内镜下椎间孔成形和椎板间成形对椎间盘、椎体峡部生物力学特性的影响

doi:10.12307/2023.779

中国组织工程研究 ›› 2024, Vol. 28 ›› Issue (6): 833-839.doi: 10.12307/2023.779

• 骨与关节生物力学 bone and joint biomechanics • 上一篇下一篇

内镜下椎间孔成形和椎板间成形对椎间盘、椎体峡部生物力学特性的影响

张瑞1，2，王琨1，2，沈子聪1，毛路1，2，吴小涛1，2

1东南大学医学院，江苏省南京市 210009；2东南大学附属中大医院骨科，江苏省南京市 210009

收稿日期:2022-11-18 接受日期:2023-01-04 出版日期:2024-02-28 发布日期:2023-07-11
通讯作者: 吴小涛，博士，教授，主任医师，东南大学医学院，江苏省南京市 210009；东南大学附属中大医院骨科，江苏省南京市 210009 毛路，博士，副主任医师，东南大学医学院，江苏省南京市 210009；东南大学附属中大医院骨科，江苏省南京市 210009
作者简介:张瑞，男，1991年生，江苏省盐城市人，汉族，东南大学医学院在读硕士，主要从事脊柱外科研究。王琨，男，1987年生，安徽省安庆市人，汉族，博士，主治医师，主要从事脊柱外科相关研究。

Effects of endoscopic foraminoplasty and laminoplasty on biomechanical properties of intervertebral disc and isthmus

Zhang Rui1, 2, Wang Kun1, 2, Shen Zicong1, Mao Lu1, 2, Wu Xiaotao1, 2

1School of Medicine, Southeast University, Nanjing 210009, Jiangsu Province, China; 2Department of Orthopedics, Zhongda Hospital, Southeast University, Nanjing 210009, Jiangsu Province, China

Received:2022-11-18 Accepted:2023-01-04 Online:2024-02-28 Published:2023-07-11
Contact: Wu Xiaotao, MD, Professor, Chief physician, School of Medicine, Southeast University, Nanjing 210009, Jiangsu Province, China; Department of Orthopedics, Zhongda Hospital, Southeast University, Nanjing 210009, Jiangsu Province, China Mao Lu, MD, Associate chief physician, School of Medicine, Southeast University, Nanjing 210009, Jiangsu Province, China; Department of Orthopedics, Zhongda Hospital, Southeast University, Nanjing 210009, Jiangsu Province, China
About author:Zhang Rui, Master candidate, School of Medicine, Southeast University, Nanjing 210009, Jiangsu Province, China; Department of Orthopedics, Zhongda Hospital, Southeast University, Nanjing 210009, Jiangsu Province, China Wang Kun, MD, Attending physician, School of Medicine, Southeast University, Nanjing 210009, Jiangsu Province, China; Department of Orthopedics, Zhongda Hospital, Southeast University, Nanjing 210009, Jiangsu Province, China

摘要/Abstract

摘要： 文题释义：

椎间孔成形：在脊柱内镜下椎间孔扩大成形术通过使用环锯和镜下磨钻等工具，对下位椎体上关节突部分骨质进行切除，扩大椎间孔狭窄的下半部分。该方法不仅可以为经皮椎间孔镜进入椎管内打通通道，还能对椎间孔区及侧隐窝进行有效减压，扩大了经皮椎间孔镜应用范围，提高其疗效和安全性。

椎板间成形：在内镜下使用环锯、磨钻等工具，对椎间隙黄韧带、上位椎体的下关节突内侧缘和部分椎板骨质进行切除，扩大镜下操作空间，充分显露走行根，确保减压彻底，提高临床疗效。

背景：内镜治疗腰椎间盘突出症较传统开放手术优势明显，为植入工作套管，需切除部分骨质，但目前尚无术中椎间孔成形和椎板间成形两种成形术对腰椎局部结构力学特性影响的研究。

