AxiaLIF手術(shù)路徑的影像解剖學(xué)測量及軸向融合器的生物力學(xué)研究.pdf

1、背景：經(jīng)骶前軸向腰5/骶1椎間融合術(shù)（AxiaLIF）是一種全新的手術(shù)方式，近年來已經(jīng)開始在臨床應(yīng)用，初步結(jié)果顯示其臨床療效優(yōu)良。經(jīng)骶前AxiaLIF 入路的相關(guān)解剖學(xué)國外已有研究，國內(nèi)也對(duì)國人骶前間隙解剖及手術(shù)入路的安全性進(jìn)行了解剖學(xué)研究及影像測量。但有關(guān)AxiaLIF的解剖研究均只涉及腰5/骶1節(jié)段的融合，并且這些解剖學(xué)研究均未考慮融合器的實(shí)際大小及其在腰骶椎的位置，所以與臨床實(shí)際運(yùn)用有一定差距。臨床實(shí)踐中有些病人同時(shí)合并有腰4/5

2、和腰5/骶1的病變，需要從腰4 融合至骶1，目前國內(nèi)外對(duì)于軸向融合器同時(shí)融和腰4/5及腰5/骶1的手術(shù)入路尚未見研究報(bào)道。因現(xiàn)今對(duì)軸向融合器的基礎(chǔ)研究并不完善，且臨床應(yīng)用時(shí)間短，遠(yuǎn)期療效尚不明確。因此，全面的生物力學(xué)評(píng)價(jià)，特別是明確其的生物力學(xué)優(yōu)勢(shì)，對(duì)臨床預(yù)后的判斷以及微創(chuàng)腰椎融合術(shù)技術(shù)的發(fā)展皆有顯著意義。本研究通過對(duì)AxiaLIF 軸向融合器手術(shù)入路的影像解剖學(xué)測量及融合器的全面生物力學(xué)研究，分析AxiaLIF 軸向融合器的臨床應(yīng)用的

3、可行性。
　　 目的：1.探討經(jīng)骶骨前軸向腰5/骶1椎間融合術(shù)的最佳手術(shù)路徑。2.探討經(jīng)骶骨前軸向椎間融合術(shù)是否能夠同時(shí)融合腰4/5和腰5/骶1節(jié)段。3.通過三維有限元軟件建立正常人腰骶椎三維有限元模型，并對(duì)模型進(jìn)行有效性驗(yàn)證。4.利用三維有限元方法，通過與其它腰5/骶1椎間融合模型的比較研究，評(píng)價(jià)軸向融合器的生物力學(xué)性能并為其臨床應(yīng)用提供依據(jù)。
　　 方法：1．對(duì)40例受試者進(jìn)行腰骶椎的MRI 檢查，取其正中矢狀位MR

4、I 圖像進(jìn)行測量，設(shè)定L5/S1椎間盤中心(A)、S1/2 間隙前緣（B）、骶骨角(C)、尾骨尖(D)4個(gè)點(diǎn)為測量標(biāo)志，選取相互連接的5 條線AB、AC、AD、BC、BD作為手術(shù)入路的參考線。
　　 測量各條手術(shù)入路參考線距離腰5、骶1椎體前后緣的距離，分析各條手術(shù)入路參考線的安全性。2.對(duì)40例受試者進(jìn)行腰骶椎的MRI 檢查，取其正中矢狀位MRI 圖像進(jìn)行測量，設(shè)定L4/5中心（A）、L5/S1中心(B)、S1/2 間隙前緣（

5、C）、骶骨角(D)、尾骨尖(E)5個(gè)點(diǎn)為測量標(biāo)志，選取其相互連接的9 條線即：AB、AC、AD、AE、BC、BD、BE、CD、CE 九條線作為手術(shù)入路的參考線。測量各條手術(shù)入路參考線距離腰4、腰5、骶1椎體前后緣的距離，分析各條手術(shù)入路參考線的安全性。3.選取一名健康成年男性，行薄層CT 掃描，利用Mimics 10.0、Geomagic Studio 9.0、和Ansys 11.0有限元分析軟件建立正常人腰骶椎（L 4-S5）模型。對(duì)

6、模型施加500N 預(yù)載荷，及10Nm扭矩，計(jì)算腰5/骶1節(jié)段前屈、后伸、側(cè)屈和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的活動(dòng)范圍，并將結(jié)果與文獻(xiàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證模型有效性。4.在正常腰骶椎模型基礎(chǔ)上，建立正常腰骶椎模型組，單純軸向融合器固定組，軸向融合器固定加螺釘固定組，單融合器固定組，單融合器固定加螺釘固定組，雙融合器固定加螺釘固定組六種模型。對(duì)各模型施加500N的預(yù)載荷和10Nm 扭矩，在腰骶椎前屈、后伸、左右側(cè)屈及左右旋轉(zhuǎn)六種工況下計(jì)算腰5/骶1節(jié)段的活動(dòng)范圍

