有限元模拟脊柱内镜下椎间孔成形对腰椎生物力学的影响

摘要

目的运用三维有限元分析(D-FEA)比较全脊柱内镜下行不同范围及部位椎间孔成形对腰椎生物力学的影响。方法利用有限元方法建立第5腰椎(腰5,L_(5))完整模型M0并依次模拟腰椎全脊柱内镜应用下将L_(5)左侧上关节突进行尖部切除和内侧1/4、2/4、3/4和4/4分级切除获得模型M1、M2、M3、M4、M5。对不同模型施加正常生理载荷,记录在前屈、后伸和左、右侧屈及左、右侧旋6个工作状态下(工况)的位移。再将各切除模型与未切除组M0进行组间统计学分析比较。结果本实验所建立腰4-腰5(L_(4)-L_(5))节段三维有限模型有效,各工况下的椎体活动度(ROM)处于正常值区间内。与未切除组M0相比,M1在前屈载荷下ROM差异具有统计学意义(P<0.05),M2在前屈、后伸载荷下差异具有统计学意义(均P<0.05),M3及M4在前屈、后伸、左右侧屈载荷下差异具有统计学意义(均P<0.05),M5在前屈、后伸、左右侧屈、右旋载荷下差异具有统计学意义(均P<0.05)。与未切除组M0相比,M1在前屈载荷下的L_(4)-L_(5)椎间盘应力最大值差异具有统计学意义(P<0.05),M2在前屈、左右旋转载荷下差异具有统计学意义(均P<0.05),M3、M4、M5在前屈、后伸、左右侧屈及左右旋转载荷下差异均有统计学意义(均P<0.05)。结论在椎间孔成形时,切除腰椎单侧单节段上关节突尖部或内侧1/4即会影响腰椎稳定性且增加腰椎活动时椎间盘应力最大值,当切除1/2及以上时明显破坏腰椎生物力学。这提示在全脊柱内镜下椎间孔成形时应尽量保护上关节突,以避免手术破坏腰椎正常生物力学。