中国组织工程研究第 20 卷第 9 期 2016 02 26 出版 Chinese Journal of Tissue Engineering Research February 26, 2016 Vol.20, No.9 半坚强与坚强内固定邻近节段腰椎间盘角位移及应力的比较 研究原著 吕建华, 唐昭惠, 陈凯, 李明, 张秋林 ( 解放军第二军医大学附属长海医院骨科, 上海市 200433) 引用本文 : 吕建华, 唐昭惠, 陈凯, 李明, 张秋林. 半坚强与坚强内固定邻近节段腰椎间盘角位移及应力的比较 [J]. 中国组织工 程研究,2016,20(9): 1275-1281. DOI: 10.3969/j.issn.2095-4344.2016.09.009 ORCID: 0000-0003-4538-6181 ( 吕建华 ) 文章快速阅读 : 半坚强与坚强内固定对邻近节段腰椎间盘生物力学的影响 健康志愿者接受腰椎 CT 扫描 通过软件建立 L 2-S 5 有限元模型并验证 通过软件建立 USS 坚强内固定腰椎模型 通过软件建立 Isobar TTL 半坚强内固定腰椎模型 加载屈伸 侧屈和旋转等负荷, 垂直负荷 400 N, 扭矩 7.5 N m 比较 2 种内固定方案在各种载荷下邻近节段椎间盘角位移及最大 von Mises 应力的变化 结果显示, 与坚强内固定相比, 半坚强内固定能在一定程度上减轻邻近节段椎间盘的活动度和应力 吕建华, 男,1984 年生, 福建省莆田市人, 汉族, 解放军第二军医大学在读硕士, 主要从事脊柱外科方面的研究 通讯作者 : 张秋林, 副教授, 副主任医师, 硕士生导师, 解放军第二军医大学附属长海医院骨科, 上海市 200433 文题释义 : USS 坚强内固定系统 : 是由椎弓根钉 棒等组件组成的脊柱融合系统, 由通用公司提供 USS 坚强内固定 + 椎体融合术后明显减少了固定节段的活动度, 腰椎整体活动度降低, 同时为了代偿融合节段的活动度, 邻近节段的活动度明显增大, 因此椎间盘内应力异常升高 Isobar 半坚强内固定系统 : 是一种基于椎弓根螺钉的半坚强内固定腰椎后路动态钉棒固定系统, 该系统的核心技术在于动态棒包含一个受控动关节, 具有 ±0.4 mm 的纵向位移 ±2.25 的伸屈及侧屈三维活动度, 在融合节段邻近起到铰链式减震器作用, 配合其椎弓根螺钉采用万向钉的潜在运动功能, 使得该系统能在各个运动方向上都能减少相应椎间盘及小关节承载的负荷, 并有效维持间高度及活动度 中图分类号 :R318 文献标识码 :B 文章编号 :2095-4344 (2016)09-01275-07 稿件接受 :2016-01-19 http://www.crter.org 摘要背景 : 理论上腰椎半坚强内固定能够减缓邻近节段退变, 但目前仍缺乏生物力学研究结果支持 目的 : 以 Isobar TTL 装置为例利用有限元方法分析半坚强内固定对邻近节段腰椎间盘生物力学的影响 方法 : 根据 USS 坚强内固定系统和 Isobar TTL 半坚强内固定系统的材料参数分别导入已通过验证的 L 2-S 5 腰骶椎模型, 构建双节段固定的腰椎内固定模型, 各施加垂直负荷为 400 N, 扭矩为 7.5 N m, 分别记录屈伸 侧屈 旋转等工况下邻近节段腰椎间盘角位移及最大 von Mises 应力值变化 结果与结论 :USS 坚强内固定及 Isobar TTL 半坚强内固定后, 邻近节段腰椎间盘屈伸 侧屈和旋转时的角位移及最大 von Mises 应力值均较自然状态增大 但与 USS 坚强内固定相比,Isobar TTL 半坚强内固定在前屈 后伸 左侧屈 右侧屈 左旋转 右旋转时, 角位移分别降低 19.2%,15.1%,11.1%, 12.2%,18.4% 和 22.1%, 最大 von Mises 应力值分别降低 33.0%,20.2%,23.9%,18.6%,28.8% 和 28.0% 提示与坚强内固定相比, 半坚强内固定能在一定程度上减轻邻近节段椎间盘的活动度和应力 关键词 : 骨科植入物 ; 脊柱植入物 ; 腰椎 ; 非融合 ; 动态稳定系统 ; 半坚强内固定 ; 坚强内固定 ; 邻近节段退变 ; 有限元分析 ; 角位移 ; 生物力学主题词 : 腰椎 ; 内固定器 ; 脊柱融合术 ; 有限元分析 ; 生物力学 ; 组织工程 ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH 1275
