皮质骨轨迹螺钉固定对相邻节段影响的有限元分析

摘要

背景:皮质骨轨迹螺钉是近年来兴起的新型脊柱内固定方式,可明显增加内固定的抗拔出力,取得和传统椎弓根螺钉相似或更优的生物力学稳定性,但其对相邻节段的影响尚不清楚.目的:比较皮质骨轨迹螺钉固定与椎弓根螺钉固定对相邻节段椎间盘和小关节的影响.方法:通过一位正常男性志愿者的腰椎CT扫描数据,建立L3至骶骨的腰骶椎有限元模型.验证完整模型的有效性后,建立L4-5节段的皮质骨轨迹螺钉固定与椎弓根螺钉固定模型,设置模型的材料属性,比较两种内固定方式对上下相邻节段(L3-4和L5-Si节段)椎间活动度、椎间盘应力和小关节应力的影响.结果与结论:①有限元验证结果显示模型可较好地模拟正常腰椎的生理活动;②在上下相邻节段活动度和椎间盘Von Mises应力上,两种固定方式在各个活动方向上差异较小(＜10％);在相邻节段小关节Von Mises应力上,皮质骨轨迹螺钉固定模型在各工况下L4上关节突的应力均小于椎弓根螺钉固定模型,尤其是在左旋和右旋时明显,分别减小了30.1％和15.9％;但在尾端相邻小关节应力上,皮质骨轨迹螺钉固定模型L5下关节突的最大等效应力在前屈、后伸、左侧弯和左旋时较椎弓根螺钉固定模型分别增加10.4％,20％,9.6％和2.7％,在右侧弯和右旋时减小24.5％和7.4％;③总的来说,两种固定方式对相邻节段活动度和椎间盘应力的影响相似,但相比于椎弓根螺钉固定,皮质骨轨迹螺钉固定减小了头端相邻小关节的应力,增加了尾端相邻小关节的应力.