经椎间孔腰椎椎间融合结合不同椎弓根螺钉固定在单节段腰椎及邻近节段的生物力学特征

文题释义： 生物力学：是应用力学原理和方法对生物体中的力学问题定量研究的生物物理学分支,分为体外和体内生物力学。体外生物力学实验通常将测试的内固定器械与动物标本共同组成的标本单位,采用此形式对离体标本进行脊柱屈伸、侧弯和旋转等生理载荷模式下的力学测试,可更加精确、方便和准确地获得内固定器械稳定性的指标参数。 经椎间孔椎间融合内固定术：通过切除部分关节突关节扩大椎间孔,行椎体间减压植骨,再给予椎弓根钉棒系统来增加椎体间稳定性,促进骨性融合。该入路不需要过度牵拉硬膜和走形神经根,减少硬膜和神经根的副损伤,同时保留了脊柱后方韧带复合体增加稳定性。 背景：对于腰椎退行性病变,早期给予有效固定达到椎间融合可重建脊柱稳定性,所以减压-固定-融合是脊柱外科手术的关键。 目的：比较经椎间孔腰椎椎间融合术下双侧椎弓根螺钉固定、单侧椎弓根螺钉固定、单侧椎弓根螺钉固定联合经对侧椎板小关节固定融合节段与邻近节段的生物力学稳定性。 方法：选用18具新鲜小牛L_3-5标本,在经椎间孔腰椎椎间融合术下进行不同的固定形式,分成A组(完整标本)、B组(双侧椎弓根螺钉固定)、C组(单侧椎弓根螺钉固定)、D组(单侧椎弓根螺钉固定联合经对侧椎板小关节固定),分别测试邻近节段L_3-4、融合节段L_4-5在后伸、前屈、左侧弯、右侧弯、左旋转、右旋转6个方向上的活动范围值及融合节段L_4-5的刚度值。 结果与结论：①对于融合节段L4-5的活动范围,B组6个方向的稳定性最高;D组次之,并在旋转方面与B组有相似结果(P > 0.05);C组右侧弯和左旋转的稳定性不足,关节活动度与A组比较差异无显著性意义(P > 0.05);A组6个运动方向的活动度最大,稳定性最差;②对于融合节段L4-5的刚度值,B组6个方向的刚度值最大,与其他组比较差异均有显著性意义(P < 0.05);C组和D组左、右旋转下的刚度值比较差异有显著性意义(P < 0.05),A组6个运动方向的刚度值最低;③对于临近节段L3-4的活动范围,B组6个方向的活动范围最大,邻近节段承受负荷最大,同其他3组比较差异有显著性意义(P < 0.05);D组除左、右旋转外其余方向的活动范围同C组、A组比较差异无显著性意义(P > 0.05);C组和A组6个方向活动范围比较差异均无显著性意义(P > 0.05);④结果表明,单侧椎弓根螺钉固定早期在右侧弯和左旋转方向的活动度大,接近于完整标本组,存在稳定性不足的缺点,临床中需要慎用并严格把握适应证。单侧椎弓根螺钉联合对侧经椎板关节突螺钉固定技术改进了单侧椎弓根螺钉不对称固定的弊端,增加了旋转和侧弯的稳定性,又可以避免双侧椎弓根螺钉固定对邻近节段的影响,可以成为临床的一种有效手术治疗方式。 ORCID: 0000-0002-2810-2047(侯继春) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程     

