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

1、下腰椎(L3-5)及腰骶(LS)位于整個(gè)腰椎下部，承受的壓力、旋轉(zhuǎn)力和剪力均較大，活動(dòng)范圍大，易被侵犯和發(fā)生運(yùn)動(dòng)功能受損而罹患退變性疾?。òㄗ甸g盤(pán)突出、腰椎管狹窄、腰椎失穩(wěn)和腰椎滑脫等），是臨床常見(jiàn)病和多發(fā)病，多見(jiàn)于中老年人群中。目前治療腰椎退變性疾病的金標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(shí)間后又會(huì)重新出現(xiàn)原有的腰痛癥狀和/或下肢放射痛導(dǎo)致腰椎術(shù)后失敗綜合癥(FBSS)。為了更好地預(yù)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(pán)的非融合系統(tǒng)（如人工椎間盤(pán)置換術(shù)）和基于椎弓根釘?shù)姆侨诤舷到y(tǒng)（后路動(dòng)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(zhǎng)期療效還有待于

3、驗(yàn)證。腰椎多節(jié)段椎間盤(pán)退變時(shí)，每個(gè)退變節(jié)段的退變與失穩(wěn)程度都不一樣，有學(xué)者提出多節(jié)段椎間盤(pán)退變的一期手術(shù)治療應(yīng)包括融合、非融合或兩者同時(shí)應(yīng)用的混雜固定。2009年5月至2011年6月間，第二軍醫(yī)大學(xué)附屬長(zhǎng)海醫(yī)院骨科脊柱外科對(duì)58例下腰椎雙節(jié)段椎間盤(pán)退變性疾病患者行椎間融合聯(lián)合后路減壓動(dòng)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(duì)照開(kāi)展了

4、至少4年以上的跟蹤隨訪和臨床評(píng)價(jià)，并通過(guò)建立腰骶部三維有限元可靠仿真模型來(lái)分析腰骶椎間盤(pán)退變對(duì)腰椎生物力學(xué)的影響，為腰骶前路保留椎間盤(pán)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定裝置的改進(jìn)完善和臨床實(shí)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(jìn)行闡述：
　　第一部分 腰椎雙節(jié)段退變混雜固定的臨床評(píng)價(jià)
　　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(pán)疾病的臨床療效和運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，以明確該術(shù)式的優(yōu)缺點(diǎn)。
　　方法:對(duì)2

5、009年5月至2011年6月在第二軍醫(yī)大學(xué)附屬長(zhǎng)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(dòng)態(tài)固定(IPDS)和52例行雙節(jié)段椎間融合術(shù)(PLIF)的患者進(jìn)行至少4年以上的隨訪進(jìn)行臨床療效和影像學(xué)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(shí)的前凸角和整體活動(dòng)范圍，顯著增大鄰近節(jié)段后伸時(shí)的前凸角和節(jié)段間活動(dòng)度;對(duì)前屈整體的前凸角和動(dòng)態(tài)固

6、定節(jié)段的活動(dòng)度無(wú)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(biāo)無(wú)顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。
　　結(jié)論:應(yīng)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(dāng)，是一種較好的手術(shù)選擇，但尚無(wú)更好地避免鄰近節(jié)段退變的證據(jù)，其生物力學(xué)特性有待進(jìn)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(yàn)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(jìn)行有效性驗(yàn)證，為研究腰骶部

7、椎間盤(pán)退變對(duì)腰骶部生物力學(xué)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(duì)采集的CT圖像逆向重建出脊柱的三維點(diǎn)云模型;其次，運(yùn)行Geomagic Studio2012軟件把三維點(diǎn)云模型擬合成可編輯的幾何實(shí)體模型(NURBS曲面模型);然后把擬合的幾何實(shí)體模型導(dǎo)入Hypermesh12中，進(jìn)行C3D8I(C3D表示三維連續(xù)體單元，8代表該單元有8個(gè)節(jié)點(diǎn)，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(jìn)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(xué)模型建立了六面體網(wǎng)格三維椎體模型。參照椎間盤(pán)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(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的連線，形成椎間盤(pán)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(duì)腰椎L3-S節(jié)段韌帶的

9、描述，在對(duì)應(yīng)韌帶的起止點(diǎn)建立一維Springa單元。所建模型在腰骶椎六維度活動(dòng)中的活動(dòng)度模擬值及變化趨勢(shì)與對(duì)比文獻(xiàn)基本一致，均在文獻(xiàn)的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差范圍內(nèi)，符合統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律。
　　結(jié)論:經(jīng)有效性驗(yàn)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(pán)退變對(duì)腰骶部生物力學(xué)影響的有限元分析。
　　第三部分 腰骶椎間盤(pán)退變對(duì)腰骶部生物力學(xué)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(pán)退

10、變對(duì)腰椎生物力學(xué)的影響，為腰骶前路保留椎間盤(pán)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定裝置的改進(jìn)完善和臨床實(shí)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(guò)改變椎間盤(pán)的材料及幾何屬性建立了腰骶部椎間盤(pán)(L4-5及L5-S1)不同程度退變的有限元數(shù)理模型。應(yīng)用Abaqus6.12軟件進(jìn)行計(jì)算，在約束骶1下終板全部6個(gè)自由度為邊界條件，建立此參考點(diǎn)與L3上表面所有單元節(jié)點(diǎn)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(shí)其活動(dòng)度(ROM)、纖維環(huán)Von mises應(yīng)力分布和位移云圖與髓核內(nèi)壓強(qiáng)的變化情況。
　　結(jié)果:當(dāng)L4-5與L5-S1雙節(jié)段均發(fā)生中度或重度退變時(shí)，其在前屈后伸、左右側(cè)屈及旋轉(zhuǎn)中的活動(dòng)度均明顯降低，其中L4-5節(jié)段活動(dòng)度可降低達(dá)60％。腰骶椎雙節(jié)段椎間盤(pán)同時(shí)發(fā)生不同程度退變時(shí)，在前屈中，當(dāng)L4-5椎間盤(pán)重度退變合并L5-S1椎間盤(pán)中度退變時(shí)，L5-S1節(jié)段椎間盤(pán)將承受巨大的椎間盤(pán)

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

13、影響較大，尤其是在L5-S1節(jié)段也存在退變時(shí)，可導(dǎo)致其纖維環(huán)應(yīng)力在各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)中均增大。而當(dāng)L5-S1重度退變時(shí)，其對(duì)L4-5節(jié)段的應(yīng)力分布影響較小。L4-5與L5-S1雙節(jié)段退變將造成各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)時(shí)的椎間盤(pán)髓核內(nèi)壓強(qiáng)成倍降低，在后伸和左右側(cè)屈時(shí)的L4-5節(jié)段和L5-S1節(jié)段的髓核內(nèi)壓強(qiáng)降幅差異不大，而在前屈和左右扭轉(zhuǎn)時(shí)的L4-5節(jié)段的髓核內(nèi)壓強(qiáng)降幅遠(yuǎn)高于L5-S1節(jié)段的。
　　結(jié)論:L4-5節(jié)段退變對(duì)L5-S1節(jié)段的各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)ROM、椎間