目的：比较椎间孔成形和椎板间成形对椎间盘、椎体峡部生物力学特性的影响。
方法：取1名健康男性志愿者的腰骶CT图像，建立L3至骶椎的有限元模型M0。在M0基础上建立L5/S1的椎间孔一级成形模型M1和椎间孔二级成形模型M2、椎板间成形模型M3。施加相同载荷，比较各模型椎体间活动度、椎间盘应力、L5椎体峡部等效应力特性。

结果与结论：①与M0相比，M1和M2 L5/S1节段的活动度在各方向工况下变化不明显；M2整体活动度在前屈时增加8.60%；M3在L5/S1右侧弯、右扭转时增加8.23%和8.26%，整体活动度在前屈、右侧弯时增加5.39%和5.67%，其余工况活动度无明显变化；②与M0相比，M1 L5/S1椎间盘最大应力极值变化不明显，M2在前屈、后伸、左扭转、右扭转时增加11.06%，12.50%，18.32%，15.48%，M3在前屈、后伸、左扭转、右扭转时增加12.22%，19.54%，10.05%，9.97%，其余工况和L4/5椎间盘最大应力无明显变化；③与M0相比，M1的L5左侧峡部最大应力在左侧弯时增加12.43%，右侧峡部在后伸、右侧弯、左扭转、右扭转时增加18.38%，13.29%，13.62%，40.00%；M2的L5左侧峡部最大应力在前屈、后伸、左侧弯、右侧弯时增加38.87%，42.63%，16.95%，19.35%，右侧峡部在前屈、后伸、左侧弯、左扭转时增加12.58%，33.70%，12.92%，17.42%；M3的L5左侧峡部最大应力在前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、右扭转时增加67.07%，78.14%，32.33%，62.94%，89.99%；④结果提示，椎间孔成形和椎板间成形对脊柱活动度影响较小，椎板间成形和二级椎间孔成形手术节段椎间盘应力极值轻度增加，相邻节段椎间盘应力极值变化不明显，椎板间成形模型手术同侧峡部应力增加明显。

https://orcid.org/0000-0003-4919-4881 (张瑞)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

关键词: 脊柱内镜, 腰椎间盘突出, 椎间孔成形, 椎板间成形, 生物力学, 有限元分析

Abstract: BACKGROUND: Endoscopic treatment of lumbar disc herniation has obvious advantages over traditional open surgery. Endoscopic surgery involves the implantation of a working cannula, which requires only partial bone removal, and there are no studies on the effects of two types of intraoperative foraminoplasty and laminoplasty on the mechanical properties of the local structure of the lumbar spine.
OBJECTIVE: To compare the effect of foraminoplasty and laminoplasty on the biomechanical properties of disc and isthmus of the responsible segment.
METHODS: The lumbosacral CT images of a healthy male volunteer were taken, and a finite element model M0 of the L3 to sacral vertebrae was established, on which the primary and secondary foraminoplasty models M1 and M2 of the L5/S1 and the laminoplasty model M3 were built. The same load was applied to compare the intervertebral motion range, disc Von Mises stress and equivalent stress characteristics of L5 vertebral isthmus with each model.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) Compared with M0, M1 and M2 motion range in L5/S1 segment did not change significantly in all directions; M2 overall motion range increased by 8.60% in flexion; M3 increased by 8.23% and 8.26% in L5/S1 right bending and right torsion, and 5.39% and 5.67% in overall motion range in flexion and right bending, with no significant changes in motion range in the rest of working conditions. (2) Compared with M0, M1 showed no significant change in the extremes of Von Mises stress at L5/S1 disc; M2 increased 11.06%, 12.50%, 18.32%, and 15.48% in flexion, extension, left torsion, and right torsion; M3 increased 12.22%, 19.54%, 10.05%, and 9.97% in flexion, extension, left torsion, and right torsion, and the rest working conditions and L4/5 disc maximum Von Mises stress did not change significantly. (3) Compared to M0, the maximum Von Mises stress in the left isthmus of L5 of M1 increased by 12.43% in left bending, 18.38%, 13.29%, 13.62%, and 40.00% in the right isthmus in extension, right bending, left torsion, and right torsion. The maximum Von Mises stress in the left isthmus of L5 of M2 increased by 38.87%, 42.63%, 16.95%, and 19.35%, and that in the right isthmus increased by 12.58%, 33.70%, 12.92%, and 17.42% in flexion, extension, left bending, and left torsion. The maximum Von Mises stress in the left isthmus of L5 of M3 increased 67.07%, 78.14%, 32.33%, 62.94%, and 89.99% in flexion, extension, left and right bending, and right torsion. (4) The results suggest that foraminoplasty and laminoplasty have a small effect on spinal motion range; there is a mild increase in the extreme values of disc Von Mises stress in the segments operated by interbody laminoplasty and secondary foraminoplasty; there is no significant change in the extreme values of disc Von Mises stress in adjacent segments, and there is a significant increase in the Von Mises stress in the ipsilateral isthmus operated by the interbody laminoplasty model.

