颈椎融合术中不同尺寸融合器对生物力学影响的有限元分析：微创手术的可行性探索

本研究针对传统前路颈椎间盘切除融合术(ACDF)切口大、并发症多的问题，探索了经皮内窥镜下使用小尺寸融合器(cage)的可行性。山西医科大学第三医院等团队通过有限元分析(FEA)比较了三种宽度(7/10/14 mm)聚醚醚酮(PEEK)融合器的生物力学性能，发现10 mm宽融合器在完全融合状态下既能维持椎体稳定性，又不会显著增加邻近节段退变(ASD)风险，为微创ACDF手术提供了理论依据。

　　

颈椎病作为常见的退行性疾病，随着人口老龄化问题日益突出。当前临床采用的前路颈椎间盘切除融合术(ACDF)虽能有效解除神经压迫，但传统开放手术需要较大切口，容易导致吞咽困难、喉返神经损伤等并发症。随着微创技术的发展，经皮内窥镜颈椎间盘切除术(PECD)因其创伤小、恢复快等优势受到关注，但该技术仅适用于轻度病例。如何兼顾手术效果与微创优势，成为脊柱外科领域亟待解决的问题。

山西医科大学第三医院联合太原理工大学生物医学工程学院的研究团队在《BMC Musculoskeletal Disorders》发表研究，通过计算机模拟探索了缩小融合器尺寸对术后生物力学的影响。研究聚焦ACDF手术中最常用的C5-C6节段，创新性地提出"经皮内窥镜下ACDF"的手术构想。由于内窥镜通道直径限制，必须使用更小的椎间融合器，但尺寸减小可能影响融合效果和椎体稳定性。为此，研究人员采用有限元分析法，系统比较了三种宽度(7/10/14 mm)聚醚醚酮(PEEK)融合器的生物力学差异。

研究采用的关键技术包括：基于健康成人CT扫描数据构建C3-C7节段三维有限元模型；模拟ACDF手术建立三种不同尺寸(7/10/14 mm宽)融合器植入模型；施加1 Nm扭矩和73.6 N轴向载荷模拟六种生理活动；通过模型验证确保结果可靠性。研究特别关注完全融合状态下的生物力学变化，以评估长期效果。

【范围活动度(ROM)分析】
结果显示，所有手术模型在融合节段(C5-C6)的活动度均降低95%以上，表明融合器能有效限制节段运动。虽然7 mm融合器模型的活动度略高于其他两组，但差异不足1度，说明尺寸缩小对完全融合后的稳定性影响有限。邻近节段(C3-C4、C4-C5、C6-C7)出现代偿性活动度增加，但三组间无显著差异。

【椎间盘压力(IDP)变化】
在屈伸运动中，邻近节段椎间盘压力显著增加。上位邻近节段(C4-C5)在10 mm融合器模型中出现最大压力值(0.8391 MPa)，下位邻近节段(C6-C7)压力增幅达84.3%。但三种尺寸融合器对邻近节段压力的影响程度相近，表明小尺寸融合器不会额外增加邻近节段退变风险。

【关节突压力(FJP)分布】
手术节段关节突压力普遍降低，其中旋转运动时降幅达79.8%。非手术节段则出现代偿性压力升高，7 mm融合器在C3-C4节段延伸运动时产生最大压力(2.793 MPa)。值得注意的是，随着融合器尺寸减小，关节突压力呈上升趋势。

【融合器-终板界面应力】
7 mm融合器在侧弯和旋转时出现明显应力集中，终板接触面最大应力比14 mm融合器高234%。相比之下，10 mm融合器应力增幅仅为14-27%，且分布更均匀。应力云图显示，7 mm融合器表面存在明显应力集中区域，而10 mm融合器应力分布更为合理。

【融合器应力分析】
尺寸减小导致融合器表面应力显著增加。在旋转运动中，7 mm融合器上表面最大应力达12.9 MPa，是14 mm融合器的3倍。侧弯时应力集中于融合器两侧，屈伸时则集中于前侧，7 mm融合器在各种运动状态下均承受最高应力。

研究结论指出，在完全融合状态下，10 mm宽的PEEK融合器既能维持椎体稳定性，又不会显著增加邻近节段退变风险。虽然7 mm融合器会导致应力集中，增加下沉风险，但10 mm融合器的生物力学表现与常规尺寸相当。这为经皮内窥镜下ACDF手术提供了重要理论依据：使用10 mm宽的PEEK融合器，既能满足微创通道的空间限制，又能保证手术效果。

该研究的创新价值在于：首次系统评估了融合器尺寸缩小对颈椎生物力学的影响；提出了"Zero-P"融合器作为内窥镜手术的理想选择，因其无需前路钢板即可提供足够稳定性；证实PEEK材料能有效缓解小尺寸融合器的应力问题。这些发现为开发新型微创颈椎融合系统指明了方向，对推动脊柱外科手术的微创化发展具有重要意义。未来研究可进一步探索不同形状、多孔结构的小尺寸融合器，以及早期骨愈合阶段的生物力学变化。