不同腰椎水平融合對鄰近節(jié)段退變影響的三維有限元研究

1、不同腰椎水平融合對鄰近節(jié)段退變影響的三維有限元研究不同腰椎水平融合對鄰近節(jié)段退變影響的三維有限元研究【目的】通過對不同腰椎水平椎間融合后對鄰近節(jié)段生物力學(xué)影響的研究，探討因融合在不同腰椎水平對鄰近節(jié)段退變影響的差異，為臨床行腰椎融合術(shù)時提供指導(dǎo)意義。【方法】運用三維有限元實驗方法，建立脊柱L1-S1含周圍主要韌帶影響的整體有限元模型，模擬在L3/4、 L4/5、L5/S1及L4/L5/S1椎間融合完成后的情況，根據(jù)人體的日?；顒訉δＰ瓦M行加載，使腰段產(chǎn)生屈曲、背伸、側(cè)屈、旋轉(zhuǎn)及側(cè)屈+旋轉(zhuǎn)、背伸+側(cè)屈、屈曲+側(cè)屈、屈曲+旋轉(zhuǎn)復(fù)合運動。觀測不同水平椎間融合后，在腰部各種活動中，鄰近節(jié)段椎間盤和小關(guān)

2、節(jié)綜合應(yīng)力的變化情況?！窘Y(jié)果】1.L3/4融合后，鄰近上節(jié)段椎間盤及小關(guān)節(jié)綜合應(yīng)力分別平均增加6.7%和5.8%，鄰近下節(jié)段椎間盤及小關(guān)節(jié)綜合應(yīng)力分別平均增加2.2%和4.0%。經(jīng)統(tǒng)計學(xué)處理，除鄰近下節(jié)段椎間盤外，融合前后平均綜合應(yīng)力差異顯著（P0.05）。綜合應(yīng)力增加以鄰近上節(jié)段明顯。2.L4/5融合后，鄰近上節(jié)段椎間盤及小關(guān)節(jié)綜合應(yīng)力分別平均增加11.8%和12.6%，鄰近下節(jié)段椎間盤及小關(guān)節(jié)綜合應(yīng)力分別平均增加9.24%和3.8%。經(jīng)統(tǒng)計學(xué)處理，除鄰近下節(jié)段小關(guān)節(jié)外，融合前后平均綜合應(yīng)力差異顯著（P0.05）。綜合應(yīng)力增加以鄰近上節(jié)段明顯。3.L5/S1融合后，鄰近上節(jié)段椎間盤及小關(guān)節(jié)綜

3、合應(yīng)力分別平均增加17.6%和16.4%，經(jīng)統(tǒng)計學(xué)處理，融合前后平均綜合應(yīng)力差異非常顯著（P0.01）。4.L4/L5/S1雙節(jié)段融合后，鄰近上節(jié)段椎間盤及小關(guān)節(jié)綜合應(yīng)力分別平均增加16.0%和15.6%，經(jīng)統(tǒng)計學(xué)處理，融合前后平均綜合應(yīng)力差異顯著（P0.05）。5.因融合在不同腰椎水平產(chǎn)生的對鄰近節(jié)段的生物力學(xué)影響，融合在L5/S1后最大，甚至超過在L4/L5/S1雙節(jié)段融合后，其次是融合在L4/5，融合在L3/4后影響相對較小?！窘Y(jié)論】1.不同腰椎水平融合后均可引起鄰近節(jié)段的加速退變，以鄰近上節(jié)段明顯。2.在腰段，融合在越低節(jié)段，對鄰近節(jié)段退變的影響越大。提示臨床對于越低節(jié)段的融合越要慎重

4、。對相鄰節(jié)段未出現(xiàn)癥狀但已有明顯退變的病例，在越低節(jié)段，可以考慮一起融合鄰近未出現(xiàn)癥狀但已有明顯退變的椎間隙。3.L5/S1單節(jié)段融合對鄰近節(jié)段退變的影響大于L4/L5/S1雙節(jié)段融合。4.本結(jié)論為生物力學(xué)研究結(jié)果，有待臨床驗證。主題詞：腰椎/退變,腰椎/病理生理學(xué),腰椎/外科學(xué),生物力學(xué),脊柱融合術(shù)/方法前言脊柱融合術(shù)已開展了數(shù)十年，在脊柱退變、創(chuàng)傷和腫瘤等治療中，該手術(shù)被廣泛應(yīng)用于重建脊柱穩(wěn)定性。在早期，很多學(xué)者把注意力集中在如何提高融合固定效果及融合率上。隨著脊柱外科技術(shù)的發(fā)展及脊柱內(nèi)固定器械的日益成熟，脊柱融合的成功率明顯提高，很多學(xué)者更把目光投向由脊柱節(jié)段融合固定而影響鄰近節(jié)段的問題

5、。1988年Lee1首先報告了一組因下腰痛而行腰椎融合術(shù)的病例，經(jīng)平均8.5年的無癥狀期后，出現(xiàn)鄰近節(jié)段退變的癥狀。其后越來越多的臨床醫(yī)生報道了術(shù)后臨床發(fā)現(xiàn)，臨床及實驗研究隨即大量展開，研究不斷深入拓展，目前正成為基礎(chǔ)和臨床研究的熱點。即便如此，對于一些問題仍未明確，如鄰近節(jié)段退變的發(fā)生率、退變發(fā)生的主要部位、退變累及范圍；融合節(jié)段、融合術(shù)式的不同對退變發(fā)生的影響；如果說輔助內(nèi)固定本身加速了退變，那么在融合完成去除內(nèi)固定后這種影響是否依然存在？融合在不同腰椎間水平產(chǎn)生的對鄰近節(jié)段退變的影響是否有所差異？對于后者更是一片空白。生物力學(xué)的研究為脊柱外科的發(fā)展做出了重大貢獻，有限元分析方法是數(shù)值分析