Lv Jian-hua, Studying for master s degree, Department of Orthopedics, Changhai Hospital, Second Military Medical University of Chinese PLA, Shanghai 200433, China Corresponding author: Zhang Qiu-lin, Associate professor, Associate chief physician, Master s supervisor, Department of Orthopedics, Changhai Hospital, Second Military Medical University of Chinese PLA, Shanghai 200433, China Comparison of angular displacement and stress of adjacent segment disc treated with semi-rigid and rigid fixation Lv Jian-hua, Tang Zhao-hui, Chen Kai, Li Ming, Zhang Qiu-lin (Department of Orthopedics, Changhai Hospital, Second Military Medical University of Chinese PLA, Shanghai 200433, China) Abstract BACKGROUND: Theoretically, lumbar semi-rigid fixation can slow down the degeneration of adjacent segments, but there is still a lack of biomechanical support. OBJECTIVE: To explore the biomechanical effect of semi-rigid fixation system, taking Isobar TTL for instance, on adjacent segment disc by means of finite element analysis. METHODS: The finite element models of USS and Isobar TTL were constructed by putting respective parameters into a validated L 2-S 5 lumbar model. The angular displacement and von Mises stress of adjacent segments were recorded when the models were subjected to 400 N preload and 7.5 N m moment of forces under different conditions: flexion, extension, lateral bending and axial rotation. RESULTS AND CONCLUSION: The angular displacement and inter-vertebral disc stress of adjacent segments in the USS and Isobar TTL models were higher than those of an intact state in every condition. But the values in Isobar TTL model were lower than the USS model in varying degrees. Compared with the USS model, the decrease rates of angular displacement in Isobar TTL model for flexion, extension, left bending, right bending, left axial rotation and right axial rotation were 19.2%, 15.1%, 11.1%, 12.2%, 18.4% and 22.1%, respectively. The decrease rates of von Mises stress were 33.0%, 20.2%, 23.9%, 18.6%, 28.8% and 28.0%, respectively. The results suggested that the Isobar TTL, when compared with the USS, partially reduced the angular displacement and inter-vertebral disc stress of adjacent segments. Subject headings: Lumbar Vertebrae; Internal Fixators; Spinal Fusion; Finite Element Analysis; Biomechanics; Tissue Engineering Cite this article: Lv JH, Tang ZH, Chen K, Li M, Zhang QL. Comparison of angular displacement and stress of adjacent segment disc treated with semi-rigid and rigid fixation. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2016;20(9): 1275-1281. 