腰椎后方骨融合術和后側(cè)方骨融合術之生物力學分析

摘要

本研究以有限元素法來探討腰椎后側(cè)方骨融合術(posterolateral fusion)及后方骨融合術(posterior fusion)這兩種骨融合術的生物力學變化。

近三十年來，脊椎手術內(nèi)固定器的發(fā)展及技術的進步，使得脊椎病變的治療有明顯的改善。而后側(cè)方骨融合術(posterolateral fusion)及后方骨融合術(posterior fusion)配合脊椎內(nèi)固定器的使用是較常廣泛應用于治療腰椎的不穩(wěn)定。但由于植入補骨和固定器使得腰椎的生物力學行爲遭受改變，因此造成腰椎元件受力分佈不均，甚至經(jīng)過長時間的應力集中作用下，部份臨床病例出現(xiàn)鄰近端的椎間盤加速退化或小面關節(jié)過度增生而造成神經(jīng)壓迫等并發(fā)癥。

材料和方法

本研究是以ANSYS 5.5軟體建立三度空間五節(jié)腰椎有限元素模型，并在L3-L4的運動肢段植入固定器及補骨元素進行分析。并在100 N的垂直力作用下，個別施加10 N-m的前彎(flexion)、后彎(extension)、側(cè)彎(lateral bending)及扭轉(zhuǎn)(torsion)的力矩于L1椎體上，并固定L5椎體下方。而所有模型分成五組，分別爲正常腰椎模型、后側(cè)骨融合模型、后方骨融合模型、后側(cè)骨融合加固定器模型、后方骨融合加固定器模型。

結(jié)果與討論

研究結(jié)果顯示腰椎植入固定器及補骨后，每一組模型的融合肢段L3-L4之間小面關節(jié)皆沒有任何接觸力發(fā)生，但融合肢段之間的椎間盤應力因補骨和固定器的作用下，明顯減少約20%~80%之間。在補骨受力的改變中，其后側(cè)方骨融合的應力值，有固定器和沒有固定器之間，其應力值相差約60%的大小。但后方骨融合在側(cè)彎及后彎，雖然因固定器影響下，補骨的減少應力約70%~80%，卻在前彎及扭轉(zhuǎn)僅有10%的差別。此外，后方骨融合模型的固定器所受負荷在前彎、后彎、扭轉(zhuǎn)模式下，皆較后側(cè)方骨融合的固定器受力來的小，僅有在側(cè)彎的動作下，后側(cè)方骨融合的固定器受力較后方骨融合來的小。而在鄰近肢段的影響，兩種骨融合術的上端椎間盤的應力增加約3%~20%之間，而上端小面關節(jié)的接觸力在扭轉(zhuǎn)和側(cè)彎的動作下，與正常脊椎相比，增加20%~50%，但在前彎及后彎動作下，并沒有明顯差別。

結(jié)論

本研究結(jié)論發(fā)現(xiàn)兩種骨融合術之間，其椎間盤、小面關節(jié)、固定器、補骨等元件，受力分佈都有明顯改變，且鄰近融合處上端的小面關節(jié)和椎間盤的受力皆有明顯增加。但這兩種手術若與正常腰椎的生物力學行爲相比較下，其后側(cè)方骨融合術的所改變的變化會大于后方骨融合術。