不同入路经皮内窥镜下关节成形术对椎间盘生物力学影响的三维有限元分析

目的:通过三维有限元法分析经皮内窥镜下L4下关节突成形术与L5上关节突成形术对椎间盘生物力学的影响。方法:选取1例健康青年男性志愿者,对其进行薄层螺旋CT扫描,建立正常的L3～L5三维有限元模型,将上述有限元模型与经典文献数据进行验证。验证后,模拟腰椎经皮内窥镜技术分别于侧后方入路对L5上关节突与后方入路对L4下关节突做直径7.5mm的圆柱状骨切除以模拟椎间孔成形,从而获得正常模型、L5上关节突成形模型(A模型)和L4下关节突成形模型(B模型)3种模型。在L3椎体上表面向终板施加负荷为400N的垂直于水平面压力模拟正常人腰椎承载重力,在前屈、后伸、左右侧弯、左右旋转的方向上分别施加7.5N·m的纯扭矩,比较3种模型在前屈、后伸、左右侧曲、左右旋转状况下L3/4、L4/5椎间盘应力变化情况。结果:A模型前屈、后伸、左侧屈、右侧屈、左旋、右旋状态下L4/5椎间盘的最大应力分别为0.390MPa、0.520MPa、0.450MPa、0.430MPa、0.510MPa和0.498 MPa;B模型前屈、后伸、左侧屈、右侧屈、左旋、右旋状态下L4/5椎间盘的最大应力分别为0.375MPa、0.490MPa、0.440MPa、0.420MPa、0.482MPa和0.478MPa。A模型前屈、后伸、左侧屈、右侧屈、左旋、右旋状态下L3/4椎间盘的最大应力分别为0.369MPa、0.480MPa、0.442MPa、0.432MPa、0.468MPa和0.452MPa;B模型前屈、后伸、左侧屈、右侧屈、左旋、右旋状态下L3/4椎间盘的最大应力分别为0.368MPa、0.478MPa、0.436MPa、0.430MPa、0.465MPa和0.444MPa。结论:腰椎经皮内窥镜技术下,侧后入路L5上关节突成形较后方入路L4下关节突成形对L4/5椎间盘在后伸、旋转状态下的生物力学影响较大。两者对邻近节段L3/4椎间盘的应力变化的影响较小。

Three dimensional finite element analysis of the biomechanics influence of L4 inferior articular process and L5 superior articular process foraminoplasty under percutaneous endoscopy on the intervertebral disc