6、方法研究領(lǐng)域內(nèi)的重大突破。腰椎的有限元分析法，不受臨床諸因素的影響，可提供實驗手段中不易得到的詳盡數(shù)據(jù)，全面探測分析內(nèi)部細微的力學(xué)變化，并可改變其中的任意參數(shù)，觀察其對完整結(jié)構(gòu)的影響，故可解釋脊柱生理或病理過程中的各種變化。既往開展的腰椎節(jié)段融合后對鄰近節(jié)段退變影響的實驗研究，大多采用的是離體標本機械測試，較為接近人體的實際情況，卻不能全面探測分析內(nèi)部細微的力學(xué)變化，從而預(yù)測其長遠影響。離體標本也無法模擬融合完成后的情況，而三維有限元模型卻可以較好地做到。本研究運用三維有限元實驗方法，建立脊柱L1-S1含周圍主要韌帶影響的整體有限元模型，模擬在L3/4、 L4/5、L5/S1及L4/L5/S1

7、椎間融合完成后的情況，根據(jù)人體的日?；顒訉δＰ瓦M行加載，觀測在不同腰椎水平椎間融合完成后，對鄰近節(jié)段椎間盤及小關(guān)節(jié)綜合應(yīng)力的影響，探討因融合在不同腰椎水平對鄰近節(jié)段退變影響的差異，為臨床行腰椎融合術(shù)時提供指導(dǎo)意義。經(jīng)查閱相關(guān)文獻，未見相關(guān)報道。材料與方法一.材料與設(shè)備1. 正常成人L1-S1連續(xù)薄層（層厚2mm ）CT掃描片一套；2. Super-Sap軟件一套；3. 實驗專用電腦、打印機、掃描儀各一臺。二.方法1.L1-S1模型的建立選取一名正常男性50歲健康志愿者，排除腰部及其它疾患。行L1-S1連續(xù)薄層CT掃描，層厚2mm。CT掃描圖像直接從CT掃描機的終端計算機刻錄到光盤中，再將CT圖

8、像轉(zhuǎn)入實驗專用電腦，圖像經(jīng)統(tǒng)一比例處理后，由打印機輸出圖像。嚴格區(qū)分椎體、椎間盤、椎間關(guān)節(jié)等主要結(jié)構(gòu)，將其輪廓線臨摹于透明坐標紙上。在描好圖像的透明坐標紙上建立統(tǒng)一的坐標系，XY平面為水平截面，XZ平面為冠狀面，YZ平面為矢狀面。每層圖形按有限元網(wǎng)格劃分的原則，劃分節(jié)點、單元。根據(jù)研究目的及為了控制工作量，結(jié)構(gòu)無明顯變化處及與研究目的無明顯相關(guān)部位可粗劃單元。整體共1006節(jié)點，498單元。從統(tǒng)一坐標系上逐一讀取每節(jié)點的三維坐標，輸入計算機，運用SUPER-SAP有限元電算程序，并依照正常人體脊柱L1-S1解剖學(xué)測量值，建立L1-S1三維有限元模型。2.腰段脊柱主要韌帶力的加載由于很難確切得出

9、腰部活動時各主要韌帶究竟發(fā)揮多大的力，故要將主要韌帶的作用力進行加載并非易事。本研究參考戴力揚2的研究數(shù)據(jù)：椎間盤正常時腰段活動中主要韌帶所受的拉力，后伸時前縱韌帶約受57.037N拉力，前屈時后縱韌帶約受19.578N拉力，黃韌帶約受9.976拉力，棘上韌帶約受13.29拉力。根據(jù)腰部正常運動中所參與的主要韌帶，將以上主要韌帶的作用力依照解剖位置加載于模型上，這樣就得到脊柱L1-S1含周圍主要韌帶影響在內(nèi)的整體有限元模型（圖1）。3.組織材料種類及參數(shù)有關(guān)實驗?zāi)Ｐ偷牟牧蠌椥詤?shù)均參考自文獻3。見表1：表1 組織材料種類及參數(shù)組織材料 彈性模量E （Mpa） 泊松比 剪切模量G椎體骨、附件 1

10、2000 0.3 4615纖維環(huán) 92 0.45 31.7髓核 0.2 0.49 0.07小關(guān)節(jié) 3500 0.25 1400正面觀 側(cè)面觀 斜面觀脊柱L1-S1三維有限元模型背伸 側(cè)屈旋轉(zhuǎn) 屈曲圖1 脊柱L1-S1三維有限元模型及其運動4.四種實驗?zāi)Ｐ偷倪M一步建立根據(jù)研究目的，建立融合在L3/4、L4/5、L5/S1、L4/L5/S1間隙的四種實驗?zāi)Ｐ?。為模擬融合完成后的狀態(tài)，本實驗?zāi)Ｐ筒桓郊觾?nèi)固定，采用的術(shù)式是椎間植骨融合。將L3/4、L4/5、L5/S1、L4/L5/S1椎間隙單元，更改為骨材料單元。這樣就進一步建成了L3/4椎間植骨融合、L4/5椎間植骨融合、L5/S1椎間植骨融合、L

11、4/L5/S1椎間植骨雙節(jié)段融合完成后的實驗?zāi)Ｐ汀?.實驗?zāi)Ｐ偷募虞d與測試根據(jù)圣維南原理，作用于一點上的力，可以分散成較小的力作用于較多的點，但其從整體上產(chǎn)生的力學(xué)效果是相同的。所以將運動載荷加載于模型的最頂層。參考既往的研究2 4，在實驗?zāi)Ｐ蜕鲜┮?00N軸向載荷及8Nm純力偶矩模擬人體腰部的日常活動：屈曲、背伸、側(cè)屈、旋轉(zhuǎn)及側(cè)屈+旋轉(zhuǎn)、背伸+側(cè)屈、屈曲+側(cè)屈、屈曲+旋轉(zhuǎn)復(fù)合運動共8種工況下，對實驗?zāi)Ｐ瓦M行全面的測試。記錄未行融合時及在L3/4、L4/5、L5/S1、L4/L5/S1椎間融合后，在腰部的各種活動中，其鄰近節(jié)段椎間盤及小關(guān)節(jié)的綜合應(yīng)力變化。每個部位分別觀察8個節(jié)點，取其平均綜合

