一种新颖的后路内镜颈椎手术方法用于治疗颈椎椎管狭窄性神经根病：有限元分析（C2-T1段）

《Frontiers in Bioengineering and Biotechnology》：A novel posterior endoscopic cervical approach for treating cervical spondylotic radiculopathy: a finite-element analysis(C2-T1)

本研究通过有限元分析比较了传统后路内镜颈椎椎间盘切除术（PECD-KH）与新型术式（PECD-LM）对颈椎生物力学的影响。结果显示，PECD-LM在关节应力、ROM变化及椎间盘压力方面更具优势，证实其安全性，但需进一步长期验证。

　　本研究旨在初步评估一种新型手术方法的安全性，并探讨不同手术方式对颈椎生物力学特性的影响。颈椎病是一种常见的临床问题，尤其在中老年人群中更为普遍。随着人口老龄化趋势的加剧，颈椎病的发病率也在逐年上升，给患者的生活质量带来了显著影响。颈椎病的治疗方式多种多样，包括保守治疗和手术治疗。保守治疗通常适用于症状较轻的患者，而手术治疗则适用于保守治疗无效或病情严重的患者。其中，后路内镜颈椎间盘切除术（Posterior Endoscopic Cervical Discectomy, PECD）作为一种微创手术方式，因其创伤小、恢复快等优点，逐渐成为临床治疗颈椎病的重要手段之一。

在传统PECD手术中，医生通常需要通过“V点”（即上、下关节突与椎板交界处）建立手术通道，以达到椎间盘减压的目的。然而，这一操作方式可能会对关节突造成一定程度的损伤，从而影响颈椎的稳定性。有研究表明，传统PECD手术后颈椎不稳定的发生率约为4.9%，这提示我们，虽然传统手术在临床中广泛应用，但其对颈椎结构的潜在影响不容忽视。因此，为了进一步优化手术方式，减少对颈椎结构的破坏，提高手术的安全性和长期效果，研究人员尝试开发了一种新型的PECD手术方法，即基于颈椎侧块的PECD（PECD-LM）。该方法通过在侧块上建立手术通道，避免了对关节突的直接切除，从而保留了关节突的完整性，有助于维持颈椎的稳定性。

为了更全面地评估不同手术方式对颈椎生物力学特性的影响，研究人员采用有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）的方法，构建了一个完整的C2–T1颈椎有限元模型，并在此基础上分别模拟了传统PECD（PECD-KH）和新型PECD（PECD-LM）的手术过程。通过设定不同的骨隧道形态和手术方式，研究人员比较了两种手术方式在不同运动模式下对颈椎活动范围（Range of Motion, ROM）、C6椎体的椎弓根应力（C6 pedicle stress）、关节突应力（C6 facet joint stress）以及椎间盘压力（Intervertebral Disk Pressure, IDP）的影响。研究中采用了100 N的压缩载荷和2.0 Nm的弯矩，以模拟头颈部的正常活动负荷和极端情况下的力学环境。

研究结果显示，传统PECD手术对颈椎活动范围的影响较小，仅在某些运动模式下出现不到5%的变化，而新型PECD手术则表现出更复杂的生物力学变化。例如，在侧弯运动模式下，新型手术方式的骨隧道准备方式不同，导致颈椎活动范围的变化幅度在5%至7.4%之间。这一发现提示我们，虽然新型手术方式在一定程度上能够减少对关节突的损伤，但在某些运动状态下，可能会对颈椎的活动范围产生更显著的影响。因此，需要进一步探讨不同骨隧道准备方式对颈椎活动范围的具体影响机制，以期优化手术方案，减少术后颈椎活动范围的变化。

在椎弓根应力方面，传统PECD手术对椎弓根的影响相对较小，而新型手术方式则表现出显著的应力变化。具体而言，新型手术方式在侧弯和旋转运动模式下，椎弓根的应力峰值达到了66.6 MPa，是正常情况下的5.4倍。这一结果表明，虽然新型手术方式能够减少对关节突的损伤，但其对椎弓根的应力影响较大，尤其是在侧弯和旋转运动时。这提示我们，椎弓根在颈椎的稳定性中起着重要作用，其应力变化可能会对术后颈椎的长期稳定性产生影响。因此，在手术设计中，需要充分考虑椎弓根的应力分布情况，以避免术后出现椎弓根骨折或其他并发症。

