改变棒刚度对斜外侧腰椎椎间融合术（OLIF）邻近椎间盘应力的影响 —— 一项有限元分析

为解决 OLIF 术后邻近节段退变问题，研究人员对比不同棒材料的 OLIF 生物力学影响，发现 PCU 棒可减轻影响。

　　腰椎间盘退变引发的腰痛严重影响生活质量，斜外侧腰椎椎间融合术（OLIF）作为一种微创脊柱手术，能有效稳定腰椎结构、缩短手术时间、减少出血并促进术后恢复，患者满意度较高。然而，临床研究发现，OLIF 术后存在邻近节段退变（ASD）的问题，这主要是由于融合节段相邻水平的应力集中所致，其发病率在影像学上为 7.1% - 100%，有症状的邻近节段疾病发病率为 5.2% - 18.5%。此前研究表明，OLIF 手术中金属椎弓根螺钉和棒的固定会导致邻近节段 ROM（活动度）和椎间盘应力增加，而目前多数融合器材料已改为聚醚醚酮（PEEK），降低了其刚度。半刚性棒在临床应用中显示出一定优势，如聚碳酸酯聚氨酯（PCU）棒在 Dynesys 系统中成功用于临床治疗，能保留邻近运动节段。为探究降低刚度的棒在 OLIF 手术中对腰椎，尤其是邻近椎间盘的影响，来自国立阳明交通大学等机构的研究人员开展了相关研究，该研究成果发表在《BMC Musculoskeletal Disorders》上。

研究人员运用有限元分析方法，借助 ANSYS 2021 软件构建了经过验证的 L1 - L5 腰椎三维有限元模型，该模型涵盖了骨韧带结构、椎间盘、终板、后部骨元件以及七条韧带。在此基础上，模拟了 OLIF 手术模型，分别添加钛合金（Ti - alloy）、镍钛合金（Ni - Ti alloy）和聚碳酸酯聚氨酯（PCU）三种不同材料的棒，同时设置了完整模型（INT）作为对照。在边界和加载条件设定上，完全约束 L5 椎体下表面，对 L1 椎体上表面施加 150N 轴向载荷以及不同方向的弯矩（屈曲 21°、伸展 12°、侧弯 11°、旋转 15°）。研究重点评估了手术节段 L3 - L4 和邻近节段 L2 - L3 的 ROM、椎间盘应力和关节突关节接触力（FCF）。

ROM 比较结果显示，植入钛棒（OLIF_Ti 和 OLIF_NiTi）后，手术节段 ROM 显著降低至少 40%，同时 OLIF_Ti 和 OLIF_NiTi 模型中邻近节段 L2 - L3 的 ROM 增加了 7% - 20%。而植入 PCU 棒后，邻近节段 L2 - L3 的 ROM 增加较少，在屈伸方面，OLIF_PCU 模型与 INT 模型相近。

邻近椎间盘应力比较发现，在屈伸状态下，OLIF_PCU 模型与 INT 模型几乎相同。植入钛棒后，OLIF_Ti 和 OLIF_NiTi 模型的邻近椎间盘应力比 INT 模型至少增加 12%，而 OLIF_PCU 在屈伸时不会导致邻近节段 L2 - L3 应力升高。在扭转时，OLIF_PCU 模型的邻近椎间盘应力高于 INT 模型，但远低于 OLIF_Ti 和 OLIF_NiTi 模型。

邻近节段 L2 - L3 关节突关节力比较表明，在伸展状态下，OLIF_PCU 模型的接触力与 INT 模型基本相同，而 OLIF_Ti 和 OLIF_NiTi 模型分别至少增加 25% 和 22%。在旋转时，OLIF_PCU 模型的接触力比 INT 模型高 14%，但仍低于 OLIF_Ti（增加 37%）和 OLIF_NiTi（增加 34%）模型。

整个植入腰椎的应力分布显示，在屈伸时，钛合金模型吸收更多应力，而植入 PCU 棒后，后部骨元件的应力分布减少，更接近 INT 模型。

研究结论指出，OLIF 手术中棒的材料与邻近节段的变化相关。添加钛或镍钛合金棒会导致手术节段 ROM 大幅降低，进而引起邻近节段椎间盘应力和关节突关节接触力增加。更换为 PCU 棒后，屈伸时产生的上位椎间盘应力和关节突关节接触力接近完整脊柱。这意味着与钛合金棒相比，使用 PCU 棒的 OLIF 手术能最大程度减轻腰椎融合术后对邻近节段的影响。

不过，该研究也存在一定局限性。模型未构建肌肉和软组织，导致模型加载值低于人体正常生理运动范围；植入模型中的椎弓根螺钉未考虑螺纹，融合装置的齿也未纳入考虑，且假设完全融合，主要关注植入物术后整体结构刚度和对邻近节段的影响。尽管如此，该研究为临床选择合适的 OLIF 手术棒材料提供了重要的理论依据，有助于减少术后邻近节段退变的发生，推动脊柱外科手术的发展。未来研究可进一步完善模型，考虑更多生理因素，以更准确地评估不同棒材料在 OLIF 手术中的效果 。