12、應(yīng)力值進行統(tǒng)計分析和比較。結(jié)果本課題主要觀察不同腰椎水平椎間融合完成后，融合鄰近上下節(jié)段椎間盤及小關(guān)節(jié)的平均綜合應(yīng)力變化，來研究對鄰近節(jié)段退變的影響。實驗結(jié)果見以下表和圖:表2 L3/4融合后鄰近上節(jié)段椎間盤的平均綜合應(yīng)力改變（單位:10-1 Mpa 下同）側(cè)屈 旋轉(zhuǎn) 側(cè)屈+旋轉(zhuǎn) 背伸 背伸+側(cè)屈 屈曲 屈曲+側(cè)屈 屈曲+旋轉(zhuǎn)未融合 92.87 34.21 98.29 89.34 159.80 96.64 41.92 98.55融合后 104.00 38.92 111.80 96.32 169.30 97.30 40.98 96.72圖2 L3/4融合后鄰近上節(jié)段椎間盤的平均綜合應(yīng)力改變（單位

13、:10-1 Mpa 下同）根據(jù)表2和圖2，L3/4融合后，在多種運動工況下，鄰近上節(jié)段椎間盤的平均綜合應(yīng)力明顯增加。融合后融合節(jié)段上方椎間盤綜合應(yīng)力較未融合時平均增加6.7%，融合后與未融合者平均綜合應(yīng)力改變經(jīng)成對數(shù)t檢驗，t=2.678，P=0.0320.05，差別顯著。表3 L3/4融合后鄰近上節(jié)段小關(guān)節(jié)的平均綜合應(yīng)力改變側(cè)屈 旋轉(zhuǎn) 側(cè)屈+旋轉(zhuǎn) 背伸 背伸+側(cè)屈 屈曲 屈曲+側(cè)屈 屈曲+旋轉(zhuǎn)未融合 52.64 28.12 47.29 56.21 59.86 16.16 42.91 41.35融合后 58.68 32.16 46.55 61.23 60.22 15.28 45.30 43.7

14、2圖3 L3/4融合后鄰近上節(jié)段小關(guān)節(jié)的平均綜合應(yīng)力改變根據(jù)表3和圖3，L3/4融合后，在多種運動工況下，鄰近上節(jié)段小關(guān)節(jié)的平均綜合應(yīng)力明顯增加。融合后融合節(jié)段上方小關(guān)節(jié)綜合應(yīng)力較未融合時平均增加5.8%，融合后與未融合者平均綜合應(yīng)力改變經(jīng)成對數(shù)t檢驗，t=2.523，P=0.040.05，差別不顯著。表5 L3/4融合后鄰近下節(jié)段小關(guān)節(jié)的平均綜合應(yīng)力改變側(cè)屈 旋轉(zhuǎn) 側(cè)屈+旋轉(zhuǎn) 背伸 背伸+側(cè)屈 屈曲 屈曲+側(cè)屈 屈曲+旋轉(zhuǎn)未融合 92.65 407.50 746.00 730.51 701.50 641.40 711.29 625.09融合后 105.65 406.58 797.50 750

15、.66 701.50 640.88 724.33 650.22圖5 L3/4融合后鄰近下節(jié)段小關(guān)節(jié)的平均綜合應(yīng)力改變根據(jù)表5和圖5，L3/4融合后，在多種運動工況下，鄰近下節(jié)段小關(guān)節(jié)的平均綜合應(yīng)力明顯增加。融合后融合節(jié)段下方小關(guān)節(jié)綜合應(yīng)力較未融合時平均增加4.0%，融合后與未融合者平均綜合應(yīng)力改變經(jīng)成對數(shù)t檢驗，t=2.427，P=0.0460.05，差別顯著。綜合表2-5和圖2-5可見，L3/4融合后，鄰近上下節(jié)段椎間盤及小關(guān)節(jié)綜合應(yīng)力明顯增加。平均綜合應(yīng)力改變經(jīng)統(tǒng)計學(xué)處理，除鄰近下節(jié)段椎間盤外，均有顯著差別。鄰近上節(jié)段椎間盤及小關(guān)節(jié)綜合應(yīng)力分別平均增加6.7%和5.8%，鄰近下節(jié)段椎間盤及

16、小關(guān)節(jié)綜合應(yīng)力分別平均增加2.2%和4.0%。鄰近上節(jié)段綜合應(yīng)力總體變化比下節(jié)段明顯。表6 L4/5融合后鄰近上節(jié)段椎間盤的平均綜合應(yīng)力改變側(cè)屈 旋轉(zhuǎn) 側(cè)屈+旋轉(zhuǎn) 背伸 背伸+側(cè)屈 屈曲 屈曲+側(cè)屈 屈曲+旋轉(zhuǎn)未融合 46.84 69.56 40.59 32.10 54.93 91.24 62.81 94.73融合后 55.42 72.84 52.12 36.90 68.60 91.23 62.75 97.78圖6 L4/5融合后鄰近上節(jié)段椎間盤的平均綜合應(yīng)力改變根據(jù)表6和圖6，L4/5融合后，在多種運動工況下，鄰近上節(jié)段椎間盤的綜合應(yīng)力明顯增加。融合后融合節(jié)段上方椎間盤綜合應(yīng)力較未融合時平均

17、增加11.8%，融合后與未融合者平均綜合應(yīng)力改變經(jīng)成對數(shù)t檢驗，t=3.082，P=0.0180.05，差別顯著。表7 L4/5融合后鄰近上節(jié)段小關(guān)節(jié)的平均綜合應(yīng)力改變側(cè)屈 旋轉(zhuǎn) 側(cè)屈+旋轉(zhuǎn) 背伸 背伸+側(cè)屈 屈曲 屈曲+側(cè)屈 屈曲+旋轉(zhuǎn)未融合 175.70 80.39 235.60 739.10 853.80 46.74 214.90 116.30融合后 207.10 84.17 299.12 864.75 939.18 53.28 214.90 127.93圖7 L4/5融合后鄰近上節(jié)段小關(guān)節(jié)的平均綜合應(yīng)力改變根據(jù)表7和圖7，L4/5融合后，在多種運動工況下，鄰近上節(jié)段小關(guān)節(jié)的綜合應(yīng)力明顯