0 引言 Introduction 以减少邻近节段退变为目的的腰椎非融合技术被 认为是对腰椎融合技术的补充, 目前仍存在很多争议 各门各类动态稳定系统的基本设计理念均是为了降低 内固定的僵硬度 [1-4], 限制脊柱部分活动, 使椎间盘应力 减小, 使固定节段拥有更符合生理学特点的力学传导, 同时降低对邻近节段的负面影响 虽然有多数临床研究 证实了满意的近期疗效, 但仍缺乏中远期的随访数据进 一步证实 [5-7] [8] Wang 等系统性回顾分析表明, 腰椎融 合后邻近节段退变发生风险实际上并没有想象的那么 高, 不一定超过非融合技术 因此, 需要慎重对待非融 合技术 Isobar TTL 装置 ( 美国 Scient x 公司 ) 是非融合技术 一个代表, 与 Twinflex 装置等同属半坚强内固定, 临床 上应用并不少见 置入后短中期关于其对邻近节段椎间 盘的保护还没有确凿的证据 关于应用后对邻近节段的 生物力学影响的报道甚少 文章采用有限元分析的方法, 以 Isobar TTL 装置为 例与 USS 坚强内固定进行比较, 分析半坚强内固定对邻 近节段椎间盘活动度及应力影响 1 对象和方法 Subjects and methods 1.1 设计三维有限元分析 1.2 时间及地点于 2014 年 3 至 10 月在解放军第二军医大学附属长海医院完成 1.3 材料 USS 坚强内固定系统 : 是由椎弓根钉 棒等组件组成的脊柱融合系统, 由通用公司提供 Isobar 半坚强内固定系统 : 是一种基于椎弓根螺钉的半坚强内固定腰椎后路动态钉棒固定系统, 该系统的核心技术在于动态棒包含一个受控动关节, 具有 ±0.4 mm 的纵向位移 ±2.25 的伸屈及侧屈三维活动度 1.4 对象试验志愿者为 1 名 24 岁健康男性志愿者, 身高 177 cm, 体质量 66 kg, 既往无脊柱外伤 脊柱侧弯 脊柱结核或肿瘤等病史 利用双排螺旋 CT 机行腰椎全长薄层扫描 扫描条件 : 电压 120 kv, 层厚 1.25 mm, 扫描范围为 L 2 -S 5 所得数据以标准 Dicom 格式保存 参与试验的志愿者自愿参加, 对试验过程完全知情同意, 并签署 知情同意书 ; 试验方案获医院伦理委员会批准 1.5 方法建立正常 L 2 -S 5 节段有限元模型 : 将 CT 扫描所得数 1276 P.O. Box 10002, Shenyang 110180
据导入 Mimics15.0 软件进行表面模型建模, 输出 STL 文件, 在 Geomagic studio 12.0 中修补 降噪及曲面化, 导出 STP 格式, 在 Pro/E 5.0 中组装模型 ; 依据腰椎间盘解剖形态特点在 Pro/E 5.0 中曲面建模, 整体导出 IGES 格式, 在 Hypermesh 12.0 中进行有限元网格划分 腰椎各种韧带模拟为 Truss 单元, 根据各自起止点设定和椎体模型结合 骨质 终板 椎间盘 关节囊及韧带的材料参数根据大多数文献公认的数据进行建模 [9] 所建有限元模型见图 1 A B 图 2 USS 坚强内固定和 Isobar TTL 半坚强内固定模型建立 Figure 2 Establishment of models of USS and Isobar TTL fixation 注 : 图 A 为 USS 坚强内固定 L 4-S 1;B 为 Isobar TTL 半坚强内固定 L 4-S 1 图 1 健康男性 L 2-S 5 有限元模型 Figure 1 Finite element model of L 2-S 5 of a healthy man 表 1 USS 和 Isobar TTL 内固定系统有限元材料类型及特性参数 Table 1 Element type and material properties of USS and Isobar TTL fixation system 项目弹性模量 (MPa) 泊松比 USS 螺钉 110 000 0.3 USS 连接棒 110 000 0.3 Isobar TTL 螺钉 110 000 0.3 Isobar TTL 连接棒 75 000 0.3 USS 坚强内固定和 Isobar TTL 半坚强内固定模型建立 : 见图 2 利用逆向工程软件 Geomagic studio 12.0 的建模功能, 将传统 USS 坚强内固定系统和 Isobar TTL 半坚强内固定系统各部件模型分别导人 Hypermesh 12.0, 根据各内固定制造公司提供的数据及相关文献, 将植入物材料的弹性模量 泊松比等材料参数 ( 表 1) 以及特征值输入 ( 设定微动棒屈伸 侧屈活动度为 ±2, 轴向移动范围 ±0.2 mm) 利用 Hypermesh 12.0 和 Pro/E5.0 等软件将不同方案的腰椎后路内固定系统和人体 L 2 -S 5 的有限元模型结合 腰椎模型单元总数为 423 327, 节点总数为 114 543 椎间盘包含终板 髓核 纤维环以及纤维环纤维层 韧带及纤维环采用只承受拉伸载荷的 truss 单元 采用 EMBEDED 耦合约束椎弓根钉与椎体骨质, 获得不同的固定模型 定义内固定和椎体设置为非弹性固定, 接触状态为 Coupling 