椎体前移融合术治疗长节段颈椎后纵韧带骨化症的生物力学机制研究

The reconstruction after anterior decompression surgery of multilevel posterior longitudinal ligament ossification (OPLL) is a clinical problem in the field of spinal surgery. We have reported an innovative technique named anterior controllable antidisplacement and fusion (ACAF) in the treatment of multilevel severe OPLL with satisfactory clinical results. The incidence rate of implant complications in ACAF was significantly lower than that in conventional cervical anterior reconstruction technique. Our preliminary study showed the unique biomechanical characteristics of ACAF might play an important role. However, the biomechanical mechanism remains unclear. This study aims to establish and verify a finite element simulation model of multilevel ACAF, and compares the difference of biomechanical behavior between ACAF technology and traditional anterior cervical reconstruction techniques. The effect of the retained ossification on the biomechanical behavior of the fixed segment of the cervical spine was observed by the finite element analysis. Further, the key factors and biomechanical mechanism of ACAF technique to influence the degeneration of adjacent segments were studied by the finite element analysis and the human specimen experiment. Thus, the biomechanical mechanisms of ACAF for the treatment of multilevel OPLL are then elaborated. The results of this study have important theoretical significance and clinical application value to enhance the biomechanical effect of ACAF technology and optimize the surgical technique, and provide important basic data support for the treatment of multilevel OPLL.

长节段颈椎后纵韧带骨化症（OPLL）进行前路减压手术后的颈椎稳定性重建是临床面临的重要难题。临床研究发现，我团队创新的椎体前移融合术（ACAF）治疗长节段OPLL具有良好的术后疗效，内固定相关并发症的发生率显著低于传统颈椎前路重建技术。而前期研究提示，ACAF技术的生物力学特点在上述过程中发挥了重要作用，但具体机制尚不明确。本项目拟建立并验证长节段ACAF的有限元仿真模型，对比ACAF技术与传统前路重建技术的生物力学行为差异。并通过有限元分析，观察保留的骨化物对颈椎固定节段生物力学行为特性的影响。进一步的，通过有限元分析和人体标本实验研究ACAF技术影响相邻节段退变的关键因素及生物力学机制。最终探讨ACAF治疗长节段颈椎OPLL的生物力学机制。研究结果对于提升ACAF技术的生物力学效果和优化手术方案有重要的理论意义和临床应用价值，同时为长节段OPLL治疗新术式的提出提供重要的基础数据支撑。

背景：长节段颈椎后纵韧带骨化症（OPLL）进行前路减压手术后的颈椎稳定性重建是临床面临的重要难题。临床研究发现，我团队创新的椎体前移融合术（ACAF）治疗长节段OPLL具有良好的术后疗效，内固定相关并发症的发生率显著低于传统颈椎前路重建技术。而前期研究提示，ACAF技术的生物力学特点在上述过程中发挥了重要作用，但具体机制尚不明确。.目标：本项目拟建立并验证长节段ACAF的有限元仿真模型，对比ACAF技术与传统前路重建技术的生物力学行为差异。.方法：建立健康成人完整颈椎的有限元模型。构建三种颈前路术式模型： （1）完成 C4、C5 前移的 ACAF；（2）完成 C4、C5 椎体次全切除的 ACCF；（3）完 成 C3/C4、C4/C5 和 C5/C6 椎间隙减压的 ACDF。于 C2 参考点施加不同方向上的 2Nm 纯力偶矩加载以及垂直与 C2 上界面向 C7 方向的 75N 垂直加载，以模拟前屈、后伸、 侧弯、旋转。对各组模型的活动范围、终板应力、内固定系统应力、内置物应力及螺 钉椎体界面应力进行分析比较。.结果： ACAF和ACDF术后ROM下降幅度大于ACCF,尤其是在前屈位、侧弯位。ACCF内固定系统中的应力峰值高于ACAF和ACDF，且螺钉钛板连接处应力最为集中。ACCF于C3、C6螺钉椎体界面的最大von Mises 应力高于ACAF和ACDF。ACCF和ACAF内置物的最大von Mises应力高于 ACDF。ACCF上下终板的最大von Mises应力高于ACAF和ACDF。.结论：本次有限元分析研究表明，ACAF 技术可获得与 ACDF 相近的术后稳定性，且明显优于ACCF的术后稳定性。ACAF 的内固定失败、头尾端螺钉松动、拔出及内置物下沉风险均小于 ACCF，但其内固定失败、头尾端螺钉松动、拔出的风险仍大于ACDF，尤其是在旋转活动中。而在骨融合方面，ACAF要优ACDF。上述结果证实了多节段置钉分散应力的理论在 ACAF 技术中同样适用，但要注意 ACAF 术后旋转活动的限制，以更好地避免内固定失败的发生。这项研究将为 ACAF 技术现有临床效果的解读及远期并发症的预测提供科学的参考依据，并对其提高临床实践操作和完善预后康复方案具有重要的指导意义。