跨节段Hybrid结构、椎间融合术及椎间盘置换术治疗非连续型颈椎病生物力学特点的有限元分析

目的 对跨节段手术治疗非连续性颈椎病患者的生物力学特征进行有限元分析,为此类患者治疗方案的制订提供生物力学证据.方法 本研究中纳入 1 例颈椎病患者的 DICOM 格式 CT 图片进行(C2～7)颈椎有限元模型(finite element model,FEM)制作.本研究中分析的植入物包括 NuVasive? Helix ACP、CoRoent? Contour 和 Synthes? Prodisc-C.本研究中讨论四种跨节段手术方式:上部(C3～4)颈前路椎间盘切除融合术(anterior cervical discectomy and fusion,ACDF)和下部(C5～6)颈椎全椎间盘置换术(cervical total disc replacement,TDR),AT 模型;上部 TDR(C3～4)和下部 ACDF(C5～6),TA 模型;上部 TDR(C3～4)和下部 TDR(C3～4),TT 模型;上部 ACDF(C3～4)和下部 ACDF(C5～6),AA 模型.在有限元运算中通过跟踪加载技术对运动中心施加 73.6 N 的轴向初始载荷,进而模拟肌肉力和头部重量;将 1.0 N·m 的力矩作用于 C2 中心,对 C2～7 FEM 的整体运动情况进行模拟,包括屈、伸、侧弯和轴向旋转.对 FEM 的活动度(range of motion,ROM)、椎间盘内压力以及关节突关节接触应力进行分析.结果 FEM 各节段平均 ROM 与已发表研究数据相符性较好.AA 模型在非手术节段的 ROM 均明显高于其它手术模型.TT 对 FEM 背伸运动及侧方弯曲限制明显高于其它治疗方式.TA 结构的侧方弯曲稳定性低于 AT 结构.TA 在除侧方弯曲之外的活动中对 FEM 各节段 ROM的限制明显高于 AT.TT 结构在维持各节段椎间盘内压力处于生理状态方面有较大优势.AA 结构对中间节段(C4～5)的椎间盘内压力影响最大.AT 结构会明显增加上位节段的椎间盘压力,而 TA 结构主要增加下位节段的椎间盘压力.AA 结构在各节段关节突关节接触应力最大.AT 结构对下位节段关节突关节保护效果最佳.AT 与 TA 在中间节段(C4～5)关节突关节的保护作用相似.TT 对上位节段和中间节段关节突关节保护效果最好.结论 TT 结构适合用于颈部稳定结构退变不重的患者.AT 结构和 TA 结构不适合应用于颈椎后柱结构严重退变的患者.对于上位节段退变情况重于下位节段退变情况的患者,可以选择使用 TA 结构.反之,则可以选择 AT 结构.AA 结构在非连续颈椎病的治疗中不应当作为首选.