18、增加。融合后融合節(jié)段上方小關(guān)節(jié)綜合應(yīng)力較未融合時平均增加12.6%，融合后與未融合者平均綜合應(yīng)力改變經(jīng)成對數(shù)t檢驗，t=2.517，P=0.040.05，差別顯著。表8 L4/5融合后鄰近下節(jié)段椎間盤的平均綜合應(yīng)力改變側(cè)屈 旋轉(zhuǎn) 側(cè)屈+旋轉(zhuǎn) 背伸 背伸+側(cè)屈 屈曲 屈曲+側(cè)屈 屈曲+旋轉(zhuǎn)未融合 43.04 51.47 40.57 45.30 30.69 118.70 140.00 116.40融合后 49.89 53.36 52.61 45.29 37.45 121.22 140.00 117.19圖8 L4/5融合后鄰近下節(jié)段椎間盤的平均綜合應(yīng)力改變根據(jù)表8和圖8，L4/5融合后，在多種運動

19、工況下，鄰近下節(jié)段椎間盤的綜合應(yīng)力明顯增加。融合節(jié)段下方椎間盤綜合應(yīng)力較未融合時平均增加9.24%，融合后與未融合者平均綜合應(yīng)力改變經(jīng)成對數(shù)t檢驗，t=2.538，P=0.0390.05，差別不顯著。綜合表6-9和圖6-9可見，L4/5融合后，鄰近上下節(jié)段椎間盤及小關(guān)節(jié)綜合應(yīng)力明顯增加。平均綜合應(yīng)力改變經(jīng)統(tǒng)計學(xué)處理，除鄰近下節(jié)段小關(guān)節(jié)外均有顯著差別。鄰近上節(jié)段椎間盤及小關(guān)節(jié)綜合應(yīng)力分別平均增加11.8%和12.6%，鄰近下節(jié)段椎間盤及小關(guān)節(jié)綜合應(yīng)力分別平均增加9.24%和3.8%。鄰近上節(jié)段綜合應(yīng)力總體變化比下節(jié)段明顯。與融合在L3/4相比，融合在L4/5后，鄰近上下節(jié)段椎間盤及小關(guān)節(jié)處平均綜

20、合應(yīng)力增加率均更大，故融合在L4/5產(chǎn)生的對鄰近節(jié)段的影響較融合在L3/4者大。表10 L5/S1融合后鄰近上節(jié)段椎間盤的平均綜合應(yīng)力改變側(cè)屈 旋轉(zhuǎn) 側(cè)屈+旋轉(zhuǎn) 背伸 背伸+側(cè)屈 屈曲 屈曲+側(cè)屈 屈曲+旋轉(zhuǎn)未融合 76.64 26.07 83.36 39.96 99.58 154.80 93.05 153.60融合后 92.65 31.24 102.80 49.18 128.90 183.25 98.82 153.60圖10 L5/S1融合后鄰近上節(jié)段椎間盤的平均綜合應(yīng)力改變根據(jù)表10和圖10，L5/S1融合后，在多種運動工況下，鄰近上節(jié)段椎間盤的綜合應(yīng)力明顯增加。融合后融合節(jié)段上方椎間盤綜

21、合應(yīng)力較未融合時平均增加17.6%，融合后與未融合者平均綜合應(yīng)力改變經(jīng)成對數(shù)t檢驗，t=3.656，P=0.0080.01，差別極顯著。表11 L5/S1融合后鄰近上節(jié)段小關(guān)節(jié)的平均綜合應(yīng)力改變側(cè)屈 旋轉(zhuǎn) 側(cè)屈+旋轉(zhuǎn) 背伸 背伸+側(cè)屈 屈曲 屈曲+側(cè)屈 屈曲+旋轉(zhuǎn)未融合 92.65 407.50 746.00 730.51 701.50 641.40 711.29 625.09融合后 111.18 481.22 910.89 898.23 865.19 769.71 746.84 625.08圖11 L5/S1融合后鄰近上節(jié)段小關(guān)節(jié)的平均綜合應(yīng)力改變根據(jù)表11和圖11，L5/S1融合后，在多種

22、運動工況下，鄰近上節(jié)段小關(guān)節(jié)的綜合應(yīng)力明顯增加。融合后融合節(jié)段上方小關(guān)節(jié)綜合應(yīng)力較未融合時平均增加16.4%，融合后與未融合者平均綜合應(yīng)力改變經(jīng)成對數(shù)t檢驗，t=3.77，P=0.0070.01，差別極顯著。綜合表10-11和圖10-11可見， L5/S1融合后，鄰近上節(jié)段椎間盤及小關(guān)節(jié)處綜合應(yīng)力顯著增加。鄰近上節(jié)段椎間盤及小關(guān)節(jié)綜合應(yīng)力分別平均增加達17.6%和16.4%。平均綜合應(yīng)力改變經(jīng)統(tǒng)計學(xué)處理，均有非常顯著差別。與融合在L3/4、L4/5后相比，鄰近上節(jié)段椎間盤及小關(guān)節(jié)處綜合應(yīng)力增加率均更大，故融合在L5/S1產(chǎn)生的對鄰近節(jié)段的影響較融合在L3/4和L5/S1者明顯。表12 L4/L

