在手术治疗后纵韧带骨化时，前路颈椎椎体切除术与融合术、前路可控前移融合术以及前路颈椎X形椎体切除术与融合术的生物力学比较：一项有限元分析

《Frontiers in Bioengineering and Biotechnology》：Biomechanical comparison of anterior cervical corpectomy and fusion, anterior controllable antedisplacement and fusion, and anterior cervical X-shape-corpectomy and fusion in the surgical treatment of ossification of the posterior longitudinal ligament: a finite element analysis

颈椎后纵韧带骨化（OPLL）的手术方法（ACCF、ACAF、ACXF）在减压效果上相似，但生物力学特性存在差异。通过有限元模型分析发现，ACAF和ACXF在融合区活动度限制最严（ROM 0.93°和3.50°），内固定系统应力显著低于ACCF（ACAF笼体应力57.52 MPa，ACXF 121.42 MPa），且ACXF相邻椎间盘压力最低（1.52 MPa）。ACAF的螺钉应力高于ACXF，但整体稳定性更优，抗沉降性能与ACXF相当，邻近节段疾病风险更低。

　　在现代医学领域，随着对脊柱疾病研究的不断深入，越来越多的外科手术方法被开发和应用。其中，针对后纵韧带骨化症（Ossification of the Posterior Longitudinal Ligament, OPLL）的治疗，几种前路手术方式因其相似的解剖学效果而受到关注。OPLL是一种罕见但可能严重影响脊柱功能的疾病，主要表现为后纵韧带异常钙化，导致脊髓受压，从而引发神经功能障碍。目前，前路颈椎椎体切除术（Anterior Cervical Corpectomy and Fusion, ACCF）被认为是治疗OPLL的标准手术方式之一。然而，随着技术的进步，出现了两种新的手术方式：前路可控前移融合术（Anterior Controllable Antedisplacement and Fusion, ACAF）和前路颈椎X形椎体切除融合术（Anterior Cervical X-Shape-Corpectomy and Fusion, ACXF）。这些新方法在实现解剖学减压方面与ACCF效果相近，但其在生物力学特性上的差异尚未被充分研究。因此，通过有限元分析（Finite Element Analysis, FE）来评估这三种手术方式的生物力学表现，有助于理解其在临床中的应用价值，并为手术选择提供理论依据。

有限元分析是一种广泛应用于生物力学研究的计算方法，其基本原理是将复杂的结构分解为多个小单元，通过数值模拟来预测结构在不同载荷条件下的力学行为。本研究中，基于一名健康男性志愿者的高分辨率CT数据，构建了颈椎C3-C7的有限元模型，模拟了ACCF、ACAF和ACXF三种手术方式的术后状态。通过比较手术后颈椎节段的活动范围（Range of Motion, ROM）、内固定系统的von Mises应力以及邻近椎间盘的压力（Intervertebral Disc Pressures, IDPs），评估了这三种手术方式在生物力学方面的表现差异。

首先，关于活动范围的分析，研究发现三种手术方式在融合区域均显著限制了颈椎的活动范围，但ACAF的限制最为明显，ACXF则相对最轻。这意味着ACAF在术后可能更有效地稳定脊柱，减少不必要的运动，从而降低邻近节段的代偿性活动。然而，ACXF在某些方向上保留了更高的活动范围，这可能与其手术方式中对椎体的保留程度较高有关。这种保留有助于维持颈椎的自然运动模式，减少术后因过度固定而导致的邻近节段退变风险。因此，ACXF可能更适合需要长期保持颈椎活动能力的年轻患者。

其次，关于内固定系统的应力分析，研究发现ACCF的内固定系统承受的应力最大，尤其是在融合装置中。相比之下，ACAF的融合装置应力较低，而ACXF的螺钉应力也较低。这种差异可能与三种手术方式在固定结构上的设计不同有关。ACCF通常涉及较广泛的椎体切除，因此对内固定系统的要求更高，而ACAF和ACXF则通过不同的固定策略，如使用螺钉和前路钢板的组合或零轮廓笼子，减少了内固定系统的负荷。ACAF中，由于椎体的前移，使得螺钉承受了更大的应力，而ACXF中，螺钉更多地作为锚定结构，承担的负荷较小。这种设计差异不仅影响了手术后的稳定性，还可能对患者的长期恢复产生重要影响。

此外，研究还发现，ACCF在椎体骨板上产生的应力最高，而ACXF则最低。这表明，ACCF可能对椎体骨板造成更大的机械压力，从而增加骨块下沉（subsidence）的风险。而ACXF由于保留了更多的椎体结构，使得应力分布更加均匀，有助于减少骨块下沉的可能性。这种特性对于那些存在骨质疏松或其他骨结构薄弱的患者尤为重要，因为这些患者在术后更容易出现内固定失败或骨块下沉的问题。因此，ACXF可能在这些患者中表现出更好的长期稳定性。

关于邻近节段的压力分析，研究发现ACXF在邻近节段的椎间盘压力最低，而ACCF则相对较高。这说明ACXF在术后能够更有效地分散载荷，减少对邻近节段的压迫，从而降低邻近节段退变的风险。邻近节段退变是脊柱手术后常见的并发症之一，可能导致患者需要再次手术。因此，ACXF在预防邻近节段退变方面可能具有一定的优势。

在讨论部分，研究者指出，有限元分析能够帮助医生更好地理解手术后的生物力学变化，从而制定个性化的治疗方案。ACCF虽然在解剖学减压方面效果显著，但其对内固定系统和邻近节段的压力较大，可能导致术后并发症。相比之下，ACAF和ACXF在降低内固定系统风险、增强骨融合能力以及减少邻近节段退变方面表现出更优的性能。ACAF由于保留了更多的椎体结构，可能更适合那些颈椎稳定性较差的患者，而ACXF则更适合需要长期保持颈椎活动能力的患者。

然而，研究也指出了一些局限性。首先，所使用的有限元模型基于健康志愿者的CT数据，可能无法完全反映OPLL患者的病理变化，如骨质疏松、骨赘形成、小关节病变等。其次，大多数韧带被简化为弹簧元素，无法准确模拟其在实际手术中的力学行为。此外，模型的简化可能导致某些细节被忽略，例如微小的运动或复杂的生物力学相互作用。最后，研究仅模拟了单节段的手术情况，而实际临床中，OPLL可能涉及多个节段，因此需要进一步研究多节段手术的生物力学表现，以更全面地评估这些手术方式的临床适用性。

总体而言，本研究通过有限元分析揭示了ACCF、ACAF和ACXF在生物力学方面的差异。这些差异不仅影响了手术后的稳定性，还可能对患者的长期恢复和生活质量产生重要影响。因此，医生在选择手术方式时，应根据患者的具体情况，如颈椎稳定性、骨结构状态、年龄以及对术后活动能力的需求，综合考虑这些手术方式的优缺点，以实现最佳的治疗效果。