胸腰椎爆裂性骨折短节段伤椎固定三维有限元模型构建及生物力学比较研究

朱海明  丁亮  张东  吴鸣  倪伟峰  薛锋  何志敏

目的: 建立胸腰椎爆裂性骨折后路不同固定方式的尸体标本和三维有限元模型,比较不同固定方式的生物力学特点,优化手术方式选择。

方法: 6具20~40岁青壮年胸腰椎(T11~L3)标本,压缩法制作L1椎体爆裂性骨折模型。平均分成3组,分别行后路长节段固定、常规短节段固定和伤椎短节段固定的手术固定方式,三维运动试验机检测标本在10 N·m力矩下前屈、后伸、侧屈和旋转4个方位的运动范围(ROM),材料机评估标本在500 N压力下的轴向压缩刚度。另取1具尸体为正常胸腰椎模型,借助CT扫描和有限元软件,模拟L1节段爆裂性骨折生成三种不同手术固定方式的有限元模型,施加相应载荷,分析各模型的应力分布,比较并进一步验证力学分析结果。

结果: 生物力学证明,后路长节段固定、短节段固定和伤椎短节段固定后的胸腰段爆裂性骨折模型的ROM值和轴向压缩刚度组间差异无统计学意义。三维有限元应力分布显示,常规短节段和经伤椎短节段固定在T12平面的应力显著小于后路长节段固定方式。

结论: 三种手术固定方式均能达到T11~L3节段的稳定,但后路常规短节段固定和经伤椎短节段固定更易于对伤椎的保护,经伤椎短节段固定具有更高的稳定性。