23、5/S1雙節(jié)段融合后鄰近上節(jié)段椎間盤的平均綜合應(yīng)力改變側(cè)屈 旋轉(zhuǎn) 側(cè)屈+旋轉(zhuǎn) 背伸 背伸+側(cè)屈 屈曲 屈曲+側(cè)屈 屈曲+旋轉(zhuǎn)未融合 46.84 69.56 40.59 32.10 54.93 91.24 62.81 94.73融合后 55.52 73.00 54.18 34.75 67.81 109.12 62.80 116.26圖12 L4/L5/S1雙節(jié)段融合后鄰近上方椎間盤的平均綜合應(yīng)力改變根據(jù)表12和圖12，L4/L5/S1雙節(jié)段融合后，在多種工況下，鄰近上節(jié)段椎間盤的綜合應(yīng)力顯著增加。雙節(jié)段融合后融合節(jié)段上方椎間盤綜合應(yīng)力較未融合時平均增加16.0%，融合后與未融合者平均綜合應(yīng)力改變

24、經(jīng)成對數(shù)t檢驗，t=3.702，P=0.0080.01，差別極顯著。表13 L4/L5/S1雙節(jié)段融合后鄰近上節(jié)段小關(guān)節(jié)的平均綜合應(yīng)力改變側(cè)屈 旋轉(zhuǎn) 側(cè)屈+旋轉(zhuǎn) 背伸 背伸+側(cè)屈 屈曲 屈曲+側(cè)屈 屈曲+旋轉(zhuǎn)未融合 175.70 80.39 235.60 739.10 853.80 46.74 214.90 116.30融合后 206.57 87.11 297.43 827.68 994.45 55.39 229.96 137.54圖13 L4/L5/S1雙節(jié)段融合后鄰近上方小關(guān)節(jié)的平均綜合應(yīng)力改變根據(jù)表12和圖12，L4/L5/S1雙節(jié)段融合后，鄰近上節(jié)段小關(guān)節(jié)的綜合應(yīng)力明顯增加。雙節(jié)段融合

25、后融合節(jié)段上方小關(guān)節(jié)綜合應(yīng)力較未融合時平均增加15.6%，融合后與未融合者平均綜合應(yīng)力改變經(jīng)成對數(shù)t檢驗，t=2.784，P=0.0270.05，差別顯著。綜合表12-13和圖12-13可見，L4/L5/S1雙節(jié)段融合后，鄰近上節(jié)段椎間盤及小關(guān)節(jié)處綜合應(yīng)力顯著增加。鄰近上節(jié)段椎間盤及小關(guān)節(jié)綜合應(yīng)力分別平均增加達16.0%和15.6%。綜合應(yīng)力改變經(jīng)統(tǒng)計學(xué)處理，均有顯著差別。與L5/S1單節(jié)段融合相比，L4/L5/S1雙節(jié)段融合后，鄰近上節(jié)段椎間盤及小關(guān)節(jié)處綜合應(yīng)力增加率更小，可見L4/L5/S1雙節(jié)段融合后產(chǎn)生的對鄰近節(jié)段的影響還不及融合在L5/S1者明顯。圖14 不同腰椎水平融合后鄰近上節(jié)段

26、椎間盤及小關(guān)節(jié)的平均綜合應(yīng)力增加率比較根據(jù)圖14及綜合以上所有圖表及分析，可見不同腰椎水平融合后均可對鄰近節(jié)段的椎間盤及小關(guān)節(jié)產(chǎn)生明顯的生物力學(xué)影響，以鄰近上節(jié)段為主。因融合在不同腰椎水平產(chǎn)生的對鄰近節(jié)段的生物力學(xué)影響，以融合在L5/S1后最大，甚至超過在L4/L5/S1雙節(jié)段融合后，其次是融合在L4/5，融合在L3/4后影響相對較小。討論一.脊柱融合后鄰近節(jié)段退變問題的認識隨著臨床實踐、生物力學(xué)及相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，多種融合及內(nèi)固定器械被應(yīng)用于脊柱外科。對多種疾病引起的脊柱節(jié)段不穩(wěn)，節(jié)段融合是目前被廣泛采用的手術(shù)方法，尤其在腰段脊柱。節(jié)段融合固定為穩(wěn)定脊柱，解除壓迫和早期康復(fù)提供了更有利的條件。

27、但是，在脊柱節(jié)段融合后，脊柱節(jié)段的活動度發(fā)生了重新分配，由于機體試圖仍保持脊柱的正?；顒?，融合節(jié)段的活動度就轉(zhuǎn)由鄰近的節(jié)段代償，這樣就導(dǎo)致了鄰近節(jié)段的非正常應(yīng)力和活動，加速其退變，進而產(chǎn)生各種融合術(shù)后鄰近節(jié)段并發(fā)癥。腰椎融合術(shù)后對鄰近節(jié)段退變的影響及由此帶來的并發(fā)癥越來越引起人們的關(guān)注。二.鄰近節(jié)段退變的發(fā)生率問題雖然已有大量的臨床報道和研究，目前仍難得出脊柱融合固定后鄰近節(jié)段退變的確切發(fā)生率。Kumar5對83例行腰椎融合術(shù)的病人進行平均5年的隨訪，發(fā)現(xiàn)有31的患者出現(xiàn)鄰近節(jié)段退變的放射學(xué)表現(xiàn)。Chou等6對32例行腰椎后外側(cè)融合內(nèi)固定的病例進行平均56個月的隨訪，發(fā)現(xiàn)有62.5的病人出現(xiàn)鄰

28、近節(jié)段的異常表現(xiàn)。由于研究所采用的方法、選取的對象、融合節(jié)段水平及數(shù)目的不同及隨訪時間的不同，文獻對鄰近節(jié)段退變現(xiàn)象發(fā)生的報導(dǎo)也不同7。因此很難得出確切的發(fā)生率。八.實驗結(jié)果的討論實驗結(jié)果顯示，不同腰椎水平融合后，在腰部多種活動中，融合鄰近上節(jié)段的椎間盤及小關(guān)節(jié)平均綜合應(yīng)力都有顯著增加，與未融合時相比差異顯著。尤其在L5/S1融合后，與未融合時相比差異非常顯著。而在L3/4、L4/5融合節(jié)段下方的椎間盤和小關(guān)節(jié)處，融合后比未融合時平均綜合應(yīng)力有所增加，但兩者無顯著差異。可見，不同腰椎水平融合后均可對鄰近節(jié)段的椎間盤及小關(guān)節(jié)產(chǎn)生明顯的生物力學(xué)影響，以鄰近上節(jié)段為主。因融合在不同腰椎水平產(chǎn)生的對鄰

