儿童下颈椎前路种内固定模型的螺钉骨抗拔出有(3)
3 讨论 Discussion
在脊柱内固定中骨-螺钉固定强度是保证术后脊柱稳定的重要因素[19],这对于颈部具有特殊解剖学特征的儿童来讲尤为重要。应用有限元模型研究颈部内固定稳定性在成人中的应用较为成熟[20],而对儿童颈部内固定有限元模型研究的报道相对较少,造成了儿童临床术中方案的局限性。目前临床上广泛应用于成人的颈椎前路椎弓根螺钉技术,最早是由ARAMONI等[21]报道的。临床实践经验的常年积累及大量研究成果等均证实,椎弓根螺钉内固定系统能够提供最大的固定强度和最稳定的生物力学[22],不过前期的临床及实验研究主要集中于成人。HEDEQUIST[23]指出在儿童颈椎放置螺钉进行内固定是有效的,并且在许多临床研究中是安全的。近年来由于伦理限制、标本不易获取等原因,对于脊柱内置物的实验研究更多学者选择采用有限元的方法。XU等[24]对成人脊柱采用有限元方法模拟椎弓根骨-螺钉的拔出强度,取得了预期成果。此次实验选择6岁儿童的颈椎多层螺旋CT数据,在颈椎前路椎弓根螺钉技术的研究成果上采用有限元模型模拟螺钉抗拔出实验,进一步探讨了不同内固定系统中螺钉-骨抗拔出过程中螺钉各部位应力峰值以及颈椎椎体和椎弓根应力峰值。
有限元模型能够模拟颈椎的解剖结构、复杂的生理条件和材料特性,反映颈椎各区域的应力,且稳定性好,可重复使用[25]。自1959年以来,通过测量螺钉轴向拔出力来测试植入物的稳定性已成为一项成熟的技术[26]。HELLER等[27]在成人中探讨螺钉抗拔出力研究时发现,双层骨皮质比单层骨皮质的抗拔出力更大,且在螺钉直径为3.5 mm的C4椎体上力学性能及抗拔出强度最大。此次实验在对螺钉轴向拔出力及螺钉不同部位把持力的测试中同样是在C4椎体上进行生物力学分析,证实了在4种内固定模型的螺钉拔出过程中螺钉在双层皮质骨中具有更大的把持力,这与先前文献报道相似;同时进一步发现了在螺钉-骨抗拔出过程中螺钉不同部位承受应力的变化规律。对于颈椎总体运动范围及螺钉长期稳定性而言,后期所依赖的疲劳实验十分重要,是评估骨-螺钉界面对螺钉固定的稳定性的依据[28]。此次实验对经下颈椎前路内固定系统的比较后,初步获得使颈椎在术后能够保持最佳稳定性的固定模型。
椎弓根螺钉固定虽然有损伤到脊髓、椎动脉或神经根的风险,但其超长钉道、固定强度及静力学强度较好等优势使螺钉固定后可有效重建颈椎[29-30]。XIAO等[31]的研究表明,下颈椎前路椎弓根螺钉内固定在术中增强了生物力学稳定性,人工椎体系统表面应变整体比较均一,且表面最大应变大于普通前路椎体螺钉锁定固定系统组,螺孔薄弱部位应力变化尤为明显,这与此次实验中单皮质、双皮质螺钉拔出后椎体塑性变形、应力云图的表现一致。此次实验所采用的双皮质螺钉固定模型,在国内外已被证实具有可行性[32-34]。KARAMI等[34]的一项研究评估了前路椎弓根螺钉植入长度而导致的不同生物力学强度,并在生物力学测试中发现双皮质螺钉固定组具有最大的抗拔出力,同时证实了螺钉只有通过皮质才能获得更佳的生物力学强度。这与此次实验所体现结果相似,双皮质椎弓根螺钉内固定组在儿童颈前路内固定螺钉拔出力中更具有优越性。
ACBS组颈椎应力峰值及螺钉应力峰值均明显高于其他组,把持力更好,ACSS组次之,其余两组则无明显差别。在螺钉拔出过程中,螺钉杆前部承受最大应力,应力向尖部传递过程中呈衰减趋势。此次实验创新性模拟建立了儿童颈部前路4种内固定模型,动态分析了螺钉拔出过程中螺钉应力值及椎体应力值,为临床儿童颈部内固定手术提供有效参考,对指导术后颈部稳定性具有重要现实意义。
实验所建的三维有限元模型尽可能真实地模拟了儿童颈椎及4种内置物的几何特性和材料属性,但仍存在一些不足之处,有待于通过实验研究进一步完善:采用有限元建模方式进行分析,与人体真实环境相比具有一定的差异,课题组将继续进行生物力学验证实验;尽管颈椎前路经椎弓根内固定螺钉表现出良好的稳定性,但目前准确置钉在临床上尚未广泛应用;实验只初步探索了螺钉的把持力,而其极限力学性能、抗疲劳性能及螺钉自身因素(如螺钉的外径、螺钉进钉深度、螺纹切迹、螺纹间距及螺钉形状等)对螺钉抗拔出力的影响,还需要进一步深入研究。
致谢:衷心感谢导师张少杰副教授对论文的指导。
作者贡献:曲星月负责撰写,周建强负责实验设计及实施,张少杰负责审校。
文章来源:《中国儿童保健杂志》 网址: http://www.zgetbjzz.cn/qikandaodu/2021/0412/556.html
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