上下终板和椎间盘之间 椎体与小关节之间的接触状态为 Tie, 上下关节突之间的接触为有限的滑动, 摩擦系数 0.1 计算边界在骶骨与股骨头接触部位设定全自由度固定约束 加载及计算 : 实验共加载垂直载荷 + 前屈扭矩 垂直载荷 + 后伸扭矩 垂直载荷 + 左侧屈扭矩 垂直载荷 + 右侧屈扭矩 垂直载荷 + 左旋扭矩和垂直载荷 + 右旋扭矩共 6 种载荷 垂直载荷为 400 N, 扭矩为 7.5 N m 1.6 主要观察指标观察自然状态 USS 坚强内固定 和 Isobar TTL 半坚强内固定后前屈 后伸 左右侧屈 左右旋状态下椎间盘活动度和椎间盘应力情况, 分别用 腰椎间盘角位移和最大 von Mises 应力值表示 Rahm [10] 等认为上方邻近节段常比下方邻近节段更易发生退 变, 上方相邻节段的发生率为 25.5%, 下方相邻节段仅 为 2.6% 故本研究取固定后上一节段椎间盘的角位移和 最大应力数值, 分别进行比较分析 2 结果 Results 2.1 腰椎三维有限元模型的有效性验证有限元的应 用主要为医学提供力学特性理论依据 模型建立后, 不 但能反应细微结构特点, 而且还具有可重复性 一个有 效的建模关系着试验结果的可靠与否 本模型通过加载 前屈 后伸 侧屈 轴向旋转等工况, 测量腰椎间盘的 [11] 角位移和压力, 并与 Shim 等的实验结果进行比较, 证 实本模型有效 2.2 各种载荷下邻近节段椎间盘的角位移变化相比 自然状态,USS 坚强内固定和 Isobar TTL 半坚强内固定 将 L 4 -S 1 节段固定, 邻近节段椎间盘 ( 即 L 3/4 椎间盘 ) 各方 向的角位移均不同程度增大 前屈时分别增大 14.6% 和 11.8%; 后伸时角位移分别增大 18.5% 和 15.7%; 左侧 屈时分别增大 7.2% 和 6.4% ; 右侧屈时增大 7.4% 和 ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH 1277
最大 von Mises 应力值增大比例 (%) 角位移增大比例 (%) 吕建华, 等. 半坚强与坚强内固定邻近节段腰椎间盘角位移及应力的比较 6.5% 左旋时分别增大 13.6% 和 11.1%; 右旋时分别增大 14.0% 和 10.9%( 图 3) USS 坚强内固定 Isobar TTL 半坚强内固定 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 前屈后伸左侧屈右侧屈左旋转右旋转 图 3 USS 坚强内固定和 Isobar TTL 半坚强内固定各工况下 L 3/4 椎间盘角位移增大比例 Figure 3 The increasing proportion of angular displacement at L 3/4 in the USS and Isobar TTL fixation 图注 : 在各方向的活动下,USS 坚强内固定的角位移增大比例均较 Isobar TTL 半坚强内固定更大 与 USS 坚强内固定相比,Isobar TTL 半坚强内固定的 L 3/4 椎间盘角位移在屈曲 后伸 左侧屈 右侧屈 左旋 右旋时分别减小 19.2%,15.1%,11.1%,12.2%, 18.4% 和 22.1% 2.3 各种载荷下邻近节段椎间盘的椎间盘最大 von Mises 应力值变化无论 USS 坚强内固定还是 Isobar TTL 半坚强内固定, 邻近节段椎间盘最大 von Mises 应力值较自然状态均有所增大 前屈时分别增大 10.3% 和 6.9%; 后伸时角位移分别增大 16.8% 和 13.4%; 左侧屈时分别增大 4.6% 和 3.5%; 右侧屈时增大 4.3% 和 3.5% 左旋时分别增大 5.2% 和 3.7 %; 右旋时分别增大 5.0% 和 3.6%( 图 4) USS 坚强内固定 Isobar TTL 半坚强内固定 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 前屈后伸左侧屈右侧屈左旋转右旋转图 4 USS 坚强内固定和 Isobar TTL 半坚强内固定各工况下 L 3/4 椎间盘最大 von Mises 应力值增大比例 Figure 4 The increasing proportion of von Mises stress at L 3/4 in the USS and Isobar TTL fixation 图注 : 与角位移的变化相似, 在各方向的活动下,USS 坚强内固定的 von Mises 应力增大比例均较 Isobar TTL 半坚强内固定更大 与 USS 坚强内固定相比,Isobar TTL 半坚强内固定 的 L 3/4 椎间盘最大 von Mises 应力值在屈曲 后伸 左侧 屈 右侧屈 左旋 右旋时分别减小 33.0%,20.2%, 23.9%,18.6%,28.8% 和 28.0% 3 讨论 Discussion 近年来, 由于腰椎融合数量的增多, 使得邻近节 段退变和邻近节段退变性疾病成为了学术界讨论越来 越多的话题 [12-13] 邻近节段退变性疾病是指与手术节 段相邻的节段发生新的退变, 并伴有神经受压迫 脊 柱不稳等症状的疾病 