?6），說明本研究所構(gòu)建模型可用于進一步研究。
2.2 各運動狀態(tài)下 L4-L5 節(jié)段腰椎相對活動度
單純?nèi)诤瞎潭ㄊ中g(shù)模型與?OP?相比，S1、S2、S3 L4-L5?節(jié)段腰椎相對活動度在各運動狀態(tài)下分別減少?28.29％、43.06％、39.83％以上。除后伸狀態(tài)外?L4-L5?節(jié)段腰椎相對活動度：S3＞S1＞S2。雙側(cè)椎弓根釘棒固定手術(shù)模型與?OP?相比，M1、M2、M3L4-L5?節(jié)段腰椎相對活動度在各運動狀態(tài)下分別減少?80.56％、80.92％、84.13％以上。除后伸狀態(tài)外?L4-L5?節(jié)段腰椎相對活動度：M3＞M1＞M2（見圖?7）。
雙側(cè)椎弓根釘棒固定手術(shù)模型與單純?nèi)诤瞎潭ㄊ中g(shù)模型進行比較，M1?比?S1?在各運動狀態(tài)下分別減少了?89.37％、72.89％、44.87％、28.94％、8.62％、4.08％；M2?比?S2?在各運動狀態(tài)下分別減少了?83.24％、66.49％、48.67％、61.97％、2.39％、1.42％；M3?比?S3?在各運動狀態(tài)下分別減少了?74.28％、71.09％、42.98％、32.27％、34.97％、23.60％。
2.3 各運動狀態(tài)下 L5 上終板的應(yīng)力峰值
單純?nèi)诤瞎潭ㄊ中g(shù)模型?L5?上終板的應(yīng)力峰值在除后伸狀態(tài)外為：S3＞S1＞S2。S1、S2?在前屈時應(yīng)力最大，S3?在前屈時的應(yīng)力僅次于右側(cè)彎，達到了?79.39MPa。雙側(cè)椎弓根釘棒固定手術(shù)模型?L5?上終板的應(yīng)力峰值在各運動狀態(tài)下均為：M3＞M1＞M2。M1、M2、M3?在前屈和右側(cè)彎狀態(tài)的應(yīng)力明顯大于其他運動狀態(tài)，在后伸時應(yīng)力則最小（見圖?8）。
雙側(cè)椎弓根釘棒固定手術(shù)模型與單純?nèi)诤瞎潭ㄊ中g(shù)模型進行比較，M1?比?S1?在各運動狀態(tài)下分別減少了?29.37％、71.98％、25.32％、12.71％、16.43％、10.98％；M2?比?S2?在各運動狀態(tài)下分別減少了?29.85％、70.71％、17.26％、14.59％、8.14％、5.73％；M3?比?S3?在各運動狀態(tài)下分別減少了?32.63％、53.13％、32.33％、27.75％、26.27％、9.58％。圖?9?為各?OLIF?模型在前屈運動狀態(tài)時的?L5?上終板應(yīng)力分布，顯示最大應(yīng)力主要集中在與融合器接觸的終板骺環(huán)區(qū)域。
2.4 各運動狀態(tài)下融合器應(yīng)力峰值
單純?nèi)诤瞎潭ㄊ中g(shù)模型融合器的應(yīng)力峰值在除后伸狀態(tài)外為：S3＞S1＞S2。S1、S2、S3?均在前屈時達到最大應(yīng)力，在左旋轉(zhuǎn)時應(yīng)力最小。雙側(cè)椎弓根釘棒固定手術(shù)模型融合器的應(yīng)力峰值在各運動狀態(tài)下均為：M3＞M1＞M2。M1、M2、M3?在前屈時應(yīng)力最大，而在后伸時應(yīng)力最?。▓D?10）。
雙側(cè)椎弓根釘棒固定手術(shù)模型與單純?nèi)诤瞎潭ㄊ中g(shù)模型進行比較，M1?比?S1?在各運動狀態(tài)下分別減少了?43.38％、78.38％、30.73％、14.84％、18.07％、23.46％；M2?比?S2?在各運動狀態(tài)下分別減少了?42.37％、73.52％、18.97％、14.83％、14.10％、21.84％；M3?比?S3?在各運動狀態(tài)下分別減少了?31.17％、54.16％、13.90％、10.65％、21.73％、17.82％。圖?11?為各?OLIF?模型在前屈運動狀態(tài)時的融合器應(yīng)力分布，顯示最大應(yīng)力主要集中在融合器與終板骺環(huán)接觸的區(qū)域。
