新型單枚斜向植入腰椎椎間融合器的生物力學(xué)及臨床研究.pdf

1、背景：腰椎后路椎體間融合術(shù)(Posterior lumbar interbody fusion，PLIF)首先由Cloward在上世紀四十年代提出，其優(yōu)點包括：恢復(fù)椎體間的高度，限制引起臨床疼痛癥狀的退變椎間盤的活動，硬膜囊及神經(jīng)根減壓，恢復(fù)椎體前部結(jié)構(gòu)的負載傳導(dǎo)功能等，通過融合不穩(wěn)定脊柱節(jié)段來維持纖維環(huán)的張力。對于融合器的植入，大多采用二枚融合器平行植入，需廣泛切除關(guān)節(jié)突及全椎板，且術(shù)中需極度牽拉馬尾神經(jīng)及雙側(cè)神經(jīng)根。這不僅破壞了脊柱

2、后部結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，降低了融合術(shù)后瞬間椎節(jié)剛度，同時具有潛在的損傷馬尾、神經(jīng)根的風(fēng)險。但是有時手術(shù)過程中僅僅可以植入一個椎間融合器，如椎間隙比較小，神經(jīng)根變異阻止進入椎間隙，由于以前手術(shù)形成的疤痕阻止了術(shù)中神經(jīng)根的充分牽拉。并且單枚融合器的應(yīng)用已取得了良好的臨床效果。迄今為止，所能選用的椎間融合器都是基于雙枚植入式技術(shù)而設(shè)計，術(shù)中存在與椎間解剖結(jié)構(gòu)匹配差及植入困難等缺點，因此設(shè)計了專為后路單枚斜向植入行腰椎椎間融合術(shù)的新型融合器。本文通過

3、對在腰椎后路椎體間融合術(shù)中的生物力學(xué)及臨床應(yīng)用研究，分析其應(yīng)用可行性。 目的：目前所能選用的椎間融合器都是基于雙枚植入式技術(shù)而設(shè)計，術(shù)中存在與椎間解剖結(jié)構(gòu)匹配差及植入困難等缺點，因此設(shè)計了專為后路單枚斜向植入行腰椎椎間融合術(shù)的新型融合器。進行相關(guān)的三維有限元分析及在臨床應(yīng)用的療效分析，來觀察新型單枚斜向植入融合器的安全性和可行性。 方法：1．設(shè)計與椎間解剖結(jié)構(gòu)匹配好及植入方便專為后路單枚斜向植入行腰椎椎間融合術(shù)的新型融合

4、器。2．選取一35歲，健康男性志愿者為研究對象，對上述研究對象L3～L5節(jié)段進行CT掃描。利用Geomagic Smdio9.0、Simpleware2.0、Abaqus6.7-2軟件建立L3～L5模型。約束最下位的L5椎體下表面，使下表面各節(jié)點完全固定，對模型施加400N的預(yù)載荷，運動附加力為6N·M，在腰椎前屈、后伸、側(cè)屈及旋轉(zhuǎn)四種工況下進行計算腰椎活動范圍，并和以往研究結(jié)果進行對比。3．在正常人L3～L5三維有限元模型基礎(chǔ)上，建立

5、后路椎體間融合及后外側(cè)融合三維有限元模型。對模型施加500N的預(yù)載荷，運動附加力為10N·M，在腰椎前屈、后伸、左右側(cè)屈及左右旋轉(zhuǎn)六種工況下進行計算腰椎活動范圍、融合器應(yīng)力及椎弓根螺釘應(yīng)力。4．在正常人L3～L5三維有限元模型基礎(chǔ)上，建立使用PEEK和鈦合金材料融合器行后路椎體間融合附加椎弓根螺釘固定模型，對模型施加500N的預(yù)載荷，運動附加力為10N·M，在腰椎前屈、后伸、左側(cè)屈及右旋轉(zhuǎn)四種工況下進行計算腰椎活動范圍，融合器應(yīng)力及植骨