三种单纯腰椎椎间融合术加用双侧椎弓根螺钉内固定后生物力学比较的实验研究

目的比较前路椎间融合术(ALIF)、后路椎间融合术(PLIF)、椎间孔入路椎间融合术(TLIF)加用双侧椎弓根螺钉内固定后腰椎即刻稳定性的差异。方法选用15具新鲜小牛腰椎标本,模拟临床建立三种椎间融合术模型,在脊柱三维运动测试机上测试三种模型加用双侧椎弓根螺钉固定前后生物力学特性的变化。结果(1)与正常标本组相比,单纯椎间融合术的ALIF(Ⅰ)组的平均应变和应力明显增加;ALIF(Ⅰ)、PLIF(Ⅰ)、TLIF(Ⅰ)组的平均轴向刚度和水平剪切刚度分别下降28.3%、18.4%、11.5%(P<0.05)和21.6%、17.5%、5.9%(P<0 05);扭矩强度分别依次下降38.6%、49.1%、27.2%(P<0.05)。(2)附加双侧椎弓根螺钉固定后,与单纯椎间融合组的相应术式比较,ALIF(Ⅱ)、PLIF(Ⅱ)、TLIF(Ⅱ)三组的平均应变和应力分别减小了21.4%、12.3%、24.5%(P<0.05)和21.4%,22.3%,24.5%(P<0.05);平均轴向刚度和水平剪切刚度分别增加了87.8%、77.9%、75.9%(P<0.05)和60.6%、68.1%、63.1%(P<0.05);平均扭转强度分别增加了95.1%、110.9%、87.6%(P<0 05)。结论行单纯椎间融合术后,腰椎的稳定性较正常对照组均有明显下降,在加用双侧椎弓根螺钉内固定后能有效地提高其稳定性能。在三种椎间融合术中,TLIF的腰椎即刻稳定性能最优。     

单侧椎弓根钉棒固定单节段腰椎及其邻近节段生物力学研究

目的分析单侧椎弓根钉棒固定对单节段腰椎的生物力学稳定性及其对邻近节段活动度的影响。方法新鲜成人尸体腰椎标本6具,测定L4～5不稳固定节段及其上下邻近节段屈伸、左右侧弯、左右旋转6个方向ROM,按4组顺序依次测试:A组(完整组);B组(模拟L4～5不稳组);C组(单侧椎弓根钉棒固定+椎间单枚cage);D组(双侧椎弓根钉棒固定+椎间单枚cage)。结果L4～5节段除左侧弯外,C组与D组相比各运动方向ROM差异无统计学意义(P0.05);L3～4、L5～S1节段除左、右侧弯外,C组与D组相比各运动方向ROM差异无统计学意义(P0.05)。结论单侧椎弓根钉棒固定对单节段腰椎在大部分运动方向上具有与双侧固定相似的即刻稳定性,邻近节段侧弯活动度较双侧固定后更少。     

腰椎椎间融合器及其在椎间融合术中的生物力学研究进展

针对腰椎椎间融合术的生物力学研究背景和意义,回顾近年来椎间融合器及其在椎间融合术中的研究进展,并对其发展前景进行展望。主要归纳腰椎生物力学实验方法、椎间融合器和椎间融合术的最新进展,得出椎间融合术生物力学研究的主要方向为:有限元法的建模精细化、传统融合器的几何更优化、新型融合器的临床化和辅助固定方式的多样化。最后对椎间融合术生物力学的发展前景进行展望。通过对腰椎椎间融合术的生物力学研究进行回顾和展望,以期为腰椎疾患的临床手术治疗提供参考依据。     

