下颈椎前路融合术后与椎间盘置换术的生物力学比较分析：患者特异性多孔弹性有限元研究

研究背景：用于治疗颈椎间盘退行性疾病 (CDDD) 以降低相邻节段疾病 (ASD) 风险的最佳手术技术仍然难以捉摸。本研究旨在使用经过验证的特定于患者的几何学多孔弹性有限元建模 (FEM) 方法，进行下颈椎融合术后 (ACDF) 和人工椎间盘置换的生物力学比较研究。

研究发现：生物力学分析显示，ACDF对相邻椎间盘退变的潜在风险最高。这里研究的人工椎间盘(Prestige LP®和Bryan®)不仅保持了内固定节段的运动，而且维持了术前的ROM，并降低了相邻节段的盘内压力(IDP)和小关节联力(FJF)，尤其是在屈曲/伸展期间。Bryan®人工椎间盘在保持相邻椎间盘的天然孔弹特性方面表现出最大的功效。

Fig.1. (A-C)患者特有的下颈椎孔弹FE模型和(D)术后模型，包括颈椎前路减压融合术(ACDF)、Prestige和Bryan全关节置换术

Table.1. 患者特定有限元模型的材料特性

Fig.2. 术前FE模型(N=10)与先前报道的体外实验的节段间ROM（关节盘活动范围）对比术前FE模型(N=10)与体外实验的节段间ROM（关节盘活动度）在(A)屈、(B)伸、(C)侧弯和(D)轴向旋转时的对比，(E)盘内压力(IDP)对比

Fig.3. 在(A)固定节段(C5-C6)，(B)上相邻节段(C4-C5)和(C)较低相邻节段(C6-C7)不同运动水平的不同手术后，下颈椎FE模型的归化节段间ROM

Fig.4. IdP（盘内压力）的比较

Fig.5. FJF值（小关节作用力）的比较

Fig.6. 椎间盘高度损失和相邻节段的液体损失分析

Fig.7. 轴向应力和胶原纤维应变测试

转化意义：这项研究为临床医生提供了一种使用定量数据进行特定对象评估的技术，以对比评估ACDF和使用两种人工椎间盘的关节盘成形术对颈椎生物力学的影响。证实了不同固定技术下相邻间盘的孔弹性特征的差异，揭示了软核人工间盘在降低ASD风险方面的优势。

课题组简介：Kinda Khalaf教授，Khalifa大学生物医学工程教授，长期从事于医工交叉领域的研究。在临床医学领域专注于脊柱与关节外科的基础研究与临床治疗。

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