29、近節(jié)段的生物力學(xué)影響，融合在L5/S1后最大，甚至超過在L4/L5/S1雙節(jié)段融合后，其次是融合在L4/5，融合在L3/4后影響相對較小。鄰近節(jié)段綜合應(yīng)力的異常增大，是導(dǎo)致鄰近節(jié)段椎間盤、關(guān)節(jié)突等加速退變的主要生物力學(xué)原因17。本研究結(jié)論贊同鄰近節(jié)段退變多見于融合的上方節(jié)段，也與Eck14的研究結(jié)果一致，即低位融合比高位融合者退變明顯。分析可能原因，在越低位腰椎水平，承重越大，人體上遠端到此間隙的距離即力臂也越長，融合后在各種活動中更易引起鄰近上節(jié)段的應(yīng)力集中。另外，可能與不同腰椎節(jié)段后部椎間小關(guān)節(jié)各自的解剖特點有關(guān)。理論上，L4/L5/S1雙節(jié)段融合后，丟失的活動度更大，需要鄰近節(jié)段的代償也

30、更大，但本研究發(fā)現(xiàn)綜合應(yīng)力增加率不及L5/S1融合時。雖然不少學(xué)者認為多節(jié)段較單節(jié)段融合更易引起鄰近節(jié)段退變，但本研究結(jié)果與Leong10及Schilitz11的一致，認為單節(jié)段融合更易影響鄰近節(jié)段退變。當(dāng)然，本研究只比較了L5/S1單節(jié)段融合與L4/5/S1雙節(jié)段融合的情況，全面結(jié)論有待日后進一步研究。根據(jù)本研究結(jié)果，脊柱節(jié)段融合術(shù)時，要掌握好融合指征，充分預(yù)計融合后對鄰近節(jié)段的長期影響。在腰段，對越低節(jié)段的融合，越要慎重。臨床上在腰椎節(jié)段不穩(wěn)的治療時，對相鄰節(jié)段未出現(xiàn)癥狀但已有明顯退變表現(xiàn)的病例，依照本研究結(jié)果，在越低節(jié)段，可以考慮一起融合鄰近未出現(xiàn)癥狀但已有明顯退變的椎間隙。結(jié)論1.不同

31、腰椎水平融合后均可引起鄰近節(jié)段的加速退變，以鄰近上節(jié)段明顯。2.在腰段，融合在越低節(jié)段，對鄰近節(jié)段退變的影響越大。提示臨床對于越低節(jié)段的融合越要慎重。對相鄰節(jié)段未出現(xiàn)癥狀但已有明顯退變的病例，在越低節(jié)段，可以考慮一起融合鄰近未出現(xiàn)癥狀但已有明顯退變的椎間隙。3.L5/S1單節(jié)段融合對鄰近節(jié)段退變的影響大于L4/L5/S1雙節(jié)段融合。4.本結(jié)論為生物力學(xué)研究結(jié)果，有待臨床驗證。參考文獻1. Lee CK. Accelerated degeneration of the segment adjacent to a 1umbar fusionJ. Spine,1988,13(8):952-953.2

32、. 戴力揚，屠開元，徐印坎，等.腰椎韌帶的三維有限元分析J. 第二軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報 ，1992，13（2）：133-136.3. Vijay KG,Weizeng K,Jung SH,et al.A combined finite element and optimiza- -tion investigation of lumber spine mechanics with and without musclesJ.Spine，1993，18(11):1533-1541.4. 丁宇，阮狄克，趙衛(wèi)東，等。脊柱融合內(nèi)固定致鄰近節(jié)段退變的生物力學(xué)機制J.中國臨床解剖學(xué)雜志，2003，21（3）：371-

33、374.5. Kumar MN,Baklanov A,Chopin D.Correlation between sagittal plane changes and adjacent segment degeneration following lumbar spine fusionJ.Eur Spine J,2001,10(4)：314-319.6. Chou WY，Hsu CJ，Chang WN，et a1.Adjacent segment degeneration after lumbar spinal posterolateral fusion with instrumentation

34、 in elderly patientsJ.Arch 0rthop Trauma Surg,2002,122(1):39-43.7. 王慧敏，譚明生，張光鉑.脊柱融合術(shù)后鄰近節(jié)段退變的臨床研究進展J. 中國脊柱脊髓雜志，2004，14（3）：189-191.8. Yasuhiro S，Kiyoshi K，Kuniyoshi A，et a1.Stability of posterior spinal instrumentation and its effects on adjacent motion segments in the lumbosacral spineJ.Spine,1998,23

35、(14):1550一1558.9. Hambly MF,Wiltse LL,Raghavan N,et a1.The transition zone above a lumbosacral fusionJ.Spine,1998,23(16):1785-1792.10. Leong JCY,Chun SY,Grange WJ,et a1.Long-term results of 1umbar intervertebral disc prolapseJ.Spine,1983,8：3-9.11. Schulitz KP, Wiesner L, Wittenberg RH, et al. The mo

36、bile segment above the fusionJ . Zeitschrift Fuer Orthopaedie Und The Grenzgebiete,1996,134(2):171.12. Lehmann TR, Spcatt KF,Tozzi JE,et al. Long-term follow-up of lumbar fusion patients. Spine,1987,12(2):97.13. 張勁松,李錦軍,李強,等. 腰椎后路Ray-TFC椎間融合術(shù)對相鄰節(jié)段活動范圍的影響J.中國脊柱脊髓雜志，2003，13（5）：296-299.14. Eck JC，Humph

