斜外侧椎间融合联合单侧椎弓根钉棒固定术的三维有限元分析

目的:运用三维有限元分析法验证斜外侧椎间融合术(oblique lateral interbody fusion,OLIF)辅助单侧椎弓根钉棒固定能否为相应单一融合固定节段提供足够的椎间稳定性.方法:在健康人L3～S1节段CT扫描数据的基础上,利用Mimics、Geomagic、3-Matic软件建立L3～S1三维有限元模型,设定为正常对照组(M0),以此为基础联合使用Freeform等软件分别建立L4/5节段OLIF单纯融合固定(Stand alone)模型(M1)、OLIF辅助单侧椎弓根钉棒固定(Wiltse入路)模型(M2)、OLIF辅助双侧椎弓根钉棒固定(Wiltse入路)模型(M3).设定500N预载荷作用于L3顶端,再施加10N·m的力矩模拟脊椎直立、前屈、后伸、侧屈及旋转等生理活动,按上述加载条件作用于M0,对模型有效性性进行验证,同时按相同加载条件作用于各有限元模型,观察各有限元模型不同工况下L4/5节段相对活动度(ROM)、椎间融合器和椎弓根钉棒应力分布状况,记录最大应力值.结果:通过与文献数据比较,本有限元模型L4/5节段ROM在不同运动状态下与前人研究结果相近,证明本模型具备有效性.4组有限元模型前屈、后伸、左右侧弯、左右旋转运动状态下ROM值由小到大排序为M3、M2、M1、M0.M2相比M0、M1能较好地控制前屈和后伸,M2的ROM相比M0前屈后伸时变化幅度分别为75.43％、85.20％,相比M1变化幅度分别为58.88％、70.39％.M3相比M2前屈和后伸时稳定性亦较好,M3的ROM相比M2前屈后伸时变化幅度分别为25.55％、25.33％.除外变化幅度差异较小的右侧弯和右旋转状态,M2较M0的ROM变化幅度远大于M2与M3之间ROM的变化幅度.M2相较M0各工况下ROM变化幅度为14.08％～85.20％,M2相较M3各工况下ROM变化幅度为16.44％～25.55％.椎间融合器应力值方面,除直立时M2应力峰值略高于M1,其余运动状态下OLIF各手术组融合器应力峰值随着附加椎弓根钉棒数量的增加而表现出一定的下降趋势,这种趋势以后伸时表现最明显,幅度变化为109.14％.钉棒应力峰值方面,M2钉棒应力峰值除右侧弯时明显低于M3,左侧弯时略低于M3,其余运动状态下其钉棒应力峰值均高于M3,二者应力差异以右侧弯和后伸时较大,M2较M3分别变化-33.09％和76.79％.三组模型钉棒及椎间融合器应力峰值均远未达到其屈服强度.结论:OLIF联合单侧椎弓根钉棒固定模型可以为相应融合固定节段提供足够的椎间稳定性.