单枚椎间融合器并椎弓根螺钉单侧内固定治疗单侧腰椎间盘突出症

背景：对于仅有一侧腰腿痛的腰椎间盘突出症需手术治疗的患者,常见的治疗方法包括腰椎椎板开窗减压和全椎板切除加压加双侧椎弓根螺钉内固定,但其治疗效果均不理想。 目的：探讨单侧椎弓根螺钉内固定结合单枚腰椎椎间融合器置入治疗出现一侧腰腿痛症状腰椎间盘突出症的可行性和临床效果。 方法：新疆石河子人民医院对40例一侧腰腿疼痛为主要症状的腰椎间盘突出症患者行单枚腰椎椎间融合器置入+单侧椎弓根螺钉内固定治疗。治疗前后按日本骨科学会(JOA)1984年制定的腰腿痛疗效标准分别对患者进行治疗前和治疗后的随访评分,计算治疗后的改善率和优良率;并按Suk标准评定椎间融合率。 结果与结论：40例患者均获得随访,时间6-60个月。切口均一期愈合,无切口感染。治疗后6个月JOA评分显著高于治疗前(P < 0.05),优良率为88%。按Suk标准评定,38例患者影像学资料符合确认植骨融合或可能融合,椎间融合率为95%。剩余2例患者在治疗后9个月随访时达到上述标准。提示单枚椎间融合器置入加单侧腰椎椎弓根螺钉内固定治疗仅有一侧腰腿痛症状的腰椎间盘突出症可获得满意的效果。     

单侧腰椎弓根螺钉及经椎板关节突螺钉固定与双侧固定的比较

背景：经椎板关节突关节螺钉固定、椎间植骨融合治疗脊柱疾患是一种独特的固定方法,可用于退变性腰椎的融合。 目的：比较采用微创经腰椎间孔椎体融合联合单侧椎弓根螺钉及经椎板关节突螺钉固定与常规开放后路腰椎体间融合术联合双侧椎弓根螺钉固定治疗下腰痛疾病的临床效果。 方法：纳入2010年6月至2012年6月于武警广东总队医院就诊的腰椎间盘突出伴腰椎轻度不稳患者49例,均采用后路减压椎间融合器植骨内固定治疗。其中24例采用微创经椎间孔椎体融合术联合单侧椎弓根螺钉及经椎板关节突螺钉固定,25例采用常规开放后路腰椎体间融合术联合双侧椎弓根螺钉固定,比较两种固定方法的临床疗效。 结果与结论：两种固定方法术后椎体融合率、日本矫形外科协会评分及疼痛目测类比评分改善率差异均无显著性意义(P > 0.05)。可见对无严重不稳的单节段退变性腰椎疾病患者,两种治疗方法的效果相当,均能有效提高椎间融合率,使小关节稳定,解除临床症状,门诊随访满意。但采用微创经椎间孔椎体融合术联合单侧椎弓根螺钉及经椎板关节突螺钉固定的患者手术切口长度、手术时间、术中出血量、术后切口引流液量明显减少(P < 0.05),说明该方法具有创伤小、操作简单的优势。     

单侧、双侧内固定联合经椎间孔椎间融合对腰椎术后假关节形成及腰椎活动的影响

目的:探讨后路单侧、双侧内固定联合经椎间孔椎间融合术(TLIF)治疗单节段腰椎退行性病变术后假关节的发生及其对腰椎活动的影响。方法:回顾性队列研究。纳入2009年1月—2015年5月徐州市中心医院121例腰椎退行性病变患者的临床资料,其中男45例、女76例,年龄40~70(50.8±6.8)岁。根据手术方式的不同分为两...     

腰椎双侧不同椎弓根螺钉固定的生物力学实验研究

目的研究腰椎在不同椎弓根螺钉内固定组合形式下椎体的生物力学特性,为临床腰椎的椎弓根螺钉固定手术选择椎弓根螺钉提供依据。方法首先采用新鲜猪腰椎多节段椎骨标本15例,剔除椎体周围肌肉及软组织等,保持椎间盘、韧带、小关节及椎骨完整。将测试样本分为3组:5例采用万向螺钉坚强固定(A组),5例采用单向螺钉+万向螺钉混合固定(B组),5例采用单向螺钉微动固定(C组)。然后利用万能试验机,施于3 N·m、4 N·m、5 N·m和6 N·m的力偶矩,测量各组标本在4组扭矩下做前屈(flexion,FL)、后伸(posterior extension,EX)、左侧弯(left side bend,LB)和右侧弯(right side bend,RB)时椎体各节段及整体的关节活动度(range of motion,ROM)。结果在4种工况下,万向螺钉坚强固定下腰椎关节活动度最小,单向螺钉微动固定的关节活动度最大;单向螺钉微动固定腰椎在前屈、后伸、左侧弯和右侧弯工况下关节活动度分别为万向螺钉坚强固定的139%、112%、135. 4%和143. 3%;其中坚强固定、微动固定与混合固定的前后弯曲性能无显著性差异。结论椎弓根螺钉内固定组合形式对椎体活动度稳定性和灵活性有影响,万向螺钉坚强固定侧重于要求稳定性强的患者,单向螺钉微动固定能提高左右侧弯的灵活性,可为临床选择合理的手术方案提供理论参考。     

