寰椎椎板钩枢椎椎弓根螺钉加钛缆治疗小儿寰枢椎脱位的疗效观察

目的 评估后路寰椎椎板钩枢椎椎弓根螺钉加钛缆固定治疗小儿寰枢椎脱位的手术治疗方法,讨论小儿寰枢椎脱位的诊断及治疗.方法 对7例寰枢椎脱位伴齿突骨折的患儿行后路寰椎椎板钩枢椎椎弓根螺钉加髂骨植骨钛缆固定术.术前均行X线片、CT等影像学检查;术中在直视下行寰椎置椎板钩,枢椎椎弓根螺钉,钛棒连接,复位,髂骨植骨钛缆固定.术后颈托固定1个月.结果 所有螺钉均成功置入,复位固定满意,植骨全部融合,无鹅颈等发育性畸形出现.结论 后路寰椎椎板钩枢椎椎弓根螺钉加钛缆固定具有术中复位满意、固定牢靠、融合率高等特点,为寰枢椎脱位患儿治疗提供了一种较好的内固定术式.     

椎弓根螺钉和椎板钩选择性融合治疗胸椎青少年特发性脊柱侧弯的差异

背景：既往的文献多报道用椎板钩或联合椎弓根螺钉治疗特发性脊柱侧弯或讨论融合节段的选择。目的：比较椎弓根螺钉和椎板钩治疗青少年特发性脊柱侧弯临床疗效的差异,并行影像学评价。方法：选择66例连续观察的青少年特发性脊柱侧弯（胸段主弯、腰段代偿弯）患者,均行后路内固定融合,末端融合到T12或L1椎体。其中32例行椎板钩内固定,34例行椎弓根螺钉内固定,内固定后最少随访2年。结果与结论：椎弓根螺钉组患者内固定后胸段Cobb角矫正程度及腰段Cobb角自发矫正程度明显大于椎板钩组（P〈0.001）。椎板钩组内固定后13例患者冠状面朝左侧失代偿大于20mm（参照C7铅垂线）,而椎弓根内固定组仅4例,差异有显著性意义（P〈0.005）。两组患者均无并发症发生。提示后路选择性融合治疗特发性脊柱侧弯（胸段主弯、腰段代偿弯）,与椎板钩相比,椎弓根螺钉有更好的矫正效果且内固定后冠状面失代偿发生率低。     

椎弓根螺钉和椎板钩选择性融合治疗胸椎青少年特发性脊柱侧弯的差异

背景:既往的文献多报道用椎板钩或联合椎弓根螺钉治疗特发性脊柱侧弯或讨论融合节段的选择。目的:比较椎弓根螺钉和椎板钩治疗青少年特发性脊柱侧弯临床疗效的差异,并行影像学评价。方法:选择66例连续观察的青少年特发性脊柱侧弯(胸段主弯、腰段代偿弯)患者,均行后路内固定融合,末端融合到T12或L1椎体。其中32例行椎板钩内固定,34例行椎弓根螺钉内固定,内固定后最少随访2年。结果与结论:椎弓根螺钉组患者内固定后胸段Cobb角矫正程度及腰段Cobb角自发矫正程度明显大于椎板钩组(P<0.001)。椎板钩组内固定后13例患者冠状面朝左侧失代偿大于20mm(参照C7铅垂线),而椎弓根内固定组仅4例,差异有显著性意义(P<0.005)。两组患者均无并发症发生。提示后路选择性融合治疗特发性脊柱侧弯(胸段主弯、腰段代偿弯),与椎板钩相比,椎弓根螺钉有更好的矫正效果且内固定后冠状面失代偿发生率低。     