6、塊應(yīng)力。5．自2007-2008年在我院采用單枚融合器結(jié)合椎弓根螺釘固定行腰椎后路椎體間融合術(shù)治療腰椎退行性疾病35例，其中男19例，女16例，共40個節(jié)段。其中2例Ⅰ度-Ⅱ度的峽部裂性腰椎滑脫癥，8例退行性腰椎滑脫癥，10例腰椎間盤突出癥伴腰椎不穩(wěn)，8例復(fù)發(fā)性腰椎間盤突出癥伴腰椎不穩(wěn)，7例腰椎管狹窄癥伴腰椎不穩(wěn)。所有患者都有嚴重的下腰痛，其中30例伴有下肢神經(jīng)癥狀，測量Oswestry功能障礙指數(shù)和VAS評分來評價臨床效果，測量椎間盤

7、高度及融合情況。 結(jié)果：1．設(shè)計的PEEK和鈦合金材料新型單枚斜向融合器，具有椎間解剖結(jié)構(gòu)匹配好及植入方便等優(yōu)點。2．建立了正常人L3～L5三維有限元模型，包括217376個節(jié)點和799779個單元；模型在前屈、后伸、側(cè)屈及旋轉(zhuǎn)四種工況下腰椎活動范圍與文獻結(jié)果一致。3．正常人模型、雙融合器模型位移相近，單融合器模型較正常人模型位移增大。橫突間模型較正常人模型位移進一步減小，單融合器加螺釘模型及雙融合器加螺釘模型位移相近，位移大幅

8、度減少，穩(wěn)定性大幅度提高。各模型最大Von Mises應(yīng)力出現(xiàn)在和椎體接觸的融合器表面；單融合器加螺釘模型融合器最大Von Mises應(yīng)力小于雙融合器加螺釘模型?？傮w來說單融合器加螺釘模型螺釘應(yīng)力較雙融合器加螺釘模型高，但較橫突問融合模型螺釘應(yīng)力明顯減少。4．當結(jié)合椎弓根螺釘固定行椎間融合時，PEEK材料融合器可以得到和鈦合金材料融合器一樣的穩(wěn)定性，但融合器表面應(yīng)力較低，融合器內(nèi)植骨塊應(yīng)力高。5．本組病例術(shù)后椎間隙高度得到顯著恢復(fù)，在末

9、次隨訪時高度未見明顯丟失；35例患者獲得成功融合，融合率為94％。本組病例VAS評分由術(shù)前的7.1±1.2分減至末次隨訪的2.4±0.8，在隨訪期間VAS評分較術(shù)前明顯減少，與術(shù)前相比均有顯著性差異(P＜0.001)，本組病例ODI由術(shù)前的52.2±9.5％減至末次隨訪的27.1±3.6％，在隨訪期間功能障礙得到明顯恢復(fù)，與術(shù)前相比均有顯著性差異(P＜0.001)。 結(jié)論：1．新型單枚融合器前端斜形設(shè)計植入安全方便，與椎間解剖結(jié)

10、構(gòu)匹配良好，與椎體終板的圓拱形凹陷相匹配設(shè)計消除了普通單枚融合器的非對稱性支撐，承載均勻。2．正常人L3～L5三維有限元模型，前屈、后伸、側(cè)屈、旋轉(zhuǎn)工況下的腰4、5節(jié)段活動范圍與文獻資料一致，驗證了模型的有效性，可進行臨床與實驗研究。3．總的來說，單融合器加螺釘模型及雙融合器加螺釘模型位移相近；較椎弓根內(nèi)固定加后外側(cè)植骨模型穩(wěn)定性進一步提高；單純單融合器置入模型較正常模型位移增大，穩(wěn)定性較差。融合器結(jié)合椎弓根螺釘固定后，較單純?nèi)诤掀髦踩?/p>

11、模型的融合器應(yīng)力大幅度減少；單融合器加螺釘模型融合器應(yīng)力小于雙融合器加螺釘模型。單融合器加螺釘模型螺釘應(yīng)力較雙融合器加螺釘模型高，但較橫突間融合模型螺釘應(yīng)力明顯減少。4．當結(jié)合椎弓根螺釘固定行椎問融合時，選擇彈性模量低的PEEK材料融合器可以得到和鈦合金材料融合器一樣的穩(wěn)定性，但融合器表面應(yīng)力較低，在承載負荷時植骨塊的應(yīng)力遮擋減小，這樣融合器的沉降、移位可能性減少，有利于植骨塊融合。5．結(jié)合臨床實際操作中單枚融合器置入具有破壞小、神經(jīng)損