Key words: spinal endoscopy, lumbar disc herniation, foraminoplasty, laminoplasty, biomechanics, finite element analysis

中图分类号:

张瑞, 王琨, 沈子聪, 毛路, 吴小涛. 内镜下椎间孔成形和椎板间成形对椎间盘、椎体峡部生物力学特性的影响[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(6): 833-839.

Zhang Rui, Wang Kun, Shen Zicong, Mao Lu, Wu Xiaotao. Effects of endoscopic foraminoplasty and laminoplasty on biomechanical properties of intervertebral disc and isthmus[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2024, 28(6): 833-839.

图/表（结果） 8

2.1 有效性验证结果在完成L3椎体到骶椎的有限元模型构造后，为了保证模型的可靠性，需要验证模型的有效性。现在得到较多认可的方法是测量模型在一定轴向载荷和力矩作用下各椎体间的关节活动度，并和既往文献中大体标本实验获得的数据进行比较。此次有限元完整腰骶部模型M0验证，首先固定骶椎底面，按照RENNER等[21]和DAHl等[22]的载荷条件，模拟腰椎前屈、后伸、左右侧弯和左右旋转的活动情况，并与大体实验的研究结果对比分析。在此实验中建立的完整有限元模型M0的活动度接近以往文献报道的数据，见图4，认为构造的模型M0仿真性较好，可应用于后续生物力学模拟仿真分析。

2.2 各组模型手术节段(L5/S1)和整体脊柱模型关节活动度值比较在400 N垂直向下力和8 N?m力矩载荷下，由表3和图5可观察到，在手术节段(L5/S1)关节处，椎间孔一级成形模型M1在前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左扭转和右扭转工况下的L5/S1段关节活动度均值较模型M0分别增加了0.76%，-1.39%，2.41%，3.80%，-0.08%，0.36%；椎间孔二级成形模型M2在前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左扭转和右扭转工况下的L5/S1段关节活动度均值较模型M0分别增加了3.63%，-0.76%，3.61%，0.90%，2.62%，1.73%，椎板间成形模型M3在前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左扭转和右扭转工况下较模型M0分别增加4.84%，1.44%，1.86%，8.23%，0.64%，8.26%。

由表4和图6可见，椎间孔一、二级成形模型M1和M2整体关节活动度均值在前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左扭转和右扭转时分别增加了3.54%，-0.32%，3.19%，4.73%，-0.16%，-3.19%和8.60%，-0.13%，3.64%，2.65%，1.59%，1.32%。椎板间成形模型M3整体关节活动度均值增加了5.39%，0.67%，3.13%，5.67%，0.50%，1.36%。