2.5 各運動狀態(tài)下釘棒系統(tǒng)內(nèi)固定應(yīng)力峰值
雙側(cè)椎弓根釘棒固定手術(shù)模型前屈時釘棒系統(tǒng)應(yīng)力為：M3＞M2＞M1，后伸時釘棒系統(tǒng)應(yīng)力為：M1＞M2＞M3，而在左右側(cè)彎、左右旋轉(zhuǎn)時?M2?釘棒系統(tǒng)應(yīng)力最小（圖?12）。圖?13?為?OLIF?聯(lián)合雙側(cè)椎弓根釘棒固定模型在左旋轉(zhuǎn)運動狀態(tài)時的釘棒系統(tǒng)內(nèi)固定應(yīng)力分布，顯示最大應(yīng)力主要集中在椎弓根釘與連接棒的交界處。
3?討 論
腰椎間融合術(shù)(LIF)是治療各種脊柱疾病的有效方法[19-20]，也是應(yīng)用最廣泛的手術(shù)方式[21]，但失血過多、肌肉失神經(jīng)支配、醫(yī)源性肌肉和軟組織損傷等并發(fā)癥是無法避免的[2]。隨著微創(chuàng)技術(shù)的發(fā)展，微創(chuàng)外側(cè)椎體間融合術(shù)(minimally invasive lateralinterbody fusion，MIS LIF)應(yīng)運而生。其中?OLIF?最先由?Silvestre?等[22]在?2012?年報道，以腰大肌與腹主動脈之間的自然間隙作為手術(shù)入路進行操作，與前路腰椎間融合術(shù)（anterior lumbar interbody fusion, ALIF）相比，OLIF?避免了前方血管的牽拉，降低了腹膜后大血管損傷和逆行性射精的風險。同時，由于斜外側(cè)入路不經(jīng)過腰大肌，有效地避免了極外側(cè)腰椎間融合術(shù)（extreme lateral interbody fusion, XLIF）或直接側(cè)入路腰椎間融合術(shù)（direct lateral interbody fusion, DLIF）引起的腰叢或股神經(jīng)損傷等并發(fā)癥[2]。另外與后路腰椎間融合術(shù)（posterior lumbar interbody fusion, PLIF）或經(jīng)椎間孔腰椎間融合術(shù)（transforaminal lumbar interbody fusion, TLIF）相比，OLIF?通過置入更大的融合器恢復(fù)椎間隙高度間接減壓，不需打開椎管，對神經(jīng)無干擾，不損傷后方肌肉、韌帶和骨性結(jié)構(gòu)，避免了術(shù)后相關(guān)并發(fā)癥。融合器植入后通過“撐開-壓縮張力帶”效應(yīng)為手術(shù)節(jié)段提供穩(wěn)定性，使融合器處于自穩(wěn)狀態(tài)[23]，從而使得?OLIF?單純融合固定成為可能，其良好的臨床效果也已有報道[24-26]，但終板塌陷、融合器沉降仍是其常見的并發(fā)癥之一。此外腰椎退變性疾病多為老年患者，受患者年齡、骨質(zhì)條件、椎間隙處理技術(shù)等諸多因素影響，術(shù)后融合器的下沉、移位等并發(fā)癥更加不容忽視[27]。對于骨密度?T?值<-1.0?的患者往往需要附加后方椎弓根釘棒系統(tǒng)內(nèi)固定[28]。
近年來，學(xué)者們逐漸關(guān)注到術(shù)中融合器位置對術(shù)后融合器沉降的影響。研究報道，從?L1?到?S1，終板不同位置的強度存在差異，中央和前方的終板強度最低，后外方的終板強度最大[29-30]，因而融合器放置不同位置時腰椎生物力學(xué)特性也會存在差異，所以融合器位置是椎間融合術(shù)后融合器沉降、終板塌陷的重要影響因素。然而，對于放置融合器的最佳位置目前還有爭議。Barsa?等[31]認為靠近椎間隙前部的融合器沉降率較低。Fukuta?等[32]提出融合器放置在終板中部是融合器沉降的重要危險因素之一。Abbushi?等[33]發(fā)現(xiàn)融合器放置于中部沉降率最高，放置于后方時沉降率最低，并建議在腰椎后路手術(shù)中將融合器放置于后方。然而，Ko?等[34]通過研究發(fā)現(xiàn)隨著融合器位置后移，融合器沉降率增加。Polly?等[35]指出隨著位置由后向前變化，融合器應(yīng)力呈增加趨勢。之前的研究顯示，椎間隙上終板的強度比下終板高?40％[29]，下終板沉降的概率要明顯大于上終板[7,36]，所以本課題通過分析?L5?上終板和融合器的應(yīng)力來評估融合器位置對骨質(zhì)疏松性腰椎生物力學(xué)的影響。
