斜外侧腰椎椎间融合与双侧皮质骨轨迹螺钉置入后腰椎生物力学的有限元分析

背景:皮质骨轨迹螺钉是一种新型的脊柱微创内固定技术,相比于传统的椎弓根螺钉具有创伤小、抗拔出力强的特点,对骨质疏松患者具有较强的生物力学稳定性,但目前探讨应用皮质骨轨迹螺钉联合斜外侧腰椎椎间融合固定术式的研究仍少见.目的:通过建立单纯斜外侧腰椎椎间融合无螺钉固定(OLIF stand-alone)、斜外侧腰椎椎间融合联合双侧椎弓根螺钉(OLIF+BPS)与斜外侧腰椎椎间融合联合皮质骨轨迹螺钉(OLIF+CBT)3种有限元模型,评估斜外侧腰椎椎间融合联合不同内固定方式对椎间融合器(cage)及L4-5下终板的应力分布变化及腰椎活动度的影响.方法:采集成人腰椎薄层CT图像,通过Mimics、Geomagic和SolidWorks软件建立3种斜外侧腰椎椎间融合术式有限元模型:OLIF stand-alone模型、OLIF+BPS模型及OLIF+CBT模型.通过Ansys workbench模拟施加人体屈伸、左右侧弯及左右旋转6种不同运动载荷,计算3种腰椎手术模型的cage和终板应力分布及腰椎活动度的变化差异,以比较3种手术方案对腰椎生物力学效应的影响.结果 与结论:①成功构建OLIF stand-alone、OLIF+BPS及OLIF+CBT三种有限元模型;②OLIF+CBT模型在前屈、后伸、左右侧弯及左右旋转活动工况下,其活动度与OLIF stand-alone模型差异不大;③OLIF+CBT模型在屈伸、侧弯活动工况下,其cage最大应力小于OLIF stand-alone模型,且稍大于OLIF+BPS模型;在旋转活动工况下,相较其他两种模型,OLIF+CBT模型cage最大应力最大;③OLIF+CBT模型在各个运动载荷下,下终板最大应力均小于OLIF stand-alone模型,且稍大于OLIF+BPS模型;④结果表明,斜外侧腰椎椎间融合联合皮质骨轨迹螺钉固定在保证腰椎活动度的前提下为融合节段椎体提供良好的稳定支撑,且具有相对较好的生物力学效应.