而邻近节段退变只代表影像上 的改变, 并无临床症状 截至目前, 它们的发病机制 仍不清楚 邻近节段退变究竟是与年龄相关的自然退 变, 还是节段的融合手术所导致的, 还存在争议 有 学者对同时期的一些文献分析显示, 颈椎融合或非融 合对邻近节段退变发展的影响差异并无显著性意 义 [14-16] 对腰椎而言, 因为解剖结构与颈椎存在差异, 结果 [17] 有待进一步证实 Hilibrand 等认为融合手术虽然可能 在一定程度上加速邻近节段退变, 但并不是导致邻近节 段退变的独立因素 邻近节段退变还与年龄 性别 术 前相邻节段的椎间盘退变情况等多因素相关 在寻找如何避免或减轻邻近节段退变的办法中, 非融合技术或动态稳定技术逐渐成了研究热点 腰椎 非融合稳定技术包括棘突间动态稳定系统 ( 如 Wallis Coflex 等 ) 和经椎弓根动态稳定系统 ( 如 Dynesys Isobar TTL 等 ), 旨在保留固定节段的部分运动和减少 对邻近节段的不良影响 理论上, 种类繁多的非融合 技术都拥有降低邻近节段退变发生率的潜在优势, 但 是只有很少一小部分的研究会针对这类技术的短板进 行详细报道 此次研究选取以椎弓根螺钉为基础的半坚强内固 定 Isobar TTL 进行试验分析, 结果提示此种半坚强内固 定较 USS 坚强内固定能够减少部分应力遮挡, 降低邻 近节段椎间盘的角位移和应力 椎间盘角位移及最大 von Mises 应力值与 USS 坚强内固定相比, 在前屈 后 伸 左侧屈 右侧屈 左旋转 右旋转时, 角位移分 别降低 19.2%,15.1%,11.1%,12.2%,18.4% 和 22.1%;von Mises 最大应力值分别降低 33.0%, 20.2%,23.9%,18.6%,28.8% 和 28.0% 然而, 坚 强内固定状态较自然状态的邻近节段椎间盘的角位移 和应力值并没有成倍地增加, 增加最大者也不超过 1278 P.O. Box 10002, Shenyang 110180
20% 动态稳定下的相应值又只减少这么小的程度, 到底对延缓邻近节段椎间盘退变的真正意义有多大实 在难于知晓 在各门类动态稳定系统的临床应用中, 多数都获得 了良好的短期疗效, 远期疗效报道较少 因此, 关于 腰椎非融合后邻近节段退变性疾病的发病情况的研究 [18] 少之更少 Li 等对接受 Isobar TTL 固定的患者进行 术后长期随访, 并复查 MRI, 发现居然有高达 39% 的 患者在术后 2 年内发生了邻近节段退变,8% 的患者出 现了临床症状, 通过正规的保守治疗无效, 不得不需 要接受翻修手术 这么高的邻近节段退变发生率和再 手术率, 并没有显示出比传统融合手术优越 不禁让 人们对动态稳定系统或者半坚强稳定系统的优势产生 怀疑 虽然有 Meta 分析指出, 非融合术后的邻近节段退 变 邻近节段退变性疾病发生率和再手术率分别都低于 融合手术的相应发生率 [19], 但纳入分析的文献存在一些 缺陷, 说服力并不够 经过查阅文献, 不难发现融合与 非融合的混合应用比较常见, 本研究 Isobar TTL 半坚强 [20] 内固定也是采取这种混合方式 周盛源等认为 Coflex 与后路腰椎椎体间融合联合应用有助于延缓邻 [21] 近节段退变 Cabello 等通过体外生物力学研究, 推测 Topping-off 相邻节段比 PLIF 相邻节段承受的代 偿应力小, 发生邻近节段退变的风险和程度要轻 然 [22] 而,Putzier 等前瞻性随机对照研究比较了单纯责任 节段的融合与混合固定的临床疗效, 认为后者不但内 固定失败率较高, 而且会导致邻近节段退变继续转移 因此, 不建议对相邻无症状节段退变进行预防性非融 合固定 有限元分析是生物力学试验的重要手段 [23-25], 可以 模拟复杂的体内力学环境, 直接测量结构内部的力学反 应, 它已广泛应用于脊柱生物力学的各种研究 [26-27] 刘 [28] 建航等通过三维有限元分析比较 Isobar TTL 和 USS 固定后的力学分布特点 前者在前屈 后伸 侧屈 旋 转工况下, 邻段椎间盘应力分别增加了 6.2%,9.7%, 3.6%,3.8% 而后者分别增加了 8.5%,13.5%,4.3%, 4.8% 本研究的结果也显示, 无论是 Isobar TTL 半坚 强固定或是 USS 坚强内固定, 腰椎上一节段的椎间盘 角位移和最大 von Mises 应力值均增加 其中,USS 固 定后前屈 后伸 左侧屈 右侧屈 左旋转和右旋转时 增加的的最大 von Mises 应力值分别是 10.3%, 16.8%,4.6%,4.3%,5.2% 和 5.0% Isobar TTL 固定 后以上值分别是 6.9%,13.4%,3.5%,3.5%,3.7 % 和 3.6% 而邻近节段的活动度改变情况, 本实验采用 椎间盘的角位移变化来衡量 USS 组各方向各增大 14.6%,18.5%,7.2%,7.4%,13.6%,14.0%;Isobar 组各增大 11.8%,15.7%,6.4%,6.5%,11.1%,10.9% 无论是应力还是活动度, 两系列数据的共同特点是 USS 组数值均略高于 Isobar 组数值, 并无成倍以上的关系 通过该结果可以充分说明 Isobar TTL 