37、reys SC，Lim TH，et a1.Biomechanical study on the effect of cervical spine fusion on adjacent-1evel intradiscal pressure and segmental motionJ.Spine，2002，27(22)：2431-2434.15. Rahm MD，Hall BB.Adjacent-segment degeneration after lumbar fusion with instrumentation:a retrospective studyJ.J Spinal Disord,1

38、996,9(5):392.16. 許斌，王與榮，趙建寧，等.脊柱融合內(nèi)固定術(shù)后鄰近節(jié)段退變研究進展J.中國矯形外科雜志，2004，12（9）：698-699.17. 王向陽，徐華梓，等。脊柱失穩(wěn)節(jié)段經(jīng)椎弓根螺釘內(nèi)固定器固定后對鄰近節(jié)段三維運動的影響J.中國骨傷.2002,15(11).-668-670.八.實驗結(jié)果的討論實驗結(jié)果顯示，不同腰椎水平融合后，在腰部多種活動中，融合鄰近上節(jié)段的椎間盤及小關(guān)節(jié)平均綜合應(yīng)力都有顯著增加，與未融合時相比差異顯著。尤其在L5/S1融合后，與未融合時相比差異非常顯著。而在L3/4、L4/5融合節(jié)段下方的椎間盤和小關(guān)節(jié)處，融合后比未融合時平均綜合應(yīng)力有所增加，但

39、兩者無顯著差異?？梢?，不同腰椎水平融合后均可對鄰近節(jié)段的椎間盤及小關(guān)節(jié)產(chǎn)生明顯的生物力學(xué)影響，以鄰近上節(jié)段為主。因融合在不同腰椎水平產(chǎn)生的對鄰近節(jié)段的生物力學(xué)影響，融合在L5/S1后最大，甚至超過在L4/L5/S1雙節(jié)段融合后，其次是融合在L4/5，融合在L3/4后影響相對較小。鄰近節(jié)段綜合應(yīng)力的異常增大，是導(dǎo)致鄰近節(jié)段椎間盤、關(guān)節(jié)突等加速退變的主要生物力學(xué)原因17。本研究結(jié)論贊同鄰近節(jié)段退變多見于融合的上方節(jié)段，也與Eck14的研究結(jié)果一致，即低位融合比高位融合者退變明顯。分析可能原因，在越低位腰椎水平，承重越大，人體上遠端到此間隙的距離即力臂也越長，融合后在各種活動中更易引起鄰近上節(jié)段的應(yīng)

40、力集中。另外，可能與不同腰椎節(jié)段后部椎間小關(guān)節(jié)各自的解剖特點有關(guān)。理論上，L4/L5/S1雙節(jié)段融合后，丟失的活動度更大，需要鄰近節(jié)段的代償也更大，但本研究發(fā)現(xiàn)綜合應(yīng)力增加率不及L5/S1融合時。雖然不少學(xué)者認為多節(jié)段較單節(jié)段融合更易引起鄰近節(jié)段退變，但本研究結(jié)果與Leong10及Schilitz11的一致，認為單節(jié)段融合更易影響鄰近節(jié)段退變。當(dāng)然，本研究只比較了L5/S1單節(jié)段融合與L4/5/S1雙節(jié)段融合的情況，全面結(jié)論有待日后進一步研究。根據(jù)本研究結(jié)果，脊柱節(jié)段融合術(shù)時，要掌握好融合指征，充分預(yù)計融合后對鄰近節(jié)段的長期影響。在腰段，對越低節(jié)段的融合，越要慎重。臨床上在腰椎節(jié)段不穩(wěn)的治療時

41、，對相鄰節(jié)段未出現(xiàn)癥狀但已有明顯退變表現(xiàn)的病例，依照本研究結(jié)果，在越低節(jié)段，可以考慮一起融合鄰近未出現(xiàn)癥狀但已有明顯退變的椎間隙。結(jié)論1.不同腰椎水平融合后均可引起鄰近節(jié)段的加速退變，以鄰近上節(jié)段明顯。2.在腰段，融合在越低節(jié)段，對鄰近節(jié)段退變的影響越大。提示臨床對于越低節(jié)段的融合越要慎重。對相鄰節(jié)段未出現(xiàn)癥狀但已有明顯退變的病例，在越低節(jié)段，可以考慮一起融合鄰近未出現(xiàn)癥狀但已有明顯退變的椎間隙。3.L5/S1單節(jié)段融合對鄰近節(jié)段退變的影響大于L4/L5/S1雙節(jié)段融合。4.本結(jié)論為生物力學(xué)研究結(jié)果，有待臨床驗證。參考文獻1. Lee CK. Accelerated degeneration

42、of the segment adjacent to a 1umbar fusionJ. Spine,1988,13(8):952-953.2. 戴力揚，屠開元，徐印坎，等.腰椎韌帶的三維有限元分析J. 第二軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報 ，1992，13（2）：133-136.3. Vijay KG,Weizeng K,Jung SH,et al.A combined finite element and optimiza- -tion investigation of lumber spine mechanics with and without musclesJ.Spine，1993，18(11):153

43、3-1541.4. 丁宇，阮狄克，趙衛(wèi)東，等。脊柱融合內(nèi)固定致鄰近節(jié)段退變的生物力學(xué)機制J.中國臨床解剖學(xué)雜志，2003，21（3）：371-374.5. Kumar MN,Baklanov A,Chopin D.Correlation between sagittal plane changes and adjacent segment degeneration following lumbar spine fusionJ.Eur Spine J,2001,10(4)：314-319.6. Chou WY，Hsu CJ，Chang WN，et a1.Adjacent segment dege

44、neration after lumbar spinal posterolateral fusion with instrumentation in elderly patientsJ.Arch 0rthop Trauma Surg,2002,122(1):39-43.7. 王慧敏，譚明生，張光鉑.脊柱融合術(shù)后鄰近節(jié)段退變的臨床研究進展J. 中國脊柱脊髓雜志，2004，14（3）：189-191.8. Yasuhiro S，Kiyoshi K，Kuniyoshi A，et a1.Stability of posterior spinal instrumentation and its effe

