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背景随着人口老龄化的进展,腰椎退变疾病如腰椎间盘突出症、腰椎管狭窄症、腰椎滑脱症等所导致腰腿痛等严重影响人们的生活质量。对病变节段的固定融合是治疗这些疾病的经典手术方式。但随其应用增多,一些融合手术的并发症,如相邻节段退变等的报道逐年增多。很多学者设计了通过非融合手术的方式预防融合手术的并发症或通过杂交手术的方式预防相邻节段退变的发生。PEEK棒是近年来应用较为广泛的一种新型的半刚性固定,既往文献报道PEEK棒应用于融合手术可以取得令人满意的治疗效果。但PEEK棒非融合和杂交手术于的临床应用尚无报道。目的通过三维有限元模拟的方式,研究PEEK棒非融合和PEEK棒杂交手术固定腰椎后,腰椎椎间压力的变化和椎间活动度的变化情况。探讨PEEK棒非融合应用于腰椎的临床治疗效果、影像学上的变化和并发症的情况。进一步对比PEEK棒杂交手术和传统钛棒手术的临床疗效、影像学改变和并发症,并探讨原因及应对方法。方法选择一名正常没有伤病史的健康男性志愿者,对其进行CT扫描,将所有CT图像数据输入Mimics 13.0(Materialise,Shanghai,China)软件中,选定合适的CT灰度值(226-2540)后,通过Region Growing功能,再通过Calculate 3D功能,利用像素的不同,重建腰椎。将Mimics中输出的STL文件导入到Geomagic10(Geomagic,North Carolina,the United States)软件中,经过点云阶段-多边形阶段-形状阶段生成体模型。根据图纸在Pro/E Wildfire 1.0(PTC,the United States)软件中建立内固定系统模型,将L1-S1曲面模型的IGES文件输入Ansys(Ansys,the United States)中,建立L1-S有限元模型。共包括以下6种模型:完整标本,L4/5PEEK棒固定非融合,L4/5PEEK棒固定融合(椎间盘置入cage),L4/5钛棒固定融合,L3-L5PEEK棒非融合,L3-L5杂交固定融合(L4/5椎间盘置入cage)。在L1椎体上给予350N,在L1椎体的给予40Nm模拟活动,测试L2至L5节段在各个方向活动度上椎间压力和节段的活动度。研究2012年2月至10月,38例住院行PEEK棒非融合固定的患者。所有患者行相应部位减压术和PEEK棒固定术。纪录术前、术后1周、3月、6月、12月和24月的欧式功能障碍指数(Oswestry Disability Index,ODI)和日本骨科协会评分(japaneseorthopaedicsassociation,joa)来评价临床疗效。通过椎间高度指数,观察椎间高度变化情况,观察有无螺钉松动,椎间活动度变化情况。末次随访时,应用ct三维重建,观察peek棒有无断裂扭曲。研究2012年9月-2013年6月,58例手术治疗的腰椎退行性疾病的患者。患者设两组,peek棒杂交组,钛棒plif组。首要临床评价指标为简体中文版odi指数。最小临床有效度(minimalclinicallyimportantdifference,mcid)设置为10分。应用ct重建评价椎间隙是否骨性融合,标准为上下软骨终板间有不间断骨痂形成。末次随访通过三维ct重建来观察peek棒的完整性。相邻节段的评价采用mri上pfirrmann分级来评价。研究设计至少获得odi8分的改善,odi评分的术前标准差估计值为9分,设置Ⅰ类错误α为0.05,Ⅱ类错误β为0.1,预估的10%的失访率,计算一共需要58例患者。计算fleisskappa值来评估组间和组内一致性。结果建立的有限元模型经验证有效。在给定的负荷及力矩下,屈伸活动时正常l3/4椎间活动度为9°,l4/5钛棒固定后l3/4椎间活动度增加到12.5°。当应用peek棒杂交手术后,l3/4椎间活动度减少至2.5°。侧屈旋转活动时正常l3/4椎间活动度为6.7°,l4/5钛棒固定后l3/4椎间活动度增加到7.4°。当应用peek棒杂交手术后,l3/4椎间活动度减少至2.5°。