7、、融合器的應(yīng)力及椎弓根螺釘?shù)膽?yīng)力。
　　 結(jié)果：1.40個(gè)病例的AB 線和AC 線都滿足安全性要求。若沿AB 線為入路，皮膚切口過于靠近頭側(cè)，會(huì)導(dǎo)致手術(shù)入路偏離中線很多。AC 線是滿足安全性比較理想的手術(shù)入路參考線。39個(gè)病例的AD 線能滿足安全性要求，但AD 線的皮膚穿刺點(diǎn)靠近肛門，所以同等條件下AC 線優(yōu)于AD 線。BC 線和BD 線分別有70％和45％的受試者能夠滿足本研究設(shè)定的安全性要求。2.按嚴(yán)格設(shè)定的安全條件，有20

8、個(gè)受試者至少能找到一條手術(shù)入路參考線融合L4/5、L5/S1，路徑是AE 線或CE 線，另20個(gè)受試者無法通過骶骨前入路安全地融合L4/5、L5/S1。根據(jù)寬松設(shè)定的安全條件，有36個(gè)受試者至少能找到一條手術(shù)入路參考線融合L4/5、L5/S1，路徑是AC、AD、AE 或CE線，其中AE 線成功的可能性最大，AC 線次之。另有4個(gè)受試者無法通過骶骨前入路安全地融合L4/5、L5/S1。3.建立了正常腰骶椎三維有限元模型，包括134837個(gè)

9、節(jié)點(diǎn)，375391個(gè)單元；模型腰5/骶1節(jié)段在前屈、后伸、側(cè)屈及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)四種工況下腰5/骶1活動(dòng)范圍與文獻(xiàn)結(jié)果一致。4.單軸向融合器模型、單融合器模型較正常人模型位移減小，單軸向融合器置入模型位移小于單融合器模型。單軸向融合器加螺釘模型、雙融合器加螺釘模型位移相近，都較正常人模型位移大幅度減少，穩(wěn)定性大幅度提高。并較單軸向融合器模型位移減少，穩(wěn)定性進(jìn)一步提高。軸向融合器加螺釘模型融合器應(yīng)力峰值與雙融合器加螺釘模型融合器應(yīng)力峰值相近，都較

10、單軸向融合器模型融合器應(yīng)力峰值大幅度減少。且單軸向融合器模型及軸向融合器加螺釘模型中軸向融合器總體應(yīng)力均較小，以椎間融和部為中心，上下2-3個(gè)螺紋內(nèi)局部應(yīng)力較高，應(yīng)力峰值最高值均位于軸向融合器注射孔上下第一個(gè)螺紋內(nèi)。三種模型的椎弓根螺釘應(yīng)力最集中的區(qū)域均位于釘棒連接處。軸向融合器加椎弓根螺釘模型螺釘應(yīng)力高于雙融合器加椎弓根螺釘模型，但較單融合器加椎弓根螺釘模型螺釘應(yīng)力減少。
　　 結(jié)論：1．所有受試者均能夠安全地進(jìn)行AxiaLI

11、F 手術(shù)，植入融合器；AC 線是比較理想的手術(shù)入路參考線，能夠滿足所有受試者的要求；而BC 線并不適用于所有的受試者，部分受試者存在融合器穿出椎體的可能。2.約有一半以上的人可以找到一條合適的AxiaLIF 手術(shù)入路參考線來同時(shí)融合腰4/5和腰5/骶1節(jié)段，另有少數(shù)的人則無法找到一條合適的AxiaLIF 手術(shù)入路參考線來同時(shí)融合腰4/5和腰5/骶1節(jié)段。3.正常人腰骶椎三維有限元模型在前屈、后伸、側(cè)屈及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)四種工況下腰5/骶1節(jié)段腰

12、椎活動(dòng)范圍與文獻(xiàn)結(jié)果一致。驗(yàn)證了模型的有效性，可進(jìn)行臨床與生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)。4.單純軸向融合器置入手術(shù)與后路椎弓根螺釘結(jié)合，穩(wěn)定性能大幅度提高，并與傳統(tǒng)的雙融合器置入加椎弓根螺釘手術(shù)穩(wěn)定性相近，無明顯差異，較單純置入軸向融合器穩(wěn)定性進(jìn)一步提高。單純的軸向融合器置入穩(wěn)定性高于單枚椎間融合器置入,兩者穩(wěn)定性都超過正常模型。軸向融合器加椎弓根螺釘固定模型融合器最大Von Mises 應(yīng)力比單軸向融合器模型應(yīng)力大幅度減少。軸向融合器加螺釘模型的融合

13、器最大Von Mises 應(yīng)力與傳統(tǒng)的雙融合器加椎弓根螺釘模型融合器應(yīng)力相近，都小于單融合器及單融合器加椎弓根螺釘模型的融合器應(yīng)力峰值。單軸向融合器模型融合器最大Von Mises 應(yīng)力大大高于軸向融合器加椎弓根螺釘模型的融合器應(yīng)力。軸向融合器加椎弓根螺釘模型螺釘應(yīng)力高于雙融合器加椎弓根螺釘模型，但較單融合器加椎弓根螺釘模型螺釘應(yīng)力減少。總的來說，無論單純的軸向融合器置入或軸向融合器置入加椎弓根螺釘固定，椎體融合后均能達(dá)到重建椎體融合節(jié)