后路寰枢椎经关节螺钉结合寰椎椎板钩与寰枢椎椎弓根螺钉固定融合治疗寰枢椎脱位的疗效比较

目的 研究后路寰枢椎经关节螺钉结合寰椎椎板钩与寰枢椎椎弓根螺钉固定融合治疗寰枢椎脱位的疗效。方法 采用回顾性分析方法,研究对象为2017年6月至2019年6月入院的82例寰枢椎脱位患者,按照不同手术方式分为研究组与对照组,各41例。研究组选用后路寰枢椎经关节螺钉结合寰椎椎板钩固定融合治疗,对照组选用寰枢椎椎弓根螺钉固定融合治疗。比较两组患者手术时间、术中出血量、植骨融合率、术前与术后6个月疼痛视觉模拟量表(VAS)评分、颈椎功能障碍指数、颈部僵硬度。结果 研究组手术时间、术中出血量及植骨融合率依次为(124. 06±9. 31) min、(206. 93±31. 62) m L、100%,对照组依次为(131. 52±10. 17) min、(230. 71±32. 44) m L、97. 56%,两组术后植骨融合率无显著差异(P 0. 05),研究组较对照组手术时间更短,术中出血量更少(P 0. 05)。研究组术前、术后6个月VAS评分分别为(6. 87±1. 15)分、(1. 19±0. 48)分,对照组分别为(6. 96±1. 24)分、(1. 26±0. 52)分,两组术后较术前VAS评分明显下降(P 0. 05),两组术后VAS评分差异无统计学意义(P 0. 05)。研究组术前、术后6个月颈椎功能障碍指数评分分别为(37. 08±6. 33)分、(9. 36±2. 57),对照组分别为(37. 26±6. 48)分、(9. 52±2. 79)分,两组术后较术前颈椎功能障碍指数更低(P 0. 05),两组术后颈椎功能障碍指数差异无统计学意义(P 0. 05)。研究组术前、术后6个月颈部僵硬轻度分别为68. 29%、17. 07%,重度率分别为29. 27%、0. 00%,对照组术前、术后6个月颈部僵硬轻度分别为75. 61%、19. 51%,重度率分别为24. 39%、0. 00%。两组术后较术前颈部僵硬度更优(P 0. 05),两组术后颈部僵硬度差异无统计学意义(P 0. 05)。研究组手术时间、术中出血量及植骨融合率依次为(124. 06±9. 31) min、(206. 93±31. 62) m L、100%,对照组依次为(131. 52±10. 17) min、(230. 71±32. 44) m L、97. 56%,两组术后植骨融合率无显著差异(P 0. 05),研究组较对照组手术时间更短,术中出血量更少(P 0. 05)。结论 寰枢椎脱位治疗中后路寰枢椎经关节螺钉结合寰椎椎板钩与寰枢椎椎弓根螺钉固定融合均具有显著疗效,但后路寰枢椎经关节螺钉结合寰椎椎板钩固定融合的手术时间更短,术中出血量更少。     

寰枢椎椎弓根螺钉固定融合疗法与后路寰枢椎经关节螺钉结合寰椎椎板钩固定融合疗法治疗寰枢椎脱位的临床疗效比较

目的 比较寰枢椎椎弓根螺钉固定融合疗法与后路寰枢椎经关节螺钉结合寰椎椎板钩固定融合疗法治疗中寰枢椎脱位的临床疗效.方法 采用回顾性分析方式,以2018年1月至2021年1月广安市人民医院入院的74例寰枢椎脱位患者为研究对象,根据治疗方法分为对照组(n=37)与实验组(n=37);对照组行寰枢椎椎弓根螺钉固定融合疗法;实...     