一级椎间孔成形术对脊柱手术节段和整体脊柱的活动度变化影响较小，活动度变化百分比均低于5%；二级椎间孔成形在手术节段活动度变化不明显，整体活动度在前屈时轻度增加；椎板间成形术的手术节段右侧弯和右扭转的活动度轻度增加，整体模型关节活动度在前屈和右侧弯时轻度增加，整体腰骶模型及各节段之间维持稳定状态。
2.3 各组模型手术节段(L5/S1)椎间盘和相邻节段(L4/5)椎间盘Von Mises 应力极值比较由表5和图7可见，在手术节段(L5/S1)，椎间孔一、二级成形模型M1和M2中椎间盘Von Mises 应力极值在前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左扭转和右扭转时分别较M0模型增加1.88%，6.06%，1.07%，3.14%，4.57%，3.13%和11.06%，12.50%，2.84%，5.50%，18.32%，15.48%；椎板间成形模型M3在前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左扭转和右扭转时分别较M0模型增加12.22%，19.54%，5.75%，7.34%，10.05%，9.97%。

由表6和图8可见，椎间孔一、二级成形模型M1和M2中，相邻的L4/5节段的椎间盘Von Mises 应力极值在前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左扭转和右扭转时较M0模型分别增加1.4%，0.46%，1.64%，2.66%，2.24%，0.75%和-0.70%，-0.08%，1.64%，0.64%，4.06%，3.11%；椎板间成形模型在前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左扭转和右扭转时分别增加了-0.5%，-0.98%，2.40%，2.44%，4.18%，0.36%。

完整模型、椎间孔成形模型、椎板间成形模型之间的手术节段(L5/S1)椎间盘和相邻节段(L4/5)椎间盘Von Mises 应力极值分布云图，见图9，10。

峡部Von Mises应力极值在前屈、后伸、左右侧弯和左右扭转工况中有较明显的变化，见表7和图11。

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引言

迄今，椎间盘退变相关的腰背痛及坐骨神经痛已经是全球致残的重要因素[1]，其在工作年龄段人群中成为最普遍和沉重的负担[2]。作为诱因之一的腰椎间盘突出在正常人群中可以占到40%的比例[3-4]。初发的腰椎间盘突出症往往有一个良性的自然病程，大多数明确诊断的患者经过规范保守治疗，症状基本能有所缓解，但腰椎间盘退变本身的自然进程会随着年龄增长日益恶化[3-4]。研究表明，保守治疗有25%的复发率[5]。保守治疗无效者，手术治疗往往能更有效地改善患者症状，快速康复，提高生活质量[6]。
较传统开放手术，微创治疗腰椎疾患的术式日益受到关注。20世纪80年代Kambin在后外侧关节镜下行腰椎间盘切除术[7-8]，但手术未直视下操作；在1997年，ANTHONY YEUNG教授提出以“inside-out”为特征的Yeung技术[9]，可以很好地处理包容性椎间盘突出；2002年THOMAS HOOGLAND教授提出Thessys技术[10]，而后李长青等[11]靶向穿刺技术及张西峰等[12]简式技术的提出都进一步创新了脊柱内镜技术的减压原理及技术理念；李振宙等[13-14]提出了较为通用的LiESS技术，置入工作通道前视操作区的空间大小，选择是否在下位椎体的上关节突腹侧偏基底部成形，一级椎间孔成形时不累及关节突关节，二级椎间孔成形时则会一定程度破坏关节突关节的完整性。在L5/S1椎间盘突出病例中，由于高髂嵴及肥大的L5横突影响，经椎间孔入路大部分需要行椎间孔成形[15]，对于单纯的腰椎间盘突出，一级成形即摘除髓核，而对于侧隐窝狭窄等问题，则需要二级椎间孔成形保证疗效，临床研究显示：除了经典的经椎间孔入路，经椎板间入路也用于L5/S1节段的腰椎退行性病变。两种入路均可获得满意的术后疗效[16-17]，在经椎板间入路行微创手术治疗时，尤其面对椎板窗较小的患者，需要进行椎板成形术[18-19]，将部分椎板骨性结构和椎体黄韧带切除。但是，目前鲜有关于在L5/S1节段内镜下椎间孔成形和椎板间成形对腰椎生物力学变化影响的研究。该研究拟通过建立正常L3-S1腰骶部模型、L5/S1椎间孔成形术后腰骶部模型、L5-S1椎板间成形术后腰骶部三维有限元模型，应用有限元生物力学方法分析在前屈、后伸、左右侧弯、左右扭转6种工况力学特征变化情况，比较两种术式对腰椎生物力学的影响。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

