保留椎弓根下壁截骨术在治疗陈旧性胸腰椎骨折后凸畸形力学性能的三维有限元分析

Three-dimensional finite element analysis of mechanical properties of modified partial pedicle subtraction osteotomy in treatment of post-traumatic thoracolumbar kyphosis

摘要目的采用三维有限元分析法建立胸腰椎模型,比较保留椎弓根下壁截骨术及SRS-Schwab四级截骨术在前屈、后伸、旋转及侧弯时钉棒系统和椎体前缘内植物的应力及整体脊柱力的传导和分布.方法利用CT数据建立正常男性脊柱T11～L3模型,以L1为拟手术椎体,建立SRS-Schwab四级截骨术式(A术式)、保留1/3椎弓根下壁截骨术式(B1术式)、保留1/2椎弓根下壁截骨术式(B2术式)三维有限元模型,采用钛笼支撑椎体前缘.比较A、B1、B2术式三维有限元模型在前屈、后伸、旋转、侧弯时的总应力、各椎间隙的活动度、各内植物的应力情况,以及钛笼植入区域、剩余椎体部分、椎体剩余附属结构及钉棒系统3个部分分别的应力情况.结果在前屈、后伸、旋转和侧弯时,B2术式的总应力最小(205.6 MPa),其次为B1术式(207.0 MPa),A术式最大(217.0 MPa).3种术式间各椎间隙活动度情况相似.内植物应力分析结果显示,B2术式在前屈、后伸、旋转及侧弯活动时,前路钛笼植入区域和后路椎体剩余附属结构及钉棒系统的应力均最小,分别为22.2、187.7、105.8、141.6和75.4、168.4、75.9、214.8 MPa;A术式均最大,分别为27.3、241.8、133.4、188.0和97.5、216.4、98.5、243.0 MPa,均远小于钛合金的屈服应力和拉伸极限(分别为760、860 MPa).结论保留椎弓根下壁截骨术式(保留1/2椎弓根下壁)在减少手术节段应力方面具有优势,尤其是其可以减少内植物的应力,从而降低断钉断棒风险,但在保留椎间隙活动度方面与SRS-Schwab四级截骨术式相似.