腰椎雙節(jié)段退變混雜固定的臨床評價及腰骶部椎間盤退變的有限元研究.pdf

1、下腰椎(L3-5)及腰骶(LS)位于整個腰椎下部，承受的壓力、旋轉(zhuǎn)力和剪力均較大，活動范圍大，易被侵犯和發(fā)生運動功能受損而罹患退變性疾?。òㄗ甸g盤突出、腰椎管狹窄、腰椎失穩(wěn)和腰椎滑脫等），是臨床常見病和多發(fā)病，多見于中老年人群中。目前治療腰椎退變性疾病的金標準是采用椎間融合，主要的術(shù)式有前路腰椎椎體間融合術(shù)(ALIF)、后路腰椎椎間融合術(shù)(PLIF)和經(jīng)椎間孔入路腰椎椎體間融合術(shù)(TLIF)，彼此間的療效、適應癥、禁忌癥和并發(fā)癥存在差

2、異。眾多研究表明，術(shù)后持續(xù)存在或癥狀緩解一段時間后又會重新出現(xiàn)原有的腰痛癥狀和/或下肢放射痛導致腰椎術(shù)后失敗綜合癥(FBSS)。為了更好地預防術(shù)后鄰近節(jié)段的退變和FBSS的發(fā)生，人們創(chuàng)新了基于椎間盤的非融合系統(tǒng)（如人工椎間盤置換術(shù)）和基于椎弓根釘?shù)姆侨诤舷到y(tǒng)（后路動態(tài)內(nèi)固定系統(tǒng)，如X-STOP系統(tǒng)、Wallis系統(tǒng)、Coflex系統(tǒng)、Dynesys系統(tǒng)、Isobar系統(tǒng)和TFAS系統(tǒng)），它們的部分早期臨床結(jié)果令人滿意，但長期療效還有待于

3、驗證。腰椎多節(jié)段椎間盤退變時，每個退變節(jié)段的退變與失穩(wěn)程度都不一樣，有學者提出多節(jié)段椎間盤退變的一期手術(shù)治療應包括融合、非融合或兩者同時應用的混雜固定。2009年5月至2011年6月間，第二軍醫(yī)大學附屬長海醫(yī)院骨科脊柱外科對58例下腰椎雙節(jié)段椎間盤退變性疾病患者行椎間融合聯(lián)合后路減壓動態(tài)固定(Isobar posteriordynamic stabilization，IPDS)，為明確IPDS的臨床療效，以52例PLIF患者為對照開展了

4、至少4年以上的跟蹤隨訪和臨床評價，并通過建立腰骶部三維有限元可靠仿真模型來分析腰骶椎間盤退變對腰椎生物力學的影響，為腰骶前路保留椎間盤動態(tài)穩(wěn)定裝置的改進完善和臨床實踐積累大量數(shù)據(jù)與提供理論支撐。文中從以下幾方面進行闡述：
　　第一部分 腰椎雙節(jié)段退變混雜固定的臨床評價
　　目的:研究Isobar TLL聯(lián)合椎間融合的混雜固定技術(shù)治療腰椎雙節(jié)段退變性椎間盤疾病的臨床療效和運動學特性，以明確該術(shù)式的優(yōu)缺點。
　　方法:對2

5、009年5月至2011年6月在第二軍醫(yī)大學附屬長海醫(yī)院骨科脊柱外科手術(shù)治療的58例行椎間融合聯(lián)合后路減壓動態(tài)固定(IPDS)和52例行雙節(jié)段椎間融合術(shù)(PLIF)的患者進行至少4年以上的隨訪進行臨床療效和影像學數(shù)據(jù)的回顧分析。
　　結(jié)果:與術(shù)前相比，IPDS和PLIF均能極顯著改善腰痛和下肢放射痛癥狀，提高生活質(zhì)量;顯著降低腰椎在后伸時的前凸角和整體活動范圍，顯著增大鄰近節(jié)段后伸時的前凸角和節(jié)段間活動度;對前屈整體的前凸角和動態(tài)固

6、定節(jié)段的活動度無顯著影響;產(chǎn)生的并發(fā)癥也較少。兩種手術(shù)間的所有指標無顯著統(tǒng)計學差異。
　　結(jié)論:應用Isobar TLL聯(lián)合椎間融合的雜合技術(shù)治療多節(jié)段腰椎退變性疾病的臨床療效與融合固定相當，是一種較好的手術(shù)選擇，但尚無更好地避免鄰近節(jié)段退變的證據(jù)，其生物力學特性有待進一步研究。
　　第二部分 腰骶部三維有限元仿真模型的建立及有效性驗證
　　目的:建立健康人及腰骶椎退變患者的三維有限元模型并進行有效性驗證，為研究腰骶部