腰椎椎弓根螺钉系统断裂的三维有限元分析

背景：椎弓根螺钉系统已是最为常用的脊柱内固定器械，但其钉棒断裂在临床上仍时有发生。目的：利用三维有限元分析腰椎椎弓根螺钉系统在临床中断裂的并发症，以期提高手术成功率。设计、时间及地点：三维有限元分析，于2007-11／2008—03在南方医科大学珠江医院完成。对象：选择1名成年志愿者，年龄27岁，身高174cm，体质量63k，经X射线检查排除脊柱疾病。方法：建立腰椎椎弓根螺钉系统内固定的三维有限元模型，并分别施加压缩、前屈、后伸、侧屈及旋转5种生理载荷，对比分析不同载荷下螺钉、连接棒的应力分布。主要观察指标：不同载荷下螺钉、连接棒各部分的应力。结果：椎弓根螺钉系统各部分于垂直压缩下的应力远小于前屈、后伸、侧屈及旋转时所受压力。垂直压缩下应力主要集中在螺钉近棒段，而在前屈、后伸、侧屈及旋转时应力主要集中在连接棒上。结论：椎弓根内固定系统设计及类型的选择，术中的规范操作．术后康复活动的指导及保护、适时取出内固定等对预防其断裂均十分重要。     

以三维有限元模型分析短节段腰椎椎弓根螺钉系统固定后螺钉应力的分布

背景:作者未查及生理负荷状态或接近生理负荷状态下下腰椎非融合状态时螺钉应力分布的文献报道.目的:建立L3-5节段二维有限元模型,观察前路L4/5椎弓根螺钉内固定后的应力特点.设计、时间及地点:三维有限元模型的生物力学分析,于2008-01/06在南方医科大学珠汀医院骨科实验室完成.材料:采集1名32岁男性青年自愿者的正常腰椎螺旋CT层厚0.625 mm的连续水平扫描图像.方法:将CT扫描所得的数据以Dicom格式转入计算机,借助Mimics 11.1软件,建立L3～5节段的几何模型.将几何模型转入Simpleware2.1软件,同时将椎弓根螺钉系统以STL格式转入Simpleware软件进行匹配,模拟L4/5椎间椎弓根螺钉内固定,从而建立有限元模型,导入Abaqus 6.51进行分析,在L3上表面施加500 N压力模拟轴向压缩、再施加15 N·m的力矩模拟腰椎前屈、后伸、侧届和旋转等各种生理载荷,观察不同载荷下螺钉的应力分布.主要观察指标:椎弓根螺钉在轴向压缩、前屈、后伸、侧屈和旋转等各种生理载荷下的应力云图和峰值.结果:椎弓根螺钉在下办螺钉钉尾部应力集中明显;在各种加载运动模式中,下方螺钉钉尾部应力值在轴向压缩载荷下最小,在旋转时最大.结论:在模拟正常腰椎活动情况下,仅予以腰椎椎弓根螺钉系统固定情况下,螺钉疲劳断裂的部位易发生在下方螺钉钉尾部,融合相应节段可减少因螺钉应力集中引起的螺钉疲劳断裂.     

枢椎椎弓骨折实施椎弓根螺钉固定术的护理配合

随着枢椎椎弓骨折发生率逐渐增高的趋势,许多学者对枢椎椎弓骨折的损伤机制和分型进行了研究,并提出不同的治疗措施,但对不稳定性骨折的手术方式选择存在不同的看法。椎弓根螺钉固定术治疗枢椎椎弓骨折是一种新技术,具有力学上的巨大优势,使用日渐广泛,但手术过程风险大,熟练的手术配合是手术成功的重要保障之一。2003年12月至2006年6月,本院对17例不稳定性枢椎椎弓骨折患者施行后路椎弓根螺钉内固定术,现将手术护理配合报告如下。     

寰枢椎椎弓根螺钉固定融合治疗寰枢椎不稳

后路手术治疗寰枢椎不稳的方法很多,如Gallie钢丝法、Brooks钢丝法、Apofix椎板钩等,后来随着经寰枢椎侧块关节螺钉(Magerl螺钉)技术的出现,使后路固定技术有了一次大的飞跃,但随着病例数量的增多,Magerl螺钉的一些不足之处逐渐暴露。2002年谭明生等[1]通过对寰椎后弓侧块的解剖研究,提出了在寰椎后弓侧块上行类似椎弓根螺钉固定,克服了Magerl螺钉的不足,迅速成为寰枢椎不稳的后路固定"金标准"手术技术[2]。笔者对15例寰枢椎不稳患者施行寰枢椎椎弓根钉棒/板固定融合治疗,临床效果满意。     