研究結(jié)果顯示，與完整骨質(zhì)疏松模型相比，單純?nèi)诤瞎潭ㄊ中g(shù)模型和雙側(cè)椎弓根釘棒固定手術(shù)模型的?L4-L5 ROM?在各運動狀態(tài)下分別減少了?28.29%和?80.56%以上，表明單純?nèi)诤瞎潭ê碗p側(cè)椎弓根釘棒固定均能為手術(shù)節(jié)段提供一定的穩(wěn)定性。
這歸因于?OLIF?術(shù)使用的寬大融合器，增加了其與終板的接觸面積；上下表面的夾角也有助于改善腰椎序列。無論是單純?nèi)诤瞎潭ㄊ中g(shù)模型還是雙側(cè)椎弓根釘棒固定手術(shù)模型，在幾乎所有運動狀態(tài)下，當融合器放置于?L5?上終板中?1/3?時融合器及?L5?上終板的應(yīng)力最小，而當融合器放置于?L5?上終板后?1/3?時融合器及?L5?上終板的應(yīng)力最大。這可能與腰椎活動過程中不同放置位置的融合器與終板的接觸面積不斷變化有關(guān)，接觸面積越大，應(yīng)力分布則越小。在大部分運動狀態(tài)下，融合器放置于?L5?上終板中?1/3時后路椎弓根釘棒內(nèi)固定系統(tǒng)的應(yīng)力也為最小。推測可能與融合器放置的不同位置影響了內(nèi)固定系統(tǒng)的力臂、力矩等力學(xué)特性有關(guān)。而椎弓根釘棒系統(tǒng)較小的應(yīng)力集中，其遠期發(fā)生疲勞性斷裂的可能性也將降低。Kim?等[4]認為融合器位置和較大的載荷是融合器沉降風險高的兩個原因?；谝陨辖Y(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，無論?OLIF?單純?nèi)诤瞎潭ㄟ€是聯(lián)合雙側(cè)椎弓根釘棒固定，將融合器放置于?L5?上終板中?1/3?時能夠降低?L5?上終板、融合器和內(nèi)固定系統(tǒng)的應(yīng)力，從而進一步有利于減少術(shù)后融合器沉降、終板塌陷、后路內(nèi)固定斷裂的發(fā)生率。這與腰椎斜外側(cè)椎間融合術(shù)的臨床應(yīng)用指南[37]所推薦的融合器放置位置相一致。指南同時指出，是否應(yīng)用單純?nèi)诤瞎潭夹g(shù)主要在于判斷單純應(yīng)用融合器是否可提供足夠的穩(wěn)定性。本研究中，雙側(cè)椎弓根釘棒固定手術(shù)模型在各運動狀態(tài)下的?L4-L5 ROM、L5?上終板應(yīng)力、融合器應(yīng)力均比同一融合器位置的單純?nèi)?/span>合固定手術(shù)模型小，說明單純?nèi)诤瞎潭ㄔ诓糠诌\動狀態(tài)下并不能提供足夠的穩(wěn)定性，而其可能也是終板塌陷及融合器沉降的潛在危險因素。
相比之下雙側(cè)椎弓根釘棒的使用在各運動狀態(tài)下明顯增強了手術(shù)節(jié)段的穩(wěn)定性，降低了融合器和終板的應(yīng)力，為骨質(zhì)疏松腰椎更加安全地應(yīng)用?OLIF?手術(shù)提供了重要保障?，F(xiàn)有研究同樣指出，伴有骨質(zhì)疏松癥或腰椎退變性失穩(wěn)的老年患者，需要更強大的內(nèi)固定把持力及穩(wěn)定性來維持術(shù)后脊柱穩(wěn)定[38]。此外值得注意的是，幾乎所有手術(shù)模型在前屈時融合器及終板的應(yīng)力最大，所以?OLIF?術(shù)后應(yīng)一定程度上減少彎腰活動。
放置融合器時除考慮沉降因素外，恢復(fù)患者脊柱矢狀位平衡和達到充分的減壓效果也是臨床大夫所必須考慮的。Kepler?等[39]和?Sharma?等[40]認為術(shù)中前后融合器的放置是決定術(shù)后脊柱排列的重要因素，前置融合器使腰椎前凸角度增大，而中/后置入的影響較小，并且在后方放置融合器后，新的神經(jīng)功能缺陷率的差異可能會變得顯著。