在关节突应力方面，传统PECD手术对关节突的应力影响较大，尤其是在伸展运动模式下，关节突的应力增加了约10.7%。而新型手术方式则表现出较小的应力变化，特别是在某些特定的骨隧道准备方式下，关节突的应力变化幅度控制在6.6%以内。这一结果表明，新型手术方式在减少关节突损伤方面具有一定的优势，有助于维持颈椎的稳定性，降低术后颈椎退行性变的风险。然而，需要注意的是，尽管新型手术方式在一定程度上能够减少对关节突的应力影响，但在某些情况下，如完全切除椎弓根（M6模型），关节突的应力变化可能会被转移到其他结构上，例如横突和椎体的其他部分。因此，需要进一步研究不同手术方式对颈椎各部分应力分布的具体影响，以期找到最优的手术方案。

在椎间盘压力方面，无论是传统PECD手术还是新型PECD手术，对椎间盘压力的影响都较为有限，变化幅度均小于5%。这一结果表明，两种手术方式在椎间盘减压方面都具有一定的优势，且对椎间盘的生物力学特性影响较小。然而，椎间盘的压力变化可能会对椎间盘的长期健康产生影响，尤其是在术后恢复过程中，椎间盘的应力分布可能会发生变化，进而影响其功能和结构。因此，在术后康复过程中，需要关注椎间盘的压力变化情况，并采取相应的措施来维持其正常功能。

此外，研究还发现，不同骨隧道准备方式对颈椎活动范围和椎弓根应力的影响存在显著差异。例如，在某些特定的骨隧道准备方式下，颈椎活动范围的变化幅度较小，而椎弓根的应力变化则较为显著。这一现象可能与骨隧道的形态和位置有关，因此，在手术设计中，需要充分考虑骨隧道的形态和位置，以减少对颈椎结构的破坏，同时确保手术的有效性。同时，研究还指出，保留椎弓根的下内侧四分之一区域（即M1和M4模型）能够有效减少颈椎活动范围的变化和椎弓根应力的增加，这提示我们，椎弓根的特定区域在维持颈椎稳定性方面具有重要作用。

研究的局限性也值得关注。首先，有限元模型是一种简化的模拟方式，无法完全反映人体颈椎的真实生物力学特性，尤其是忽略了肌肉对颈椎稳定性的影响。然而，由于传统PECD和新型PECD手术均采用了类似的手术路径，因此，模型的简化在一定程度上不会影响两者的比较结果。其次，本研究仅关注了手术通道对颈椎生物力学特性的影响，而未模拟完整的PECD手术过程，包括对后纵韧带、椎间盘和椎体关节的处理。这些因素可能会对术后颈椎的生物力学特性产生更显著的影响，因此，未来的研究需要进一步考虑这些因素，以获得更全面的评估结果。此外，本研究使用的模型基于一名健康年轻女性的影像数据，缺乏颈椎病患者特有的退行性变化。虽然手术通道主要涉及侧块和椎弓根，这些结构在颈椎病患者中通常保持完整，但未来的研究需要在更广泛的患者群体中进行验证，以确保研究结果的普适性。

综上所述，本研究初步表明，新型PECD手术方式在安全性方面具有一定的优势，日常活动负荷下不会导致侧块或椎弓根骨折。与完整模型相比，两种手术方式对颈椎活动范围和椎间盘压力的影响较小，而新型手术方式对关节突的影响相对较小，表明其可能成为一种更有前景的PECD手术方式。基于椎弓根应力和活动范围的变化，保留椎弓根的下内侧四分之一区域有助于维持颈椎的稳定性，同时减少对周围结构的破坏。因此，在未来的临床实践中，应优先考虑保留椎弓根的下内侧四分之一区域，并尽量减少对颈椎结构的干扰，以实现更有效的神经减压和更高的手术安全性。