半坚强固定装置 虽然借助它的动态组件所提供的 ±0.4 mm 的纵向位移 和 ±2.25 三维自由活动度保留了固定节段的部分活动 度, 分担了固定节段椎间盘的部分应力, 通过缓冲作 用减轻了部分应力遮挡, 但势必继续增加上一节段椎 间盘的应力和活动度, 增加的程度与 USS 坚强内固定 后的结果相近, 亦会导致退变的继续转移 相信其他 非融合动态稳定系统也存在着与生物力学相矛盾的设 计缺陷 [29] Galbusera 等的一项研究表明, 目前在临床上应 用中的所谓的动态稳定系统, 只能保留很小一部分的活 动度, 并不适于脊柱功能单位的生物力学行为 局部的 活动度并不是最重要的参考指标, 还应该将瞬时旋转中 心 应力分散情况和小关节应力等指标都考虑在内 由 于各自的设计缺陷, 当今的这些动态稳定系统还与理想 的设计存在不小差距 那么非融合动态稳定系统应该如何发展呢? 作者 认为, 一方面, 要继续寻找更符合生物力学的非融合设 计 ; 另一方面, 要寻找更匹配的适应证, 将现有的非融 合技术更好地应用 就继续以 Isobar TTL 装置为例, [30] Barrey 等认为此装置可以分散应力, 避免应力遮挡, 与颈椎微动钢板类似, 按照 Wolff 定律, 增加了植骨部 分的应力将有助于融合 他们将该装置作为动态融合技 术联合椎间植骨融合应用于 18 例腰椎退变性疾病的患 者, 并进行长时间的随访 ( 平均随访时间 10.2 年 ), 均获 得了良好的临床效果和 98% 的融合率, 无相关并发症和 二次手术情况 这再次说明良好的骨融合可能得益于适 当的微动和承重 诸如此类的创造性应用, 为动态稳定 系统的临床应用开阔了新视野, 拓展了新方向 然而, Dynesys 装置则无法用于上述手术, 原因在于它是软性 动态系统, 无法限制旋转活动, 产生的剪切力对融合十 分不利 脊柱微创技术和内镜技术的迅猛发展为脊柱外科 医师提供了新的手段 特别是随着内镜技术适应证的不 断拓宽, 以往只能够通过融合 非融合手术的患者可以 ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH 1279
选择微创手术解决实际临床问题 即使是选择了融合治疗的患者, 如果邻近节段发生退变疾病, 保守治疗和微创手术亦能够提供补救 [31] 因此, 对非融合技术领域的进一步探索似乎不再显得那么迫切 本文还存在一些不足之处 一方面, 三维有限元模型是模拟人体各种组织结构的特性进行建构的 尽管技术再先进, 精确度再高, 还是与正常人体或多或少存在一定的差异 所以实验结果不能完全精确反映真实人体的力学情况 另一方面, 本实验只是着重研究 阐述内固定后邻近节段椎间盘的活动度和应力改变, 没有进一步研究邻近节段的小关节等后部结构的生物力学改变 再次, 各种非融合内固定是针对治疗腰椎的退行性疾病而设计的 置入内固定物的同时, 必定涉及减压手术程序, 后方骨质 韧带的破坏不可避免, 因此力学传导将发生改变 而本研究仅仅在正常腰椎模型上进行内固定, 并未建构减压后的模型, 与真实情况存在差异, 影响准确性 今后将不断改进技术, 继续深入探索 致谢 : 感谢上海交通大学伤骨科研究所对试验提供的技术支持 作者贡献 : 第一作者 通讯作者进行试验设计, 第一 二作者实施试验, 通讯作者进行试验评估, 第一作者资料收集 成文, 通讯作者 第二作者审校 利益冲突 : 所有作者共同认可文章无相关利益冲突 伦理问题 : 参与试验的志愿者自愿参加, 对试验过程完全知情同意, 并签署 知情同意书 ; 试验方案获医院伦理委员会批准 文章查重 : 文章出版前已经过 CNKI 反剽窃文献检测系统进行 3 次查重 文章外审 : 本刊实行双盲外审制度, 文章经国内小同行外审专家审核, 符合本刊发稿宗旨 作者声明 : 文章第一作者对研究和撰写的论文中出现的不端行为承担责任 论文中涉及的原始图片 数据 ( 包括计算机数据库 ) 记录及样本已按照有关规定保存 分享和销毁, 可接受核查 文章版权 : 文章出版前杂志已与全体作者授权人签署了版权相关协议 4 参考文献 References [1] Khoueir P, Kim KA, Wang MY. Classification of posterior dynamic stabilization devices. Neurosurgical Focus. 2007;22(1):E3. [2] Prud'homme M, Barrios C, Rouch P, et al. Clinical Outcomes and Complications After Pedicle-anchored Dynamic or Hybrid Lumbar Spine Stabilization: A Systematic Literature Review. J Spinal Disord Tech. 2015;28(8):E439-448. [3] Kaner T, Ozer AF. Dynamic stabilization for challenging lumbar degenerative diseases of the spine: a review of the literature. Adv Orthop.2013;2013:753470. [4] Sengupta DK, Herkowitz HN. Pedicle screw-based posterior dynamic stabilization: literature review. Adv Orthop. 