记忆合金椎间融合器对腰椎节段稳定性的生物力学研究

目的 :评价植入记忆合金椎间融合器 (SMAcage)后腰椎节段的即时稳定性。方法 :8具青年男性新鲜尸体脊柱腰 3、4节段标本 ,制成包括正常腰椎、SMAcage和其它 3种不同类型椎间融合器在内的5种状态的试验模型。测试其前屈 ,后伸 ,左右侧屈和左右旋转方向的运动范围 (ROM )。结果 :植入SMAcage后各向ROM值分别为完整状态的 66%、84%、65 %和 12 5 %,在前屈和侧屈方向上较正常腰椎的稳定性明显提高 (P <0 .0 0 1) ;后伸方向一致 (P =0 .117) ;旋转方向则降低 (P <0 .0 0 1)。与其它 3种融合器的稳定性相比 ,在前屈、后伸方向一致 (P >0 .0 5 ) ;侧屈方向与 2种方形融合器无明显差别 (P =0 .12 2 ) ,高于螺纹状融合器 (P =0 .0 0 4) ;旋转方向与螺纹状融合器一致 (P =0 .861) ,高于 2种方形融合器(P <0 .0 5 )。结论 :SMAcage具有独特的构型和稳定机制 ,其生物力学稳定性高于一般螺纹状和方椎间融合器。     

单侧双通道内镜下经椎间孔腰椎椎间融合术的研究进展

单侧双通道内镜下腰椎椎间融合术是采用双通道在持续冲洗及内镜直视下行腰椎椎体间减压及融合的手术,具有手术器械简单、操作灵活性强、创伤小、学习曲线相对平缓等优势,常应用于腰椎间盘突出、椎管狭窄及腰椎滑脱等腰椎退行性疾病。随着该术式在脊柱疾病中的广泛应用,一些潜在的优势及不足也逐渐被发现。单侧双通道内镜下腰椎椎间融合术的手术入路有两种：后路腰椎椎体间融合术（PLIF）和经椎间孔腰椎椎体间融合术（TLIF）。目前研究较多的是TLIF,本文就单侧双通道内镜下经椎间孔腰椎椎间融合手术在腰椎退行性疾病中的临床疗效进行阐述。     

单侧椎弓根固定椎体间融合加后外侧融合治疗复发性腰椎间盘突出短期疗效观察

目的：探讨单侧经椎弓根螺钉固定椎体间融合和后外侧融合治疗复发性腰椎间盘突出的有效性。方法：将26例复发性腰椎间盘突出患者随机均分为单侧固定组及双侧固定组;在椎体间融合和后外侧融合的基础上,单侧组仅行手术节段单侧椎弓根固定、双侧组行手术节段双侧固定。对比分析两组患者的手术时间、出血量、住院时间、医疗费用,以及术前和术后1个月视觉模拟（VAS）评分及Os-westry Disability Index（ODI）评分。结果：单侧固定组手术时间、出血量、住院时间和医疗费用均低于双侧固定组（P〈0．05）。两组手术后VAS评分及ODI评分均较术前有明显改善（P〈0．05）,两组之间术前或术后VAS评分及ODI评分比较,差异无统计学意义（P〉0．05）。结论：单侧椎弓螺钉固定椎体间融合和后外侧融合治疗复发性腰椎间盘突出的临床疗效与双侧固定临床疗效相似,但是单侧固定减少了手术时间、出血量、住院时间及医疗费用,减少了内植物置入时的风险。     