后路经伤椎椎弓根螺钉固定治疗胸腰椎骨折的临床分析

目的分析胸腰椎骨折采用后路经伤椎椎弓根螺钉固定治疗的临床效果。方法选取我科收治的84例胸腰椎骨折患者,随机将其分成对照组与观察组各42例,对照组采用跨伤椎椎弓根螺钉内固定术治疗,观察组采用后路经伤椎椎弓根螺钉固定术治疗,对比两组患者治疗后的临床效果。结果对比两组患者治疗后的椎体前缘高度,观察组明显高于对照组,差异显著(P0.05);对比两组患者治疗后的Cobb's角,观察组明显小于对照组,差异显著(P0.05);对比两组患者治疗后的神经功能分级情况,观察组的改善程度明显优于对照组,差异显著(P0.05);对照组的并发症发生率为14.3%,观察组的并发症发生率4.8%,观察组明显低于对照组,对比差异显著(P0.05)。结论胸腰椎骨折采用后路经伤椎椎弓根螺钉固定治疗的临床效果满意,可明显改善患者的脊髓神经功能,安全性高,值得推广。     

以三维有限元分析两种方法L4／5椎间融合后的螺钉应力

背景：作者未查及使用乏维有限元方法分析椎弓根螺钉内阚定并自体髂召’植骨或椎间融合器植骨后螺钉应力情况的相关报道。目的：在L4～L5节段有限元模型上建立椎弓根螺钉内吲定并椎间双枚椎间融合器置入和椎弓根螺钉内固定并椎间自体髂骨植骨的模型,分析两种不同方法植骨后螺钥的应力分布情况。方法：选择1名健康男性,年龄20岁,借助CT扫描和有限元软件,建立L4-Ls节段的三维有限元模型。在验证有效的模型上建立后路椎弓根乍钉棒系统内固定＋双枚椎间融合器植骨模型（模型A）和后路椎弓根钉棒系统内固定＋椎间自体髂骨植骨有限元模型（模型B）,然后在各模型上分别施加载倚,观察螺钉应力分布情况。结果与结论：建立两种不同后路内固定并植骨融合术式三维有限元模型,在不同载荷情况下,发现模型B螺钉应力值均大于模型A,且差异具有显著性意义（P〈0.05）,差值最大部位为螺钉尾部。结果提示后路椎弓根钉棒系统内固定＋椎间自体骼骨植骨后更容易出现椎弓根螺钉断裂情况。     

以有限元法比较前路腰椎间融合后路关节突关节螺钉/椎弓根螺钉的固定应力

背景:对腰椎前路腰椎间融合后辅助固定的各种关节突关节螺钉的生物力学安全性存在普遍担忧,限制其临床应用,未见文献报道与椎弓根螺钉固定的比较研究.目的:建立L4～5椎前路椎间融合后路分别用双侧椎弓根螺钉、经椎板关节突螺钉及经关节突椎弓根螺钉固定的三维有限元模型,施加相同的负荷和转矩,比较分析3种螺钉和椎间融合器的应力状况.设计、时间及地点:对比观察,于2008-02/2009-01在南方医科大学珠江医院骨科实验室完成.材料:PHILIPS Brilliance64排螺旋CT扫描仪,数据输出DICOM 3.0 格式;Mimics 11.1软件;Simpleware3.1软件;Abaqus6.8软件;Photoshop 7.0软件;DEPUY AcroMed皮质骨螺钉和Zimmer椎间融合器;GSS椎弓根螺钉系统.方法:建立L4～5椎前路椎间融合后路分别用双侧椎弓根螺钉、经椎板关节突螺钉及经关节突椎弓根螺钉固定的三维有限元模型.对3种螺钉固定的有限元模型施加500 N/6 N·m载荷模拟前曲、后伸、左侧弯、左旋运动,用Abaqus 6.8软件比较分析3种螺钉和椎间融合器的应力变化和分布特点.主要观察指标:应力峰值,应力集中区云图.结果:在500 N/6 N·m载荷下,椎弓根螺钉在屈、伸时的应力较两种关节突关节螺钉固定应力小,在侧弯和轴向旋转时较大;两种关节突关节螺钉应力特点相似.在椎弓根螺钉坚强固定时,椎间融合器有应力遮挡现象.结论:在较小的转矩下,前路腰椎间融合后两种关节突关节螺钉固定的安全性和椎弓根螺钉固定相近.使用关节突关节螺钉固定,除减少创伤、节约成本等优点外,还可减少对椎间融合器的应力遮挡效应.     