材料方法

1.1 设计腰骶部模型生物力学有限元分析。
1.2 时间及地点试验于2022年7-10月在东南大学附属中大医院完成。
1.3 材料选取1名无脊柱疾患32岁健康男性志愿者的CT影像学资料，采用德国西门子公司64排多层螺旋CT机进行腰椎扫描，层厚0.625 mm，以DICOM格式保存序列图像。研究符合东南大学附属中大医院伦理委员会伦理要求，审批号为2020ZDSYLL080-P01，签署受试者知情同意书。
1.4 方法
1.4.1 有限元模型的建立将获取的腰椎CT骨窗DICOM图像导入Mimics 21.0软件中调整阈值，覆盖骨性结构，清除软组织噪点，分割各椎体关节突关节间的连接，建立L3-S1节段的蒙版，对每一个椎体填补空洞，重建L3-S1初步三维模型，以STL格式保存。
1.4.2 模型的优化将各椎体STL模型分别导入Geomagic软件，对椎体重画多边形网格，去除特征，表面进行光顺修复，删除模型内空洞，网格医生分析后排除错误，复制模型后用“偏移”命令重建松质骨模型。对椎体模型进行精确曲面，根据解剖结构，编辑轮廓线并构建曲面片，再构造格栅、拟合曲面后将模型以STP格式保存。
1.4.3 完整模型的制作在SolidWorks中将L3-S1椎体及其松质骨进行组合装配，完成骨性结构的构造，再在关节突关节间和相邻椎体间构造关节软骨、椎间盘的纤维环、髓核、上下终板，终板厚度1 mm，髓核体积占椎间盘体积的50.02%，与解剖结构及既往文献中数据接近[20]，重建完成后，进行干涉检查，排除实体间干涉后，得到正常腰骶椎模型M0。
1.4.4 正常有限元模型的验证参照既往RENNER等[21]和DAHL等[22]的体外实验数据，对模型按照既往文献中的实验条件进行模拟施加力和力矩的载荷，在模型L3-L5椎体上表面分别加入远程点命令，采用柔性旋转命令计算出各椎体间的活动度，通过对韧带结构的调整，使构造的模型活动度分布于RENNER等[21]和DAHL等[22]的生物力学实验范围内，以验证模型有效，从而进一步在此模型上构造手术模型。

1.4.5 手术模型的建立在M0基础上，设置矢状面与脊柱重力线成角50°，冠状面与水平线成角45°的入路，模拟术中使用直径8 mm环锯对左侧的S1上关节突腹侧进行布尔运算，不累及关节突关节的关节囊，得到一级椎间孔成形的模型M1；重新在M0基础上，模拟直径10 mm环锯对左侧的S1上关节突腹侧进行布尔运算，切除部分上关节突关节面，得到二级椎间孔成形的模型M2；再重新在M0基础上，切除左侧L5椎板部分骨质至下关节突内侧缘，得到椎板间成形的模型M3，见图1。

1.4.6 接触设置、附加韧带及有限元分析将上述模型导出的stp格式文件导入Ansys中，设置接触的容差值为0.1 mm，设置关节软骨与上位椎体的下关节突接触关系为摩擦，摩擦系数设为0.1，其余接触关系设为绑定，根据既往研究文献[23-24]，以表1中各结构的材料属性进行材料赋值，以弹簧单元combin14模拟腰椎的7个主要韧带(前纵韧带、后纵韧带、黄韧带、棘间韧带、棘上韧带、关节囊韧带、横突间韧带)，依据既往文献对韧带的纵向刚度进行赋值[25]，见表2。之后对模型进行四面体网格划分，根据各部分模型的尺寸，设置各材料的网格尺寸为：皮质骨2.0 mm、松质骨2.0 mm、关节软骨1.0 mm、上下终板0.5 mm、纤维环1.0 mm、髓核1.0 mm，见图2。

