零切迹颈椎融合系统在不同骨质量条件下的生物力学性能比较：有限元分析揭示植入物下沉风险与稳定性差异

针对零切迹(ZP)植入物在颈椎前路减压融合术(ACDF)中易发生下沉的问题，福州第二总医院团队通过有限元(FE)分析比较了双螺钉(TSZP)、四螺钉(FSZP)和ROI-C三种ZP系统在正常与骨质疏松条件下的生物力学表现。研究发现FSZP稳定性最佳，ROI-C植入物相关并发症风险最低，而TSZP更易发生下沉，骨质疏松会显著恶化所有参数。该研究为临床植入物选择提供了重要力学依据，成果发表于《Journal of Orthopaedic Surgery and Research》。

　　

颈椎退行性疾病是困扰中老年人群的常见病症，而颈椎前路减压融合术(ACDF)自1958年问世以来，已成为治疗该疾病的"金标准"。传统术式采用钛板-融合器(CP)系统，虽能有效重建稳定性，却常伴随吞咽困难、邻近节段退变等并发症。零切迹(ZP)植入物的出现虽部分解决了这些问题，但临床数据显示其融合器下沉率高达8%-39%，尤其在骨质疏松患者中更为显著。这个看似微小的毫米级下沉，可能导致颈椎曲度异常、神经压迫甚至手术失败。更棘手的是，目前临床常用的双螺钉(TSZP)、四螺钉(FSZP)和ROI-C三种ZP系统，其生物力学特性差异始终雾里看花，医生选择时往往缺乏科学依据。

为揭开这个谜团，来自福州第二总医院和福建医科大学的研究团队另辟蹊径，运用工程学领域的有限元(FE)分析技术，在虚拟世界中构建出精确的颈椎生物力学实验室。他们以52岁健康男性的CT数据为基础，通过Mimics、Geomagic等软件重建出包含C3-C7椎体、椎间盘、韧带等结构的数字颈椎，并分别植入TSZP、FSZP和ROI-C三种ZP系统。研究别出心裁地设置了正常和骨质疏松两组模型——后者将皮质骨弹性模量降低33%，松质骨降低66%，真实模拟骨质流失的力学变化。通过在C3施加73.6N垂直载荷和1Nm扭矩，研究人员让这些数字颈椎完成前屈、后伸、侧弯和旋转动作，就像在计算机里进行了一场精密的生物力学体操。

这项发表在《Journal of Orthopaedic Surgery and Research》的研究，主要运用了医学影像三维重建、有限元建模、多物理场耦合分析等技术。研究数据来源于健康志愿者（52岁男性）的高分辨率CT扫描，通过伦理审查（批号2023001）。

术后节段活动度(ROM)
如同预期，所有植入系统都显著降低了手术节段(C4/5)的活动度。但令人惊讶的是，四螺钉(FSZP)系统展现出"铁壁"般的稳定性，其ROM值最低（例如正常骨量下前屈仅0.73°），而双螺钉(TSZP)则像"弹簧"般允许更大活动（同条件下1.04°）。ROI-C表现居中，但骨质疏松会使所有系统的ROM增加30%-50%，如同年久失修的铰链。

植入系统应力分布
ROI-C的"一体成型"设计展现出工程智慧，其峰值应力（如前屈69.97MPa）显著低于其他系统。TSZP的螺钉如同超载的"船锚"，承受着最高应力（前屈162.71MPa）；而FSZP通过"分散投资"策略，将压力更多转移到融合器（前屈101.67MPa）。骨质疏松时，这些应力值普遍飙升40%-60%，仿佛脆弱的骨质把负担都转嫁给金属植入物。

皮质终板应力
这个决定植入物是否下沉的关键指标呈现出有趣规律：TSZP在侧弯时产生16.72MPa的高应力，如同"跷跷板"单侧受压；FSZP凭借对称固定，在正常骨量下表现最佳（最低11.47MPa）；而ROIC在骨质疏松时反而占优（最低7.29MPa）。研究还发现终板中央存在"应力空白区"，提示植骨位置的重要性。

邻近节段椎间盘压力(IDP)
三种系统对邻近节段的影响差异不大，但骨质疏松会使IDP增加20%-30%。值得注意的是，所有高应力都集中在纤维环区域，这或许解释了为何术后邻近节段易发生纤维环撕裂。

这项研究犹如为ZP植入物绘制了精细的"力学地图"：对于骨量正常的患者，追求稳定性可选FSZP，注重安全边际则选ROI-C；而骨质疏松患者可能需要重新权衡——ROI-C的嵌入式垫片设计可能比螺钉固定更保护脆弱骨质。研究还揭示了一个关键机制：ZP植入物的下沉不仅与终板应力相关，更与骨质变形量密切相关，这解释了为何骨质疏松患者即使终板应力未显著升高，仍易发生下沉。

该成果的临床意义不言而喻：首先，它首次系统比较了三种主流ZP系统的力学特性，为临床选择提供量化依据；其次，揭示了骨质疏松影响手术效果的生物力学本质；最后，为未来植入物设计指明方向——优化应力分布、减少骨损伤的新型结构可能成为研发重点。正如研究者Xiong-han Lian和Wen-jia Sun在文中强调的，这项研究将工程思维引入临床决策，让颈椎融合手术从"经验医学"迈向"精准力学"时代。