2012;2012:424268. [5] 彭超, 何智勇, 母建松, 等.Dynesys 动态稳定系统置入内固定与后路腰椎间融合修复腰椎退行性病的比较 [J]. 中国组织工程研究,2014,18(44):7117-7121. [6] 杨波, 万盛钰, 曾勉东, 等.Dynesys 系统治疗腰椎退行性疾病对邻近节段的影响 [J]. 中国组织工程研究, 2013, 17(17): 3057-3064. [7] 丁立祥, 陈迎春, 张亘瑗, 等. 后路动态稳定系统内固定治疗腰椎间盘突出症的稳定性评价 [J]. 中国组织工程研究, 2013,17(22):4123-4129. [8] Wang JC,Arnold PM,Hermsmeyer JT, et al.do lumbar motion preserving devices reduce the risk of adjacent segment pathology compared with fusion surgery:a systematic review. Spine. 2012;37(22):S133-143. [9] 闫家智, 吴志宏, 汪学松, 等. 腰椎三维有限元模型建立和应力分析 [J]. 中华医学杂志,2009,89(17):l162-1165. [10] Rahm MD, Hall BB. Adjacent segment degeneration after lumbar fusion with instrumentation: a retrospective study. Spinal Disord.1996;9(5):392-400. [11] Shim CS, Park SW, Lee SH, et al. Biomechanical evaluation of an interspinous stabilizing device, Locker. Spine(Phila Pa 1976). 2008;33(22 Suppl): E820-827. [12] Lee JC, Choi SW. Adjacent Segment Pathology after Lumbar Spinal Fusion. Asian Spine J. 2015;9(5): 807-817. [13] Hilibrand AS, Robbins M. Adjacent segment degeneration and adjacent segment disease: the consequences of spinal fusion? Spine J. 2004;4(6 Suppl):190S-194S. [14] Yang BH, Li HP, Zhang T, et al. The incidence of adjacent segment degeneration after cervical disc arthroplasty(cda): a meta-analysis of randomized controlled trials. PLoS One. 2012;7(4):e35032. [15] Botelho RV, Moraes OJ, Fernandes GA, et al. A systematic review of randomized trials on the effect of cervical disc arthroplasty on reducing adjacent-level degeneration. Neurosurg Focus. 2010;28(6):E5. [16] Skeppholm M, Lindgren L, Henriques T, et al. The Discover artificial disc replacement versus fusion in cervical radiculopathy--a randomized controlled outcome trial with 2-year follow-up. Spine J. 2015;15(6):1284-1294. 1280 P.O. Box 10002, Shenyang 110180