轴向旋转活动时正常l3/4椎间活动度为6.0°,l4/5钛棒固定后l3/4椎间活动度增加到7.4°。当应用peek棒杂交手术后,l3/4椎间活动度减少至2.6°。在给定的负荷及力矩下,屈伸活动时正常l3/4椎间应力为5.3mpa,l4/5钛棒固定后l3/4椎间应力增加到6.0mpa。当应用peek棒杂交手术后,l3/4椎间应力减少至2.4mpa。屈伸活动时正常l3/4椎间应力为4.3mpa,l4/5钛棒固定后l3/4椎间应力增加到4.8mpa。当应用peek棒杂交手术后,l3/4椎间应力减少至2.2mpa。轴向旋转活动时正常l3/4椎间应力为4.2mpa,l4/5钛棒固定后l3/4椎间应力增加到4.3mpa。当应用peek棒杂交手术后,l3/4椎间应力减少至2.5mpa。非融合手术的最终纳入31例患者。患者平均年龄56.3岁,男女比例为12/19,平均随访23.8个月。术前诊断:11例腰椎间盘突出症,12例腰椎管狭窄症,6例腰椎不稳症,2例腰椎间盘突出症术后复发。odi术前平均51.4(36-70)分,术后1周降至平均37.8,术后3个月降至平均15.2,术后6个月降至平均14.4,术后12个月降至平均13.2,术后24个月降至平均13.0。joa评分术前平均13.7(7-19)分,术后1周升至平均15.9,术后3个月升至平均22.0,术后6个月升至平均22.2,术后1年升至平均23.4,术后2年平均23.2分。术前术后odi和joa评分差异有统计学差异(p<0.05)。dhi术前平均0.30(0.17-0.38),术后1周升至平均0.32,术后3个月平均0.31,术后6个月平均0.30,术后1年平均0.29,术后2年平均0.27,术前术后DHI变化无统计学差异(P>0.05)。椎间活动度术前平均8.8°,术后3个月平均2.1°,术后6个月平均2.1°,术后1年平均2.0°,术后2年平均1.8°,术前术后ROM变化有明显统计学差异(P<0.05)。1例患者12个月随访时发现螺钉松动的影像学表现,但随访过程中无临床症状。所有患者术后24个月随访时CT重建均未见PEEK棒断裂。PEEK棒杂交手术组末次随访28例患者资料完整,钛棒组27例患者资料完整。ODI评分PEEK棒杂交手术组术前平均52.5±10.6分,术后24个月降至平均14.4±3.2分,钛棒组术前平均53.2±9.9分,术后24个月平均降至14.9±2.5。重复测量方差分析两组间无统计学差异(P>0.05)。PEEK棒杂交手术组22例获得MCID,钛棒组20例获得MCID。JOA评分PEEK棒杂交手术组术前15.0±2.5分,术后24个月降至23.3±0.9分,钛棒组术前15.6±2.2分,术后24个月降至23.4±1.2,两组间无统计学差异(p>0.05)。PEEK棒杂交手术组1例术后发生椎弓根螺钉松动,钛棒组2例发生椎弓根螺钉松动,2年随访过程中均无临床症状。术后2年CT重建无PEEK棒断裂,CT重建PEEK棒组19例形成椎间骨性融合,钛棒组20例形成椎间骨性融合,两组间无明显差异(P=0.612)。组间和组内一致性kappa值为0.93和0.89。PEEK棒12例临近椎间盘内出现信号改变,2例由手术前Pfirrmann 3级退变至4级,10例出现椎间盘再水化现象,6例患者由Pfirrmann 4级变为3级,4例患者由Pfirrmann 3级变为2级。而钛棒组术后24个月随访时有4例由术前Pfirrmann3级退变至4级,2例由术前Pfirrmann3级退变至5级,2例由Pfirrmann4级退变至5级。PEEK棒组1例患者术后1个月时逐渐出现腰痛,症状渐加重。术后7个月就诊于我院,诊断为椎间融合器塌陷。行翻修手术,椎间植骨更换钛棒。患者术后第二天下床活动时诉腰痛明显缓解,随访两年无明显不适。结论PEEK棒非融合手术治疗腰椎退行性疾病可以降低相应节段的椎间应力,限制节段的过度活动。PEEK棒杂交手术可以降低相邻节段的椎间应力,限制异常活动。PEEK棒非融合手术治疗腰椎退行性疾病可以取得满意的治疗效果,并发症少。PEEK棒杂交手术可以取得同传统椎弓根螺钉融合手术相似的治疗效果,能够预防或改善相邻节段退变。