在L3椎体上表面施加400 N垂直向下的载荷模拟体质量作用，以设定模型的载荷和固定条件，约束骶骨尾侧切削平面的活动，在L3椎体上表面施加8 N•m的前屈、后伸、左右侧弯和左右旋转的力矩进行求解分析。

1.5 主要观察指标验证正常模型的有效性后，比较各模型的手术节段和L3-S1模型整体关节活动度值以及手术节段和相邻节段椎间盘Von Mises应力值差异，观察各模型中L5椎体峡部体网格的Von Mises应力极值的变化，见图3。

讨论

随着社会的发展，工作活动呈现久坐少动模式，使得更多中青年人群出现了腰椎疾患，但其中尤以腰椎间盘突出症引起的疼痛日益增多。为达到缓解疼痛、减轻症状、提高生活质量的治疗目的，对病程长、症状重的患者来说，手术治疗的优势愈发明显，中青年患者疼痛的症状可以更快得到缓解，从而更快地重新投入工作，避免长期保守治疗带来的直接或间接经济损失。
全脊柱内镜技术通过小操作通道，水介质下操作，较原先的开放手术极大地减少了椎间盘切除术的医源性损伤。但传统的脊柱内镜下操作通道需要避开骨性结构的遮挡，而骨性遮挡在L5/S1节段的解剖结构中尤为突出[26]，CHOI等[27]认为当腰椎侧位片上髂嵴最高点高于L5椎弓根中点时，在L5/S1节段需要行椎间孔成形以放入工作通道，这就导致一些高髂嵴、横突肥大的患者在创建经椎间孔入路手术通道时需要对他们的骨性结构进行打磨、切除[18，27-28]，而同样面对椎板窗较小的患者，可在经椎板间入路内镜下对椎板进行部分开窗[19，29]，扩大减压范围的同时可以处理髓核的巨大突出、脱出。经椎间孔入路和经椎板间入路脊柱内镜技术在对L5/S1节段的腰椎间盘突出髓核摘除和减压均有良好的临床疗效，
传统的脊椎三柱理论中后柱中的椎间小关节和黄韧带对脊柱的稳定起着重要作用[30]，脊柱内镜手术在保护椎旁肌肉的情况下也最大程度地保护了脊柱后柱结构，既往研究已表明传统的后路椎板开窗减压对脊柱整体的生物力学影响明显，增加了医源性不稳的风险[31]。而过多地切除关节突同样会使腰椎失去稳定，从而使腰椎转动受到影响[32-33]。在环锯和磨钻等工具的发展下，内镜下去除骨质的选择变多，磨钻因其安全性对初学者更加友好，缺点是相较于环锯延长了手术时间，而熟练的脊柱外科医师可根据术前、术中影像学定位及穿刺手感利用环锯更快地进行切除骨质操作，因而在L5/S1节段的椎间孔入路内镜手术相较于椎板间入路手术需要更好的熟练度。
此次有限元分析实验结果显示，一、二级椎间孔成形术模型M1和M2对L5/S1手术节段各方向活动度影响不明显，二级椎间孔成形模型M2整体模型前屈活动度轻度增加，其余整体模型活动度增加不明显，对脊椎的稳定不产生明显破坏。椎板间成形术模型M3中，L5/S1手术节段在右侧弯和右扭转时活动度轻微增加，在其余前屈、后伸、左侧弯、左扭转时活动度变化均较小，整体脊柱模型活动度在右侧弯时轻度增加，在其余各方向力矩作用下活动度变化不明显，脊柱模型整体保持稳定。
