脊柱微创治疗脊髓型颈椎病的有限元生物力学分析及精准化运动康复方案

背景:内镜下椎板开窗减压术导致颈椎骨性结构改变,进而引起责任节段生物力学变化,临床术后康复亟需了解该结构变化引起的生物力学变化,从而建立精准化运动康复方案。目的:应用有限元逆向工程技术建立针对治疗脊髓型颈椎病的三维实体有限元模型,并建立颈椎生理活动下静态的生物力学分析,制定术后精准化运动康复训练对策。方法:获得志愿者颈椎术前及2次手术后的CT薄层平扫数据,分别导入Mimics 20.0软件中,应用术前CT资料建立C4-5节段骨性组织有限元模型M,应用第1次术后CT资料建立单侧C4-5椎板开窗减压术后模型M1,应用第2次术后CT资料建立双侧C4-5椎板开窗减压术后模型M2。将3种骨性模型导入3-matic中进行曲面构建,在C4椎体上表面施加75 N轴向向下压力,记录不同工况下椎间盘受力和椎体位移值。结果与结论:(1)与模型M比较,模型M1右侧弯活动下的椎间盘b、d区域应力增高10%-12%,其他工况下的椎间盘应力无明显差异;模型M2右侧弯活动下的b、d区域压力值增高10%-13%,左侧弯活动下的a、c区域椎间盘压力值增高9%-11%,其他工况下的椎间盘压力值无明显差异;(2)与模型M比较,模型M1右侧弯活动下的位移增加约15%,其他工况下的位移约增高13%;模型M2左右侧弯活动下的位移变化均增加约17%,其他工况下的位移约增高14%;(3)结果提示,全内镜下椎板开窗减压手术治疗脊髓型颈椎病对脊柱整体的生物力学稳定性影响较小,可根据术后骨性结构变化引起的生物力学变化制定精准化运动康复方案:对于单侧术后患者需着重训练手术侧颈半棘肌和头半棘肌,对于双侧术后患者需再训练双侧颈半棘肌和头半棘肌等肌肉组织,从而增加颈椎后方的肌肉强度,通过肌肉力量使颈椎更好地处于中轴线上,达到稳定颈椎目的。