椎管重建内固定术有限元模型的构建及稳定性分析

Construction and stability analysis of finite element model for spinal canal reconstruction with miniplates fixation

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摘要目的:构建椎管重建内固定术的有限元模型,并分析椎管重建内固定术对脊柱稳定性的影响,验证椎管重建内固定术在椎管内手术中的有效性和可靠性.方法:筛选1名30岁男性,身高172cm,体重75 kg的健康志愿者并采集其腰椎CT资料,建立正常腰椎L3-L5的有限元模型,并与体外实体结果和已发表的有限元分析结果进行比较,以验证该模型的有效性.根据处理方式不同分为正常组、椎板切除组和椎管重建组.在相同边界固定和生理载荷条件下,实施前屈、后伸、左弯、右弯、左旋和右旋6种工况活动,分析6种工况活动下L3-L4和L4-L5观察节段的活动度(range of motion,ROM)和L3-L5整体最大ROM的变化情况.结果:构建的L3-L5有限元模型各节段ROM位移与体外实体结果和既往文献数据结果吻合,确认了该模型的有效性.在L3-L4中,椎管重建组仅在后伸时较正常组增加,ROM变化百分比＞5％;其他工况下的ROM与正常组相近,变化百分比＜5％;而椎板切除组在前屈、后伸、左旋和右旋时的ROM较正常组和椎管重建组增加,变化百分比＞5％.在L4-L5中,椎管重建组,在各工况下的ROM与正常组相近,变化百分比＜5％,而椎板切除组在6种工况下的ROM均大于正常组和椎管重建组,变化百分比＞5％.在L3-L5的整体最大ROM中,椎管重建组仅在后伸时超过正常组,变化百分比＞5％;而椎板切除在前屈、后伸、左旋和右旋时大于正常组和椎管重建组,变化百分比＞5％.L3-L5各节段ROM及总体ROM的变化趋势为:椎板切除组＞椎管重建组＞正常组.结论:椎板切除会严重影响脊柱生物力学的稳定性,而应用椎管重建内固定的方式可有效减少脊柱责任节段的ROM位移并维持其生物力学稳定性.