雙側關節(jié)突聯合棘突間植骨融合預防胸腰椎骨折術后矯正丟失的臨床研究和三維有限元分析.pdf

1、椎弓根螺釘系統能使胸腰椎骨折椎體高度和矢狀面成角獲得良好恢復，但是隨著下地活動的增多，易發(fā)生椎體高度和后凸畸形矯正丟失，一定程度上影響了患者的功能恢復。 為了預防矯正丟失，很多方法得到嘗試。 1、單純后外側植骨融合； 2、經椎弓根椎體內植骨； 3、椎弓根螺釘固定后骨水泥椎體成形： 4、腹背聯合手術。但上訴嘗試除腹背聯合手術外，仍然沒有起到很好的預防術后矯正丟失的作用，而腹背聯合手術因其創(chuàng)傷大，手術

2、復雜，不能普及開展。 本文作者首先提出了一種新的預防方法，即雙側關節(jié)突聯合棘突間植骨融合預防胸腰椎骨折術后矯正丟失。在此進行相應的臨床研究和三維有限元分析，從而比較新方法是否具有優(yōu)越性。 目的： 1、進行臨床應用研究，收集兩組病例，即胸腰椎骨折雙側關節(jié)突聯合棘突間融合和單純后外側融合（單純雙側關節(jié)突融合）的病人術后不同隨訪時期的矯正丟失情況，并給予比較研究。 2、建立椎間盤纖維環(huán)嚴重損傷且髓核流失的第1-

3、2腰椎的不同融合狀態(tài)的有限元模型，作為今后有限元分析的基礎。 3、用三維有限元方法分析第1-2腰椎兩種融合模型的椎間盤、上下終板、關節(jié)突植骨區(qū)、棘突植骨區(qū)等的應力和位移，并驗證兩種融合模型的生物力學差異及對應關系。 材料和方法： 1、臨床病例選擇在2006年1月至2007年8月收治的新鮮胸腰椎骨折24例，隨機分成對照組和治療組。為了更好的比較，入選病例中胸腰椎骨折均為新鮮的單純壓縮性骨折，且骨折僅累及上終板，僅有

4、上椎間盤損傷。伴有脫位的骨折、骨質疏松性骨折、陳舊性骨折、病理性骨折以及累及下終板的骨折病例不納入病例組選擇。兩組病例均在同一醫(yī)療組中施行手術。 2、臨床治療方法兩組病例均行后路椎弓根系統復位內固定手術，治療組在術中給予行雙側關節(jié)突聯合棘突間聯合植骨融合，對照組僅行后外側（單純雙側關節(jié)突）植骨融合。兩組病例術后絕對臥床6周，X線攝片提示骨折愈合后下地行走。 3、兩組隨訪研究內容：術后病人截癱癥狀恢復情況、是否殘留腰背部疼

5、痛等，并進行比較研究；均于術前、術后1周及術后6月檢查X線片，測量矢狀面指數、椎體前緣壓縮百分比及椎間隙丟失百分比等，并對結果行統計學分析。 4、對志愿者的腰1、2椎體及臨近組織進行CT掃描。掃描層厚1mm，層距1mm。得到各個斷面的CT圖像后輸入計算機，用3D-DOCTOR軟件分別于每個層面上選取相應的點作為節(jié)點（Node），然后進行連線、單元重建，從而建立胸腰椎的有限元模型。在此基礎建立兩種不同的融合狀態(tài)，即雙側關節(jié)突關節(jié)融

6、合和雙側關節(jié)突聯合棘突融合的三維有限元模型。同時模擬椎間盤嚴重損傷后仍未能恢復承載功能的病理狀態(tài)。 5、將模型導入有限元ANSYS軟件，模擬正常在體負荷和三柱理論模式，確定邊界條件，加載四種負荷模式，單純體重負荷，三倍體重負荷，體重負荷加前屈力矩，體重負荷加后伸力矩；對兩種融合模型分別進行應力和位移的三維有限元分析。 結果： 1、臨床隨訪結果提示治療組和對照組的截癱情況平均均有一級以上的恢復，對照組有2例病人術后

7、存在較明顯的腰背部疼痛，治療組中無術后腰背部疼痛病人。 2、臨床研究病例隨訪結果，治療組和對照組在在術前、術后影像學各參數測量比較無統計學意義（P>0．05），但在術后6月時，治療組在矢狀面指數、椎體前緣壓縮百分比及椎間隙丟失百分比與對照組有顯著性差異。（P<0．05）。 3、通過對志愿者的腰1、2椎體進行高精度CT掃描，得到斷層圖像，應用3D-DOCTOR軟件進行三維重建，經過光滑處理后得到胸腰段椎體三維有限元模型。

8、 4、對于椎間盤嚴重損傷后仍未能恢復承載功能的腰椎功能節(jié)段，建立了單純雙側關節(jié)突植骨融合有限元模型和雙側關節(jié)突聯合棘突間植骨融合有限元模型。有限元分析結果顯示，在單純體重負荷、三倍體重負荷、體重負荷加前屈力矩的作用下，新融合模型的上下終板、關節(jié)突植骨區(qū)應力較原融合模型明顯減小，減小量約為15％-24％，椎間盤纖維環(huán)豎向壓縮位移也明顯減小，減小量約為20％-26％，棘突間植骨區(qū)承擔應力能力大幅增加，約為10倍至20倍以上。在體重加后

9、伸力矩作用下，新融合模型的應力和壓縮位移較原融合模型無明顯差異。 結論： 1、臨床上治療胸腰椎骨折手術中，應用短節(jié)段椎弓根螺釘復位固定基礎上，行雙側關節(jié)突聯合棘突間植骨融合較單純雙側關節(jié)突植骨融合更能有效重建脊柱穩(wěn)定，緩解椎間盤壓應力，防止椎間隙高度下降，緩解骨折椎終板壓應力，防止骨折愈合過程中骨折椎高度丟失，防止后凸畸形矯正丟失。 2、采用CT掃描建立第1、2腰椎三維有限元模型能夠合理地模擬脊柱復合體的三維實體

10、形態(tài)、椎間盤嚴重損傷狀態(tài)及其節(jié)段生物力學穩(wěn)定性。單純雙側關節(jié)突植骨融合模型和雙側關節(jié)突聯合棘突間植骨融合模型可以分別模擬雙側關節(jié)突兩點融合，雙側關節(jié)突和棘突三點融合等兩種融合方式的生物力學效應，分析比較兩點融合和三點融合的力學穩(wěn)定性，有效評估不同融合方式的植骨區(qū)和椎間盤的應力、應變、位移等指標。 3、有限元分析的結果可以看出，由于椎間盤嚴重損傷而導致承載能力下降，單純雙側關節(jié)突植骨融合后，脊柱承載功能主要由雙側小關節(jié)兩點平面負荷