[17] Hilibrand AS, Robbins M. Adjacent segment degeneration and adjacent segment disease: the consequences of spinal fusion? Spine J. 2004;4(6 Suppl):190S-194S. [18] Li ZH, Li FN, Yu SZ, et al. Two year follow-up results of the Isobar TTL semi-rigid rod system for the treatment of lumbar degenerative disease. J Clin Neurosci. 2013; 20:394-399. [19] Ren C, Song Y, Liu L, et al. Adjacent segment degeneration and disease after lumbar fusion compared with motion-preserving procedures: a meta-analysis, Eur J Orthop Surg Traumatol.2014;24 (Suppl 1):S245-S253. [20] 周盛源, 陈雄生, 贾连顺, 等. 棘突间动态稳定装置 Coflex 预防腰椎融合术后相邻节段退变的短期随访疗效观察 [J]. 中华外科杂志,2012,9:772-775. [21] Cabello J, Cavanilles-Walker JM, Iborra M, et al. The protective role of dynamic stabilization on the adjacent disc to a rigid instrumented level. An in vitro biomechanieal analysis. Arch Orthop Trauma Surg. 2013;133:443-448. [22] Putzier M, Hoff E, Tohtz S, et al.dynamic stabilization adjacent to single-level fusion:part II.No clinical benefit for asymptomatic,initially degenerated adjacent segments after 6 years follow-up.eur Spine J.2010; 19(12):2181-2189. [23] Krag MH, Seroussi RE, Wilder DG, et al. Internal displacement distribution from in vitro loading of human thoracic and lumbar spinal motion segments: experimental results and theoretical predictions. Spine.1987;12(2):1001-1007. [24] Tang S, Meng X. Does disc space height of fused segment affect adjacent degeneration in ALIF? A finite element study. Turk Neurosurg.2011;21(3):296-303. [25] 朱立新, 王健, 曹延林, 等. 基于 CT 数据构建人体腰骶椎的有限元模型 [J]. 中国组织工程研究,2012,6(30): 5511-5515. [26] Schmidt H, Galbusera F, Rohlmann A, et al. What have we learned from finite element model studies of lumbar intervertebral discs in the past four decades? J Biomech. 2013;46(14):2342-2355. [27] Carpenter RD. Finite element analysis of the hip and spine based on quantitative computed tomography. Curr Osteoporos Rep. 2013;11(2):156-162. [28] 刘建航, 靳安民, 段扬, 等. 半坚强内固定系统与 USS 坚强内固定系统的三维有限元分析比较 [J]. 第二军医大学学报, 2013, 34(4):416-420. [29] Galbusera F, Bellini CM, Anasetti F, et al. Rigid and flexible spinal stabilization devices: a biomechanical comparison. Med Eng Phys.2011;33:490-496. [30] Barrey C, Perrin G, Champain S. Pedicle-Screw-Based Dynamic Systems and Degenerative Lumbar Diseases: Biomechanical and Clinical Experiences of Dynamic Fusion with Isobar TTL. ISRN Orthop. 2013;2013: 183702. [31] 李建江, 楚戈, 杨涛, 等. 经皮椎间孔镜下 TESSYS 技术修复腰椎固定融合后邻近节段退行性变 [J]. 中国组织工程研究, 2015,19(26):4186-4190. ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH 1281