7、椎間盤退變對腰骶部生物力學影響提供有效的方法和途徑。
　　方法:首先，利用薄層CT掃描健康人腰骶椎獲取圖像，用Mimics17對采集的CT圖像逆向重建出脊柱的三維點云模型;其次，運行Geomagic Studio2012軟件把三維點云模型擬合成可編輯的幾何實體模型(NURBS曲面模型);然后把擬合的幾何實體模型導入Hypermesh12中，進行C3D8I(C3D表示三維連續(xù)體單元，8代表該單元有8個節(jié)點，I表示非協(xié)調(diào)單元)單元的網(wǎng)

8、格劃分、邊界條件施加、賦予材料屬性和定義接觸等操作;最后，提交ABAQUS6.12進行有限元分析。
　　結(jié)果:基于腰椎解剖形態(tài)和骨骼生物力學模型建立了六面體網(wǎng)格三維椎體模型。參照椎間盤解剖結(jié)構(gòu)，提取相鄰椎體網(wǎng)格的面網(wǎng)格，在空間中建立對應節(jié)點的連線，形成椎間盤基質(zhì)和髓核的有限元模型。并根據(jù)解剖圖譜和解剖3D軟件(Primal Pictures3D human anatomy medical software)對腰椎L3-S節(jié)段韌帶的

9、描述，在對應韌帶的起止點建立一維Springa單元。所建模型在腰骶椎六維度活動中的活動度模擬值及變化趨勢與對比文獻基本一致，均在文獻的實驗標準差范圍內(nèi)，符合統(tǒng)計學規(guī)律。
　　結(jié)論:經(jīng)有效性驗證，構(gòu)建的脊柱三維有限元模型具有比較可靠的仿真性，可用于腰骶部椎間盤退變對腰骶部生物力學影響的有限元分析。
　　第三部分 腰骶椎間盤退變對腰骶部生物力學影響的有限元分析
　　目的:利用第二部分建立的三維有限元仿真模型分析腰骶椎間盤退

10、變對腰椎生物力學的影響，為腰骶前路保留椎間盤動態(tài)穩(wěn)定裝置的改進完善和臨床實踐積累大量數(shù)據(jù)與提供理論支撐。
　　方法:在健康有限元模型的基礎(chǔ)上，通過改變椎間盤的材料及幾何屬性建立了腰骶部椎間盤(L4-5及L5-S1)不同程度退變的有限元數(shù)理模型。應用Abaqus6.12軟件進行計算，在約束骶1下終板全部6個自由度為邊界條件，建立此參考點與L3上表面所有單元節(jié)點的耦合相關(guān)性，分別模擬腰椎有限元模型受到前屈、后伸、側(cè)彎和軸向扭轉(zhuǎn)四種載荷

11、作用，研究退變腰椎在前屈后伸、左右側(cè)屈和軸向旋轉(zhuǎn)時其活動度(ROM)、纖維環(huán)Von mises應力分布和位移云圖與髓核內(nèi)壓強的變化情況。
　　結(jié)果:當L4-5與L5-S1雙節(jié)段均發(fā)生中度或重度退變時，其在前屈后伸、左右側(cè)屈及旋轉(zhuǎn)中的活動度均明顯降低，其中L4-5節(jié)段活動度可降低達60％。腰骶椎雙節(jié)段椎間盤同時發(fā)生不同程度退變時，在前屈中，當L4-5椎間盤重度退變合并L5-S1椎間盤中度退變時，L5-S1節(jié)段椎間盤將承受巨大的椎間盤

12、應力改變。當L5-S1節(jié)段重度退變合并L4-5中度退變時，在前屈中，L4-5節(jié)段椎間盤的應力變化較小，L5-S1節(jié)段自身的椎間應力集中并驟然增大約72.3％。在左右側(cè)屈中，當L4-5椎間盤重度退變合并L5-S1中度或重度退變時，可導致L5-S1節(jié)段椎間盤纖維環(huán)的應力增大25.0％左右。而當L5-S1節(jié)段重度退變合并L4-5椎間盤中度退變時，僅導致L4-5節(jié)段椎間盤纖維環(huán)應力增大13.3％。當L4-5節(jié)段重度退變時，對L5-S1節(jié)段的力學

13、影響較大，尤其是在L5-S1節(jié)段也存在退變時，可導致其纖維環(huán)應力在各項運動中均增大。而當L5-S1重度退變時，其對L4-5節(jié)段的應力分布影響較小。L4-5與L5-S1雙節(jié)段退變將造成各項運動時的椎間盤髓核內(nèi)壓強成倍降低，在后伸和左右側(cè)屈時的L4-5節(jié)段和L5-S1節(jié)段的髓核內(nèi)壓強降幅差異不大，而在前屈和左右扭轉(zhuǎn)時的L4-5節(jié)段的髓核內(nèi)壓強降幅遠高于L5-S1節(jié)段的。
　　結(jié)論:L4-5節(jié)段退變對L5-S1節(jié)段的各項運動ROM、椎間