腰椎减压对不同程度退变椎间盘应力分布影响的有限元分析

研究背景 大量的生物力学研究均证实腰椎疾患行减压、植骨融合后均导致其生物力学性能改变,促使相邻节段的退变加速；然而,却少有文献探讨腰椎减压手术对相邻退变椎间盘的生物力学性能的影响。 研究目的 探讨单侧椎板开窗髓核摘除和后路全椎板减压术对相邻上方节段不同程度退变椎间盘髓核和纤维环基质的应力分布影响。 研究方法 以三维有限元法建立L3-L4椎间盘不同程度退变的腰椎节段(L3-L5)正常模型,L4-L5节段单侧椎板开窗髓核摘除模型和后路全椎板减压模型。按照离体实验测试方法,将L5椎体下终板固定,在L3椎体上终板施加400N的轴向加压力和三个主要解剖平面上的10Nm的纯扭矩,模拟标本的前屈、后伸、左右侧弯和左右旋转运动。记录L3-L5节段的运动范围变化和L3-L4不同程度退变椎间盘的髓核和纤维环基质的von Mises应力变化。研究结果 当L3-L5节段正常时,与L3-L4健康椎间盘相比,轻度退变椎间盘的运动范围(range of motion,ROM)增加,中度和重度退变时则减少。左侧开窗髓核摘除术引起左侧弯ROM增加；后路全椎板减压术致前屈时ROM增加；两种手术方式均致轴向旋转ROM增加。髓核内von Mises应力值在椎间盘轻、中度退变时增加,重度退变时下降,但行全椎板减压时仍高于健康髓核内应力。纤维环基质von Mises应力值在轻度退变的椎间盘中增加,左侧开窗髓核摘除术导致左侧弯时应力值增加,全椎板减压术后轴向旋转时应力增加值明显高于左侧椎板开窗。 结论 建立不同程度退变腰椎间盘模型有助于了解不同减压手术对退变椎间盘的应力分布影响,对临床工作有一定的帮助。