不同强化策略下骨质疏松胸腰椎后路长节段融合术后近端交界性后凸预防的生物力学研究

目的研究不同强化策略对骨质疏松胸腰椎长节段融合术后患者发生近端交界性后凸(proximaljuncti on kyphosis,PJK)预防的生物力学影响。方法基于人体CT影像数据建立胸腰椎T1-L5长节段有限元模型,结合临床手术方案实施T8~L5长节段后路胸腰椎融合术式(posterior thoracolumbar fusion,PTCF),采用双节段T7&T8骨水泥椎体强化(T7&T8VA)、T6~T9三节段系绳韧带强化(T6-T9TE)和椎体强化与系绳韧带强化联合(VATE)的手术方案,分析轻度和重度骨质疏松患者不同强化策略下近端椎体的力学传递差异、椎间盘的应力分布特征以及椎弓根螺钉系统的承载能力等。结果轻度骨质疏松患者实施PTCF、T7&T8VA、T6-T9TE和VATE手术后,在前屈、后伸、侧弯和旋转时T7锥体最大von Mises应力比分别为1∶0.87∶0.75∶0.64、1∶0.98∶0.35∶0.33、1∶0.96∶0.89∶0.86、1∶0.99∶0.97∶0.95。与PTCF相比,T7&T8VA、T6-T9TE和VATE模型T7/T8椎间盘最大应力在前屈、后伸、侧弯和轴向旋转时分别降低了7.08%、-0.38%、4.42%、-0.67%;27.7%、72.72%、8.97%、0.17%;34.51%、73.61%、12.57%、-0.36%,同时,椎弓根螺钉SCR8最大应力在前屈和旋转时分别增加了2.66%、8.23%、1.80%;1.26%、1.64%、2.72%;在后伸和侧弯时分别减少了3.40%、32.92%、34.06%;4.61%、7.37%、11.07%。在轻度和重度骨质疏松模型中3种强化方式表现出相似的变化趋势,其中联合强化更能有效预防PJK。结论T7&T8VA与T6-T9TE联合强化比单独使用T7&T8VA或单独使用T6-T9TE更能有效预防骨质疏松患者T8-L5后路长节段胸腰椎融合术后的PJK。

儿童颈椎C2~C7节段生物力学特性的有限元研究

研究儿童正常颈椎C2~C7节段的生物力学特性和不同载荷作用下儿童颈椎生物力学特性的变化规律。基于儿童颈椎CT数据,建立两个6岁儿童C2~C7颈椎有限元模型并验证有效性,施加21 N集中力和0.5、1.0、1.5、2.0 N∙m力矩分析不同工况下颈椎的关节活动度(range of motion, ROM)、椎体应力和椎间盘压力的分布特征。结果表明,力矩等值增加时两模型C2~C7颈椎ROM和应力在前屈、后伸、侧弯和旋转工况均呈现非线性增长。21 N集中力和0.5 N∙m力矩下模型1和模型2颈椎C2~C7整体ROM在前屈、后伸、侧弯和旋转时分别为8.3˚、19.07˚、25.14˚、28.2˚和10.91˚、20.08˚、18.92˚、27.61˚,两模型1.0、1.5、2.0 N∙m力矩下较0.5 N∙m时ROM最大分别增加了21.19˚、27.84˚、36.83˚和19.08˚、30.05˚、38.31˚。21 N集中力和0.5 N∙m力矩下模型1和模型2颈椎C2~C7椎体最大应力在前屈、后伸、侧弯和旋转时分别为3.19、11.75、5.93、4.84 MPa和3.96、9.81、6.71、5.89 MPa,两模型1.0、1.5、2.0 N∙m力矩下较0.5 N∙m时应力最大增幅分别为133.54%、203.76%、286.21%和83.33%、138.38%、220.20%。儿童椎间盘应力均为前屈时最小、后伸时最大,椎体与椎间盘应力分布特征与前人研究基本一致。两儿童ROM、应力大小与分布特征相近,儿童C2~C7颈椎ROM大于成人,椎体与椎间盘应力值小于成人,对儿童颈椎病进行预防治疗时应考虑儿童颈椎与成人的差异。