雙側(cè)關(guān)節(jié)突聯(lián)合棘突間植骨融合預(yù)防胸腰椎骨折術(shù)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(tǒng)能使胸腰椎骨折椎體高度和矢狀面成角獲得良好恢復(fù)，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(fù)。 為了預(yù)防矯正丟失，很多方法得到嘗試。 1、單純后外側(cè)植骨融合； 2、經(jīng)椎弓根椎體內(nèi)植骨； 3、椎弓根螺釘固定后骨水泥椎體成形： 4、腹背聯(lián)合手術(shù)。但上訴嘗試除腹背聯(lián)合手術(shù)外，仍然沒有起到很好的預(yù)防術(shù)后矯正丟失的作用，而腹背聯(lián)合手術(shù)因其創(chuàng)傷大，手術(shù)

2、復(fù)雜，不能普及開展。 本文作者首先提出了一種新的預(yù)防方法，即雙側(cè)關(guān)節(jié)突聯(lián)合棘突間植骨融合預(yù)防胸腰椎骨折術(shù)后矯正丟失。在此進(jìn)行相應(yīng)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(jìn)行臨床應(yīng)用研究，收集兩組病例，即胸腰椎骨折雙側(cè)關(guān)節(jié)突聯(lián)合棘突間融合和單純后外側(cè)融合（單純雙側(cè)關(guān)節(jié)突融合）的病人術(shù)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(yán)重?fù)p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(chǔ)。 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(guān)節(jié)突植骨區(qū)、棘突植骨區(qū)等的應(yīng)力和位移，并驗(yàn)證兩種融合模型的生物力學(xué)差異及對應(yīng)關(guān)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(jī)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(zhì)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(shù)。 2、臨床治療方法兩組病例均行后路椎弓根系統(tǒng)復(fù)位內(nèi)固定手術(shù)，治療組在術(shù)中給予行雙側(cè)關(guān)節(jié)突聯(lián)合棘突間聯(lián)合植骨融合，對照組僅行后外側(cè)（單純雙側(cè)關(guān)節(jié)突）植骨融合。兩組病例術(shù)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(nèi)容：術(shù)后病人截癱癥狀恢復(fù)情況、是否殘留腰背部疼

5、痛等，并進(jìn)行比較研究；均于術(shù)前、術(shù)后1周及術(shù)后6月檢查X線片，測量矢狀面指數(shù)、椎體前緣壓縮百分比及椎間隙丟失百分比等，并對結(jié)果行統(tǒng)計學(xué)分析。 4、對志愿者的腰1、2椎體及臨近組織進(jìn)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(jī)，用3D-DOCTOR軟件分別于每個層面上選取相應(yīng)的點(diǎn)作為節(jié)點(diǎn)（Node），然后進(jìn)行連線、單元重建，從而建立胸腰椎的有限元模型。在此基礎(chǔ)建立兩種不同的融合狀態(tài)，即雙側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)融

6、合和雙側(cè)關(guān)節(jié)突聯(lián)合棘突融合的三維有限元模型。同時模擬椎間盤嚴(yán)重?fù)p傷后仍未能恢復(fù)承載功能的病理狀態(tài)。 5、將模型導(dǎo)入有限元ANSYS軟件，模擬正常在體負(fù)荷和三柱理論模式，確定邊界條件，加載四種負(fù)荷模式，單純體重負(fù)荷，三倍體重負(fù)荷，體重負(fù)荷加前屈力矩，體重負(fù)荷加后伸力矩；對兩種融合模型分別進(jìn)行應(yīng)力和位移的三維有限元分析。 結(jié)果： 1、臨床隨訪結(jié)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(fù)，對照組有2例病人術(shù)后

7、存在較明顯的腰背部疼痛，治療組中無術(shù)后腰背部疼痛病人。 2、臨床研究病例隨訪結(jié)果，治療組和對照組在在術(shù)前、術(shù)后影像學(xué)各參數(shù)測量比較無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0．05），但在術(shù)后6月時，治療組在矢狀面指數(shù)、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(jìn)行高精度CT掃描，得到斷層圖像，應(yīng)用3D-DOCTOR軟件進(jìn)行三維重建，經(jīng)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(yán)重?fù)p傷后仍未能恢復(fù)承載功能的腰椎功能節(jié)段，建立了單純雙側(cè)關(guān)節(jié)突植骨融合有限元模型和雙側(cè)關(guān)節(jié)突聯(lián)合棘突間植骨融合有限元模型。有限元分析結(jié)果顯示，在單純體重負(fù)荷、三倍體重負(fù)荷、體重負(fù)荷加前屈力矩的作用下，新融合模型的上下終板、關(guān)節(jié)突植骨區(qū)應(yīng)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(dān)應(yīng)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(yīng)力和壓縮位移較原融合模型無明顯差異。 結(jié)論： 1、臨床上治療胸腰椎骨折手術(shù)中，應(yīng)用短節(jié)段椎弓根螺釘復(fù)位固定基礎(chǔ)上，行雙側(cè)關(guān)節(jié)突聯(lián)合棘突間植骨融合較單純雙側(cè)關(guān)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(yīng)力，防止椎間隙高度下降，緩解骨折椎終板壓應(yīng)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(fù)合體的三維實(shí)體

10、形態(tài)、椎間盤嚴(yán)重?fù)p傷狀態(tài)及其節(jié)段生物力學(xué)穩(wěn)定性。單純雙側(cè)關(guān)節(jié)突植骨融合模型和雙側(cè)關(guān)節(jié)突聯(lián)合棘突間植骨融合模型可以分別模擬雙側(cè)關(guān)節(jié)突兩點(diǎn)融合，雙側(cè)關(guān)節(jié)突和棘突三點(diǎn)融合等兩種融合方式的生物力學(xué)效應(yīng)，分析比較兩點(diǎn)融合和三點(diǎn)融合的力學(xué)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(yīng)力、應(yīng)變、位移等指標(biāo)。 3、有限元分析的結(jié)果可以看出，由于椎間盤嚴(yán)重?fù)p傷而導(dǎo)致承載能力下降，單純雙側(cè)關(guān)節(jié)突植骨融合后，脊柱承載功能主要由雙側(cè)小關(guān)節(jié)兩點(diǎn)平面負(fù)荷