Park?等[41]建議?LLIF?術(shù)中將融合器放置在椎間隙的前?1/3?處，以在不影響間接減壓的情況下實現(xiàn)節(jié)段角度的恢復(fù)。Jin?等[42]發(fā)現(xiàn)?OLIF?的融合器位置最常見位于中?1/3，并認為椎間隙中?1/3?比前?1/3?在恢復(fù)椎間隙、椎間孔的高度更加具有優(yōu)勢。然而，另一項研究[43]提出椎間隙融合器的位置對椎間隙高度、椎間孔及椎管面積的改變無明顯影響，并認為術(shù)中將融合器放置在椎間隙中央部分是一種更容易和更安全的技術(shù)，所以在臨床環(huán)境中，中心放置可能是更可取的。
筆者所在團隊臨床中傾向于一期通過斜外側(cè)入路行?OLIF?術(shù)，術(shù)后觀察患者癥狀改善情況，并通過影像學(xué)檢查進行評估，以此決定是否進行二期后路經(jīng)皮椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)。通過本項研究我們建議，若兩期手術(shù)之間的影像學(xué)檢查顯示融合器移位到椎間隙偏后方的位置時，應(yīng)及時補充后路椎弓根螺釘固定以降低術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生。
通過有限元分析法來進行腰椎生物力學(xué)研究有諸多優(yōu)勢，本研究分別建立了骨質(zhì)疏松性腰椎模型和手術(shù)模型，使得結(jié)果有一定意義，但其也存在著局限性。筆者對有限元模型進行了簡化處理，手術(shù)節(jié)段未保留殘余椎間盤，使用彈簧來代替韌帶，建模時未建立脊旁肌肉，而脊旁肌對維持腰椎穩(wěn)定性起著十分重要的作用，這與人體的實際結(jié)構(gòu)有一定差別，而這會對研究有何影響還有待檢驗。此外，腰椎模型因人而異，本研究基于一個志愿者的腰椎模型進行分析，所得結(jié)果還有待大量臨床研究進一步驗證。
4?結(jié) 論
4.1?本研究所建立的?L3-L5?正常三維有限元模型有效可靠，可用于相關(guān)生物力學(xué)的研究。
4.2?在選擇?OLIF?融合器放置位置時，應(yīng)根據(jù)具體情況進行個體化選擇。對于骨量減少及骨質(zhì)疏松的腰椎，建議將融合器放置于椎間隙的中?1/3?處。而對于術(shù)前有明顯矢狀位失衡，需要矯正脊柱矢狀位排列的腰椎，在不影響間接減壓效果的前提下，建議將融合器放置在椎間隙的前?1/3?處。研究結(jié)果不建議將融合器放置于椎間隙后?1/3?處，因其神經(jīng)損傷風險以及融合器、終板負荷均較大，容易發(fā)生終板塌陷、融合器沉降，并且如若在一期術(shù)后發(fā)現(xiàn)融合器移位到椎間隙后方，應(yīng)及時行二期手術(shù)附加后路椎弓根釘棒內(nèi)固定。
4.3?相比于?OLIF?單純?nèi)诤蟽?nèi)固定，聯(lián)合雙側(cè)椎弓根釘棒固定能夠為骨質(zhì)疏松腰椎的手術(shù)節(jié)段提供充足的穩(wěn)定性，并進一步降低術(shù)后終板塌陷、融合器沉降、后路內(nèi)固定斷裂的發(fā)生率。
參考文獻：略
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針對骨學(xué)、關(guān)節(jié)外科、普外科、囗腔科等提供醫(yī)學(xué)力學(xué)有限元分析仿真、培訓(xùn)、臨床手術(shù)模擬分析等；
代做有限元：脊椎、腰椎、頸椎、上下肢、假肢、前臂、血管支架、牙齒、骨關(guān)節(jié)等；
服務(wù)對象：各省市、自治區(qū)從事運動生物力學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、囗腔力學(xué)、骨骼力學(xué)的教學(xué)、研究與應(yīng)用的教師、科研工作者、各級教練員等方面的相關(guān)人員；國內(nèi)各重點大學(xué)、科研院所相關(guān)研究領(lǐng)域的博士、碩士相關(guān)研究生和學(xué)者等。