后路椎弓根内固定椎体间融合术治疗腰椎滑脱症

目的:探讨后路椎弓根内固定椎间融合术治疗腰椎滑脱症的方法和疗效.方法:选择症状较为典型的腰椎滑脱症病例118例,采用RF椎弓根内固定及后路椎体间融合技术治疗腰椎滑脱症.结果:本组118例患者全部获得随访,随访时间6～30个月,平均24个月,滑脱复位率89.8%(106/118),椎体间融合率91.5%(108/118),无再滑脱现象.所有患者症状均有所缓解.无严重并发症发生.结论:RF椎弓根内固定椎体间融合术可直接复位滑脱椎体,即刻稳定病变节段,增加椎间孔截面积间接扩大侧隐窝而缓解对神经根的卡压,提高融合率.     

TLIF结合椎弓根钉内固定治疗峡部崩裂型腰椎滑脱症

目的：探讨经腰椎间孔入路腰椎体间植骨融合术治疗腰椎滑脱症的有效性及安全性。方法：手术治疗腰椎滑脱症12例。采用腰椎后正中切口,行相应节段椎弓根复位内固定,经单侧腰椎间孔入路腰椎体间植骨融合（TLIF）,并使用2枚钛网或单独进行自体髂骨植骨。术后随访观察椎体间植骨融合情况及临床效果,按JOA评分进行疗效评价。结果：全部患者切口一期愈合,无神经根损伤、椎间隙感染和脑积液漏等并发症。12例均获随访,随访时间7～17月,平均12个月。无1例发生内固定物松动移位或断裂,椎间隙高度无丢失。骨融合率为100%,疗效优良率91.6%。结论：TLIF结合椎弓根钉复位内固定治疗腰椎滑脱症是一种有效及安全的手术方式。     

Biomechanical Analysis of Fusion Segment Rigidity Upon Stress at Both the Fusion and Adjacent Segments: A Comparison between Unilateral and Bilateral Pedicle Screw Fixation

Purpose

The purpose of this study was to investigate the effects of unilateral pedicle screw fixation on the fusion segment and the superior adjacent segment after one segment lumbar fusion using validated finite element models.

Materials and Methods

Four L3-4 fusion models were simulated according to the extent of decompression and the method of pedicle screws fixation in L3-4 lumbar fusion. These models included hemi-laminectomy with bilateral pedicle screw fixation in the L3-4 segment (BF-HL model), total laminectomy with bilateral pedicle screw fixation (BF-TL model), hemi-laminectomy with unilateral pedicle screw fixation (UF-HL model), and total laminectomy with unilateral pedicle screw fixation (UF-TL model). In each scenario, intradiscal pressures, annulus stress, and range of motion at the L2-3 and L3-4 segments were analyzed under flexion, extension, lateral bending, and torsional moments.

Results

Under four pure moments, the unilateral fixation leads to a reduction in increment of range of motion at the adjacent segment, but larger motions were noted at the fusion segment (L3-4) in the unilateral fixation (UF-HL and UF-TL) models when compared to bilateral fixation. The maximal von Mises stress showed similar patterns to range of motion at both superior adjacent L2-3 segments and fusion segment.

Conclusion

The current study suggests that unilateral pedicle screw fixation seems to be unable to afford sufficient biomechanical stability in case of bilateral total laminectomy. Conversely, in the case of hemi-laminectomy, unilateral fixation could be an alternative option, which also has potential benefit to reduce the stress of the adjacent segment.     