以三维有限元分析两种方法L4/5椎间融合后的螺钉应力

背景:作者未查及使用三维有限元方法分析椎弓根螺钉内固定并自体髂骨植骨或椎间融合器植骨后螺钉应力情况的相关报道.目的:在L4～L5节段有限元模型上建立椎弓根螺钉内固定并椎间双枚椎间融合器置入和椎弓根螺钉内固定并椎间自体髂骨植骨的模型,分析两种不同方法植骨后螺钉的应力分布情况.方法:选择1名健康男性,年龄20岁,借助CT扫描和有限元软件,建立L4～L5节段的三维有限元模型.在验证有效的模型上建立后路椎弓根钉棒系统内固定+双枚椎间融合器植骨模型(模型A)和后路椎弓根钉棒系统内固定+椎间自体髂骨植骨有限元模型(模型B),然后在各模型上分别施加载荷,观察螺钉应力分布情况.结果与结论:建立两种不同后路内固定并植骨融合术式三维有限元模型,在不同载荷情况下,发现模型B螺钉应力值均大于模型A,且差异具有显著性意义(P < 0.05),差值最大部位为螺钉尾部.结果提示后路椎弓根钉棒系统内固定+椎间自体髂骨植骨后更容易出现椎弓根螺钉断裂情况.     

Effect of osteoporosis on internal fixation after spinal osteotomy: A finite element analysis

Background: Severe kyphotic deformity can affect the quality of life of the elderly and is commonly treated by an osteotomy. Considering that the elderly often suffer from osteoporosis, the safety and efficacy of internal fixation are particularly important. The aim of this study was to analyse the effect of osteoporosis on internal fixation after spinal osteotomy.Methods: One patient with a thoracolumbar kyphotic deformity who underwent spinal osteotomy was included. The CT images of the entire spine were used to construct a finite element model of the spine internal fixation after osteotomy. Material parameters were assigned to osteoporosis and normal bone groups, and the loads were used to simulate different working conditions, including axial compression, flexion, extension and lateral bending.Findings: Compared with normal bone mass, the pressure on osteotomized vertebrae was reduced by 8.32%, 1.92%, 36.79% and 79.80% in mild osteoporosis model during axial compression, flexion, extension and lateral bending, respectively. The pressure on screws and rods was increased in an osteoporosis model under axial compression. During flexion and lateral bending, the pressure on screws was increased but was decreased on rods. The opposite result was found during extension. With the degree of osteoporosis increases, the change of stress is more obvious.Interpretation: Under different bone mass conditions, the distribution patterns of stress in vertebrae, screws and rods were relatively similar. Collectively, the stress levels of vertebral bone were decreased and the stress levels of the screw/rod system were increased in an osteoporosis model compared to a normal bone model. Hence, osteoporosis may increase the risk of fracture and internal fixation failure.     

