腰椎微创TLIF不同内固定解决方案的有限元分析

【摘要】：研究目的： 采用三维有限元分析法比较腰椎微创TLIF采取不同后路内固定方式的应力分布情况和稳定性情况。 研究方法： 1、以三维有限元法建立L3-4椎体完整模型,并在此模型上建立UPS+TLIF. UPS+CFS+TLIF和BPS+TLIF三种内固定方式有限元模型。 2、模拟人体的站立、前屈、后伸、左右侧弯和左右旋转运动,记录椎体内部和内固定物的应力变化以及不同腰椎模型的活动范围。 研究结果： 1.椎弓峡部是椎体后方结构中应力最集中的部位,在后伸位时应力达到峰值。轴向负荷下椎弓峡部前方皮质骨应力明显高于后部皮质骨。 2.椎体后方结构的应力云图显示BPS+TLIF模型应力分布最为对称,UPS+CFS+TLIF模型应力集中于左侧(关节突螺钉侧),而UPS+TLIF模型应力集中于右侧(椎弓根螺钉侧)。 3. UPS+TLIF模型载荷集中于椎弓根螺钉固定侧,椎体的应力分布存在明显的不对称性,会带来偏心性运动。 4.从后方内固定物所承受的应力峰值来分析,可以发现UPS+TLIF模型应力峰值最大,其次是BPS+TLIF模型,再次是UPS+CFS+TLIF模型。从整体上看,UPS+TLIF模型在后伸和左弯状态下最大应力明显超过了钛合金的屈服强度。 5. BPS+TLIF模型显示Cage右侧(关节突切除侧)应力相比左侧要高。 6.三种内固定方式中,UPS+TLI模型活动度最大,尤其在后伸和左弯状态,UPS+CFS+TLIF模型与BPS+TLIF模型有相似的稳定性。 研究结论： 1.椎弓峡部裂可能是长期的局部高负荷导致的慢性应力性骨折。临床中应注意不全椎弓峡部裂的发生,尤其是前方皮质骨断裂而后方皮质骨尚完整的可能。 2. UPS+TLIF模型存在应力分布明显不对称和伴发的偏心运动,并且在后伸和左弯状态下内固定物的最大应力明显超过了钛合金的屈服强度,可能更容易发生内固定失败。UPS+CFS+TLIF模型的关节突螺钉可以有效的减少右侧内固定物的最大应力峰值,能很好地保护右侧椎弓根螺钉和内固定棒,并且关节突螺钉的应力峰值不超过钛合金的屈服强度。 3.后路内固定后椎体的应力会发生转移,不同的内固定方式会带来椎体后方结构不同的应力分布,UPS+CFS+TLIF模型集中于关节突螺钉固定侧(左侧),而UPS+TLIF固定模型应力集中于椎弓根螺钉侧(右侧),可能导致不同的邻近节段退变。 4. BPS+TLIF模型应力分布提示保留关节突关节将有助于载荷的分享,提示从生物力学的角度来看,应尽量避免切除关节突。 5.三种内固定方式中,UPS+TLIF固定模型活动度最大,尤其在后伸和左弯状态。对于短节段的腰椎微创TLIF手术而言,UPS+CFS+TLIF固定与BPS+TLIF固定要明显优于UPS+TLIF固定,前两种固定方式具有相似的稳定性。