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摘要
目的：利用三维有限元分析的方法，比较三种腰椎椎板切除回植术（laminectomy replantation,LMRP）的生物力学特性，为LMRP的选择提供相关生物力学依据。方法：提取一名35岁健康男性志愿者的全腰椎CT图像数据，建立L1～L5的有限元模型，得到正常全腰椎模型M0并进行有效性验证。参照临床手术方法，以L3椎体为手术节段，根据不同手术方式及韧带离断情况建立不同的LMRP模型，包括揭盖式LMRP模型M1；头侧翻转式LMRP模型M2a、尾侧翻转式LMRP模型M2b；保留棘间、棘上韧带连续性的旋转式LMRP模型M3。对各模型L5椎体下表面进行固定约束，在L1椎体上表面施加垂直向下的压力载荷500N，同时在该表面施加10N·m力矩载荷，分别进行前屈、后伸、左右侧屈、左右旋转六种工作状态加载，分析各模型在6种运动状态下各节段腰椎关节活动度（range of motion,ROM）及各部位最大等效应力。结果：与相关文献数据比较，模型M0中L1～L5各节段ROM及总ROM与既往研究结果相近，证明本模型有效。前屈状态下M1～M3模型相较于M0,L1～L5整体ROM增大百分比依次为M1(21.6%)>M2b(15.6%)>M2a(12.1%)>M3(3.6%)>M0;L2/3节段ROM增大百分比为M1 (52.8%)>M2b (51.8%)>M2a (11.7%)>M3 (10.5%)>M0;L3/4节段ROM增大百分比为M1(50.0%)>M2a (46.7%)>M2b (17.1%)>M3 (7.9%)>M0；各模型L1/2椎间盘最大等效应力较M0增大19.0%～23.0%;L2/3椎间盘最大等效应力变化百分比为M1(29.42%)>M2b(29.41%)>M2a(6.1%)>M3(5.2%)>M0;L3/4椎间盘最大等效应力变化百分比为M1(26.6%)>M2a(26.2%)>M2b(7.5%)>M3(2.5%)>M0;L4/5椎间盘最大等效应力较M0减少10.0%～11.5%;L1～L5关节软骨整体最大等效应力变化百分比为M2a(63.6%)>M1(61.3%)>M2b(9.2%)>M3(3.5%)>M0；各模型术椎椎体及椎弓根处钛钉最大等效应力无明显差异且M3最小；术椎棘突及棘突处钛钉最大等效应力由大到小依次为M2a>M3>M1>M2b；两侧微型钛板最大等效应力由大到小依次均为M2a>M3>M1,M2b中两侧微型钛板的最大等效应力规律与术椎及其他内固定物最大等效应力规律不一致；M1与M3微型钛板整体应力明显低于M2a与M2b且应力分布相对均匀。左旋右旋状态下，M1～M3模型中L3/4节段ROM较M0增大约40%，其他状态下各模型ROM及最大等效应力无明显差异。结论：相较于揭盖式和翻转式LMRP，保留棘间、棘上韧带连续性的旋转式LMRP各节段ROM与正常模型接近，具有良好的术后稳定性，各结构应力与正常模型相比变化较小，内固定物应力分布均匀。
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单位湖南中医药大学; 省骨科医院; 河南省洛阳正骨医院