椎弓根螺钉及融合器应力分布在腰椎滑脱后路骨融合模型的三维有限元分析

背景:目前在脊柱外科的有限元分析多见于正常的腰椎模型,对术后病理状态的模型未见深入研究.目的:建立L4/5滑脱不同融合术式的有限元模型,通过此模型对椎弓根螺钉和融合器上的应力分布及模型稳定性有无显著性差异进行生物力学评价.方法:采集1名腰椎滑脱男性的腰椎螺旋CT数据借助mimics 10.01软件,建立L4/5三维模型.将模型导入abaqus6.51软件,对模型进行网格划分,赋予材料属性.再分别建立椎弓根螺钉和融合器的有限元模型,然后根据临床术式组合成不同后路融合模型.设定边界条件在上述模型上分别施加垂直压缩载荷以及前屈、后伸、左屈、右旋等力矩载荷,并测定各种载荷下椎弓根螺钉、融合器上的应力及模型的位移,结果在SPSS13.0软件上进行统计学分析.结果与结论:①两种模型在各种载荷中应力多集中在椎弓根螺钉与钛棒连接处,轴向压缩载荷下最小,在旋转时最大,融合器应力集中分布在前段及后断.②对比在5种载荷下两种模型位移后路椎体间融合组均小于后外侧融合(P＜0.05).实验建立了L4 椎体滑脱后路不同融合术式的有限元模型,模型加载后的应力分布和位移具有临床意义,椎体间融合的稳定性优于椎弓根螺钉内固定加后外侧植骨融合.     

椎弓根钉棒系统置入复位内固定胸腰段椎体爆裂骨折的椎管形态变化

背景：目前胸腰椎爆裂骨折在椎弓根器械复位固定后观察指标为椎体基本形态的影像学检查,对于复位后椎管形态变化的研究鲜有报道。目的：分析胸腰段椎体骨折予以椎弓根钉棒系统内固定复位治疗后椎管形态变化的规律。方法：对28例胸腰段椎体爆裂骨折予以椎弓根钉棒系统内固定复位的患者进行治疗后随访,所有患者分别于治疗前、治疗后1周,治疗后1年及治疗后2年拍胸腰椎正侧位X射线片,所有患者术前均行伤椎上下椎体的CT断层扫描,其中26例获得了治疗前、治疗后1周,及治疗后1年左右的CT横断扫描影像资料,2例部分影像学资料丢失。先于胸腰椎侧位X射线片上辨别椎体后缘有无骨折块突入椎管,同时观察椎体形态变化;CT横断扫描影像资料上测量椎管正中矢状径表示椎管占位程度。结果与结论：28例侧位X射线片上可看出椎体后缘骨块突入椎管者治疗前有18例（64．2％）,治疗后6例（21．4％）,治疗后1年时2例（7．1％）,至治疗后2年1例（3．5％）;治疗前正中矢状径平均为42．6％（n=28）。有完整随访影像学资料的26例中治疗后CT片正中矢状径平均为75．2％（P〈0．05）,治疗后1年平均正中矢状径为91．2％（n=26）。提示胸腰段椎体爆裂骨折行椎弓根钉棒系统内固定及复位治疗后椎管占位复位作用明显,治疗后远期观察椎管形态基本可恢复正常。     

三维有限元法分析修复体应力变化的应用及前景*

背景：利用三维有限元法的变分原理和加权技术,可将具有复杂形态结构的人类牙齿模型化,有利于了解动态过程中牙体硬组织和修复体的应力分布。目的：综合分析近年来口腔领域的国内外学者对修复体生物力学的三维有限元研究状况,特别是金属基底冠、瓷层厚度、根管预备及充填对牙体应力变化的影响。方法：由第一作者应用计算机检索1993年4月至2012年9月PubMed数据库及2001至2008年中文期刊全文数据库、维普数据库有关三维有限元法分析金属基底冠、瓷层厚度、根管预备及充填方式对牙体应力变化影响的文章,英文检索词为”porcelain-fused-to-metal, finite element method, stress analysis, root canal”,中文检索词为“烤瓷熔附金属全冠,三维有限元法,应力分析,根管”。排除重复性研究及Meta分析,共保留40篇文献进行综合分析。结果与结论：三维有限元法在口腔医学中对建立高真实度和精确度的模型有着重要的意义,因此对牙体的根管治疗和治疗后修复提供了有效的生物力学信息。有关牙体与修复体在应对咀嚼作用时的应力分布在不断地探索与研究。文章总结了口腔领域国内外学者利用有限元法分析桩核冠修复体的应力变化,为将来进一步的研究提供了参考和借鉴。结果显示,三维有限元法能够建立具有非线性,各向异性等生物力学特征的三维有限元模型,能够逐渐完善其从静态分析到动态分析的转变,以真正达到精确模拟口腔生物学形态及牙齿咀嚼功能的目的。     

