前路腰椎椎体间融合术的生物力学研究

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1、万方数据旦匾量壁堂墨：釜!!!!至!!旦箜!!鲞笙!塑!!!!!!!!!!￡：堕!：竺!坠!!!：!!!!：∑!!：!!：堕!：!前路腰椎椎体间融合术的生物力学研究张继东张铁良夏群苗军摘要前路腰椎椎体间融合术(ALIF)具有诸多优势。，临床应用越来越多。关于ALIF的生物力学稳定性研究国外开展较多，但结果并不完全一致。应根据不同需要合理选择ALIF试验模型，人类尸体，动物尸体、有限元模型、其他替代模型等各有优缺点。单纯ALIF术后椎间获得即刻稳定性是根据“撑开一压缩”原理。前路椎间植入融合器后能够增加除了后伸动作以外

2、的其他各方向稳定性，目前大多数关于ALIF的生物力学测试均针对即刻稳定性，然而融合器植入椎间隙后纤维环弹性逐渐丧失及融合器陷入终板内均会使椎问稳定性逐渐降低，因此椎间融合稳定性还取决于界面骨长入速度等术后因素。影响灿。IF稳定性的因素有预负荷、辅助内固定、相邻椎体骨质量等。关键词脊柱疾病；腰椎椎体间融合术；生物力学前路腰椎椎体间融合术(ALIF)常用于l临床治疗腰椎失稳症及腰椎间盘退行性疾病。与后路腰椎椎体间融合术(PI．IF)相比，～，IF技术具有诸多优势：①可完全切除病变椎间盘、直视下准备终板、放置较大椎间融合器

3、(cage)、增大植骨面积、植骨位于椎体间压应力轴线。符合wolff定律，融合率高；②在生物力学上有利于恢复脊柱前凸、保留完好的后侧结构、增强脊柱稳定性；③不破坏腰椎后部椎板、肌肉结构，保护腰椎后方张力带结构完整性。④不干扰椎管内神经结构，减少出血。避免术后神经粘连等并发症。⑤术后康复快，患者可早期下床活动，提高生活质量。因此，AI。IF技术越来越多地受到关注，在世界范围内广泛开展。随着ALIF技术的不断进步，近年来在椎间融合器的设计、材料、植入方式等方面有很大进展，针对这些技术更新的生物力学研究也在不断深入开展。1

4、试验模型选择研究人体腰椎前路融合稳定性的首选模型，理所当然足人类尸体标本。从以往的生物力学实验可以看到，由于动物脊柱与人体脊柱之间在解剖学特征(如小关节面的方向、生理曲度等)和生物力学行为(如脊柱的节段稳定性、生理负荷等)方面存在巨大差异，人体脊柱标本的生物力学实验u巧1中脊柱节段的活动范围(ROM)在除前屈以外的所有方向上，均明显大于动物脊柱标本的实验陆83结果。另外作为研究对象的椎间融合器、辅助内固定物等均是针对人体腰椎设计的，其在人体内和动物体内承受的应力特点是不同的。当然，应用人体标本进行生物力学试验也遇到一

5、些困难，如受到宗教、法律、伦理等因素制约，标本来源有限；标本的骨质量、退变程度等均对生物力学试验结果产生显著影响。在人类尸体标本来源有限的现状下，彻底控制以上偏倚因素显得更为困难，因此可能对测试结果产生干扰。由于人体标本来源有限，许多体外生物力学试验采作者单位：3(}0211，天津市天津医院骨科·375·用动物，如山羊、绵羊、小牛、猪、家兔等脊柱标本模型。6～8周龄小牛椎体的骨密度、体积及椎弓根形态与人类椎体比较相似，可比性最强。遗憾的是6～8周牛的体重尚未达到屠宰要求，许多试验都是选用5～7月龄的标本替代。另外，动

6、物标本的骨质量、退变程度比较容易统一控制，在比较性生物力学测试中动物标本可能较人体标本更有优势。然而由于动物标本采集往往是在动物未发育成熟期，椎体终板下存在未愈合骨骺，未愈合骨骺对椎问融合稳定性测试影响较大。其他替代人体标本的模型也偶有报道，如用木头和聚乙烯模拟腰椎标本，以测试内固定物的静态和疲劳力学特征。有限元模型是研究脊柱生物力学的常用方法，即根据真实标本的力学特征用汁算机模拟出三维虚拟模型。首先，可以通过有限元模型分别观察不同影响因素对前路腰椎融合的整体应力的影响。操作性强，大大减轻了真实标本反复试验的繁琐。其

7、次，有限元模型能够完全杜绝人体或动物标本之间的偏倚因素，可比性更强p]。2单纯ALⅢ的稳定性以往的脊柱生物力学实验中经常采用刚度(stiff—hess)和柔度(flexibility)为指标，近期的许多关于融合器的实验研究中采用了中性区(NZ)和RoM来表示节段稳定性。刚度足指获得单位位移所需要的力或力矩，柔度是指单位力或力矩的作用下所获得的位移；NZ是指在无外界加载的情况下脊柱节段的自由运动范围，代表松弛度；ROM是指外界加载使脊柱节段获得的最大位移。如果NZ和ROM同时降低，说明椎间融合器和终板固定牢固；NZ增高

8、伴ROM降低或无改变。提示脊柱周围骨性及韧带结构抵抗超出其弹性范围的应力，保持脊柱稳定；NZ和ROM同时增高，提示脊柱周围组织损伤断裂。由于刚度和柔度分别来自负荷一位移曲线和位移一负荷曲线，在测量上存在一定的困难，因此最近的生物力学测试均采用NZ和RoM。ALIF术后椎间获得即刻稳定性是根据“撑开一压缩”原理口⋯，即融合器植入相邻椎体间，撑开椎