可扩张套管下椎弓根内固定后路椎体间融合术治疗腰椎退变性疾病

目的:评价可扩张套管下椎弓根内固定后路椎体间融合术(PLIF)治疗腰椎退变性疾病的临床疗效.方法:前瞻性对比研究2010年9月至2011年10月采用可扩张套管下椎弓根内固定PLIF技术(微创组)和传统PLIF手术(传统组)治疗的腰椎退变性疾病患者(分别为12例和22例)的手术时间、出血量、术后引流量、术前、术后ODI评分和椎间融合率,并对两组手术疗效进行评价.结果:微创组与传统组比较,术中出血量、术后引流量均明显减少(P＜0.05);两组间椎间融合率无明显差异,临床疗效满意.微创组术后康复时间明显短于传统组(P＜0.05).结论:可扩张套管下椎弓根内固定后路椎体间融合术治疗腰椎退行性疾病,具有切口小、出血少、软组织损伤轻以及术后恢复快等优点,可取得与传统开放手术同样的疗效,值得临床推广应用.     

后路椎间融合术后全腰椎模态分析

目的研究日常生活中振动环境对后路椎间融合术患者的影响。方法建立正常全腰椎和固定L4～5节段全腰椎有限元模型,在L1上终板添加40 kg质量点,并进行模态分析。结果与正常全腰椎相比,后路椎间融合术后全腰椎的各阶共振频率均降低,对应振型的主运动也发生改变;术后模型第1、2阶固有频率分别为2.94、3.81Hz,均接近日常生活中的振动频段;在前3阶振型中,术后模型L2和L3节段后部单元振幅均增大,增大了该部位术后退变的风险,L3～4节段椎间盘振幅明显增大,特别是该椎间盘靠近L3节段的部分,可能会增大其应力和应变,进而加速其退变。结论基于后路椎间融合术后腰椎的模态分析,研究融合术后腰椎振动特性的变化,为术后患者恢复和健康生活提供一定理论指导。     

椎弓根固定加360°融合治疗腰椎滑脱的疗效观察

目的：探讨后路腰椎管减压、短节段椎弓根固定系统复位固定和360°融合治疗腰椎滑脱症的疗效。方法：对25例腰椎滑脱患者进行腰椎管减压、短节段椎弓根固定系统复位固定和360°融合术治疗。其中Ⅰ度滑脱5例，Ⅱ度滑脱17例，Ⅲ度滑脱3例。L3滑脱3例，L4滑脱16例，L5滑脱6例。峡部裂性滑脱21例，退变性滑脱4例。结果：全部病例均获随访，随访时间6～18月，平均11月。25例术后症状均消失，X片显示完全复位11例，部分复位10例，未复位4例。1例术后出现健侧神经症状，经保守治疗1周后消失；2例出现脑脊液漏，对症处理后愈合。植骨均愈合，无内固定松动、Cage下沉及移位。根据Steffe方法评定临床结果，优13例、良8例，优良率84％。结论：后路腰椎管减压、短节段椎弓根固定系统复位固定和360°融合治疗腰椎滑脱症的疗效满意。     

椎间植骨椎弓根内固定治疗腰椎退行性病变

目的：观察腰椎板切除减压、自体椎间植骨融合椎弓根内固定治疗腰椎退行性病变的近期临床疗效。方法：采用腰椎板切除减压、自体椎间植骨融合椎弓根内固定治疗腰椎退行性病变患者23例,其中腰椎管狭窄症12例,腰椎滑脱7例（均为Meyerding Ⅰ度）,腰椎节段不稳4例。随访观察近期临床疗效、椎间隙高度及融合率。结果：23例获得随访,时间5—38个月,平均16个月。按照改良Macnab法疗效评定标准,优15例,良7例,可1例,优良率96％。术后3～8个月（平均5个月）X线示椎体间植骨融合,融合率100％,无高度及复位丢失。椎间隙高度增大3．6mm,腰椎前凸角增大6．2°。结论：椎间植骨融合椎弓根内固定,有效恢复脊柱生理弧度及椎间隙高度,达到即时稳定,椎间植骨融合率高,临床疗效满意。