三维有限元法分析修复体应力变化的应用及前景

背景：利用三维有限元法的变分原理和加权技术,可将具有复杂形态结构的人类牙齿模型化,有利于了解动态过程中牙体硬组织和修复体的应力分布。目的：综合分析近年来口腔领域的国内外学者对修复体生物力学的三维有限元研究状况,特别是金属基底冠、瓷层厚度、根管预备及充填对牙体应力变化的影响。方法：由第一作者应用计算机检索1993年4月至2012年9月PubMed数据库及2001至2008年中文期刊全文数据库、维普数据库有关三维有限元法分析金属基底冠、瓷层厚度、根管预备及充填方式对牙体应力变化影响的文章,英文检索词为”porcelain-fused-to-metal, finite element method, stress analysis, root canal”,中文检索词为“烤瓷熔附金属全冠,三维有限元法,应力分析,根管”。排除重复性研究及Meta分析,共保留40篇文献进行综合分析。结果与结论：三维有限元法在口腔医学中对建立高真实度和精确度的模型有着重要的意义,因此对牙体的根管治疗和治疗后修复提供了有效的生物力学信息。有关牙体与修复体在应对咀嚼作用时的应力分布在不断地探索与研究。文章总结了口腔领域国内外学者利用有限元法分析桩核冠修复体的应力变化,为将来进一步的研究提供了参考和借鉴。结果显示,三维有限元法能够建立具有非线性,各向异性等生物力学特征的三维有限元模型,能够逐渐完善其从静态分析到动态分析的转变,以真正达到精确模拟口腔生物学形态及牙齿咀嚼功能的目的。     

Removal of fixation construct could mitigate adjacent segment stress after lumbosacral fusion: A finite element analysis

Background dataCombined usage of posterior lumbar interbody fusion and transpedicular fixation has been extensively used to treat the various lumbar degenerative disc diseases. The transpedicular fixator aims to increase stability and enhance the fusion rate. However, how the fused disc and bridged vertebrae respectively affect adjacent-segment diseases progression is not yet clear.MethodsUsing a validated lumbosacral finite-element model, three variations at the L4–L5 segment were analyzed: 1) moderate disc degeneration, 2) instrumented with a stand-alone cage and pedicle screw fixators, and 3) with the cage only after fusion. The intersegmental angles, disc stresses, and facet loads were examined. Four motion tests, flexion, extension, bending, and twisting, were also simulated.FindingsThe adjacent-segment disease was more severe at the cephalic segment than the caudal segment. After solid fusion and fixation, the increase in intersegmental angles, disc stresses and facet loads of the adjacent segments were about 57.6%, 47.3%, and 59.6%, respectively. However, these changes were reduced to 30.1%, 22.7%, and 27.0% after removal of the fixators. This was attributed to the differences between the biomechanical characteristics of the fusion and fixation mechanisms.InterpretationFixation superimposes a stiffer constraint on the mobility of the bridged segment than fusion. The current study suggested that the removal of spinal fixators after complete fusion could decrease the stress at adjacent segments. Through a minimally invasive procedure, we could reduce secondary damage to the paraspinal structures while removing the fixators, which is of utmost concern to surgeons.