45、cts on adjacent motion segments in the lumbosacral spineJ.Spine,1998,23(14):1550一1558.9. Hambly MF,Wiltse LL,Raghavan N,et a1.The transition zone above a lumbosacral fusionJ.Spine,1998,23(16):1785-1792.10. Leong JCY,Chun SY,Grange WJ,et a1.Long-term results of 1umbar intervertebral disc prolapseJ.Sp

46、ine,1983,8：3-9.11. Schulitz KP, Wiesner L, Wittenberg RH, et al. The mobile segment above the fusionJ . Zeitschrift Fuer Orthopaedie Und The Grenzgebiete,1996,134(2):171.12. Lehmann TR, Spcatt KF,Tozzi JE,et al. Long-term follow-up of lumbar fusion patients. Spine,1987,12(2):97.13. 張勁松,李錦軍,李強,等. 腰椎后

47、路Ray-TFC椎間融合術(shù)對相鄰節(jié)段活動范圍的影響J.中國脊柱脊髓雜志，2003，13（5）：296-299.14. Eck JC，Humphreys SC，Lim TH，et a1.Biomechanical study on the effect of cervical spine fusion on adjacent-1evel intradiscal pressure and segmental motionJ.Spine，2002，27(22)：2431-2434.15. Rahm MD，Hall BB.Adjacent-segment degeneration after lumb

48、ar fusion with instrumentation:a retrospective studyJ.J Spinal Disord,1996,9(5):392.16. 許斌，王與榮，趙建寧，等.脊柱融合內(nèi)固定術(shù)后鄰近節(jié)段退變研究進展J.中國矯形外科雜志，2004，12（9）：698-699.17. 王向陽，徐華梓，等。脊柱失穩(wěn)節(jié)段經(jīng)椎弓根螺釘內(nèi)固定器固定后對鄰近節(jié)段三維運動的影響J.中國骨傷.2002,15(11).-668-670.八.實驗結(jié)果的討論實驗結(jié)果顯示，不同腰椎水平融合后，在腰部多種活動中，融合鄰近上節(jié)段的椎間盤及小關(guān)節(jié)平均綜合應(yīng)力都有顯著增加，與未融合時相比差異顯著。尤其

49、在L5/S1融合后，與未融合時相比差異非常顯著。而在L3/4、L4/5融合節(jié)段下方的椎間盤和小關(guān)節(jié)處，融合后比未融合時平均綜合應(yīng)力有所增加，但兩者無顯著差異?？梢?，不同腰椎水平融合后均可對鄰近節(jié)段的椎間盤及小關(guān)節(jié)產(chǎn)生明顯的生物力學(xué)影響，以鄰近上節(jié)段為主。因融合在不同腰椎水平產(chǎn)生的對鄰近節(jié)段的生物力學(xué)影響，融合在L5/S1后最大，甚至超過在L4/L5/S1雙節(jié)段融合后，其次是融合在L4/5，融合在L3/4后影響相對較小。鄰近節(jié)段綜合應(yīng)力的異常增大，是導(dǎo)致鄰近節(jié)段椎間盤、關(guān)節(jié)突等加速退變的主要生物力學(xué)原因17。本研究結(jié)論贊同鄰近節(jié)段退變多見于融合的上方節(jié)段，也與Eck14的研究結(jié)果一致，即低位融合

50、比高位融合者退變明顯。分析可能原因，在越低位腰椎水平，承重越大，人體上遠端到此間隙的距離即力臂也越長，融合后在各種活動中更易引起鄰近上節(jié)段的應(yīng)力集中。另外，可能與不同腰椎節(jié)段后部椎間小關(guān)節(jié)各自的解剖特點有關(guān)。理論上，L4/L5/S1雙節(jié)段融合后，丟失的活動度更大，需要鄰近節(jié)段的代償也更大，但本研究發(fā)現(xiàn)綜合應(yīng)力增加率不及L5/S1融合時。雖然不少學(xué)者認為多節(jié)段較單節(jié)段融合更易引起鄰近節(jié)段退變，但本研究結(jié)果與Leong10及Schilitz11的一致，認為單節(jié)段融合更易影響鄰近節(jié)段退變。當(dāng)然，本研究只比較了L5/S1單節(jié)段融合與L4/5/S1雙節(jié)段融合的情況，全面結(jié)論有待日后進一步研究。根據(jù)本研究

51、結(jié)果，脊柱節(jié)段融合術(shù)時，要掌握好融合指征，充分預(yù)計融合后對鄰近節(jié)段的長期影響。在腰段，對越低節(jié)段的融合，越要慎重。臨床上在腰椎節(jié)段不穩(wěn)的治療時，對相鄰節(jié)段未出現(xiàn)癥狀但已有明顯退變表現(xiàn)的病例，依照本研究結(jié)果，在越低節(jié)段，可以考慮一起融合鄰近未出現(xiàn)癥狀但已有明顯退變的椎間隙。結(jié)論1.不同腰椎水平融合后均可引起鄰近節(jié)段的加速退變，以鄰近上節(jié)段明顯。2.在腰段，融合在越低節(jié)段，對鄰近節(jié)段退變的影響越大。提示臨床對于越低節(jié)段的融合越要慎重。對相鄰節(jié)段未出現(xiàn)癥狀但已有明顯退變的病例，在越低節(jié)段，可以考慮一起融合鄰近未出現(xiàn)癥狀但已有明顯退變的椎間隙。3.L5/S1單節(jié)段融合對鄰近節(jié)段退變的影響大于L4/L5

52、/S1雙節(jié)段融合。4.本結(jié)論為生物力學(xué)研究結(jié)果，有待臨床驗證。參考文獻1. Lee CK. Accelerated degeneration of the segment adjacent to a 1umbar fusionJ. Spine,1988,13(8):952-953.2. 戴力揚，屠開元，徐印坎，等.腰椎韌帶的三維有限元分析J. 第二軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報 ，1992，13（2）：133-136.3. Vijay KG,Weizeng K,Jung SH,et al.A combined finite element and optimiza- -tion investigation of

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