在椎间盘Von Mises 应力极值变化上，M1模型中L5/S1手术节段的椎间盘Von Mises 应力极值仅在后伸时轻度增加，其余工况下增加不明显；M2模型中L5/S1椎间盘Von Mises 应力极值在前屈、后伸、右侧弯、左扭转、右扭转中不同程度增加，其中向左右两侧扭转时增加较为明显，这与既往在L4/5节段行椎间孔成形研究中一、二级椎间孔成形手术节段实验数据相吻合[34]。M3模型在前屈、后伸、右侧弯、左扭转、右扭转中不同程度增加，但是在左右两侧扭转工况下的Von Mises 应力极值增加程度介于M1和M2之间，与既往有限元研究中椎板成形模型结果一致[35]。在相邻的L4/5椎间盘中，M1、M2和M3模型Von Mises 应力极值均无明显变化，说明不会明显加速邻近椎间盘的退变。
考虑主要因为在椎间孔成形和椎板间成形术后，关节突关节的腹侧以及L5椎体的部分椎板体积减少，对脊柱的后柱稳定结构有破坏，尤其在承受后伸力矩时后柱的稳定支撑作用突出，骨性结构的稳定作用较完整脊柱模型减弱，手术节段的椎间盘Von Mises 应力极值进而代偿增加，尤其在二级椎间孔成形和椎板间成形模型中向两侧扭转时致伤风险增加。
椎体峡部作为椎体后柱重要组成，容易在外力作用下发生损伤[36]。由图11可以看出，在椎间孔一级成形模型M1中，左侧峡部Von Mises 应力极值在左侧弯时轻度增加；右侧峡部在后伸、右侧弯、左扭转时轻度增加，右扭转时明显增加，但由于向右扭转时右侧峡部不是应力主要集中侧，故对稳定性影响较小。
椎间孔二级成形模型M2中，左侧峡部Von Mises 应力极值在前屈、后伸、左右侧弯、左扭转时增加较明显，其中以前屈、后伸、左扭转尤为显著；右侧峡部在前屈、后伸、左侧弯、左右扭转时应力极值增加明显，但同样地，一侧峡部在椎体向同侧扭转时不是应力主要集中侧，故M2中两侧峡部在前屈、后伸时均增加致伤风险，而右侧峡部在向左扭转时受伤风险也有中度增加。
椎板间成形模型M3中，左侧峡部Von Mises 应力极值在前屈、后伸、左右侧弯、向右扭转时均明显增加，而右侧峡部应力极值增加较小，甚至减少，考虑M3模型手术在左侧，切除的椎板靠近左侧峡部而导致应力集中，且M3左侧峡部应力增加幅度较M1、M2模型明显，致伤风险相对一、二级椎间孔成形模型更高。
有限元分析在脊柱外科生物力学中已得到很好的应用，此次实验通过模拟内镜下一、二级椎间孔成形和椎板间成形模型，得到了脊柱活动度、椎间盘和峡部等效应力变化，提示在L5/S1节段行脊柱内镜手术时，椎板间入路和椎间孔入路一、二级成形对脊柱的活动度影响不明显；L5/S1节段椎间盘应力极值在二级椎间孔成形和椎板间成形时轻度增加，相邻节段椎间盘应力极值变化不明显。L5的手术侧椎体峡部应力极值在椎板间成形时增加明显，更容易发生损伤，故在经椎间孔入路放置通道困难的L5/S1节段病变，需要手术医师根据实际情况谨慎选择手术入路。
该研究的优点：通过在Ansys软件中分别设置远程点，并利用柔性旋转求解出各关节活动度，避免了通过截图测量关节活动度的人为误差。
该研究的不足：此次有限元分析实验所用模型为理想化模型，通过施加垂直方向的力和各方向的力矩模拟人体的重力和各方向活动时椎体的受力，但限于模型是依据患者仰卧位薄层CT结果而重建，其椎体间位置关系同站立位时有一定的差异，并且正常人体不是完全左右对称；同时，模型中未加入肌肉和深浅筋膜等软组织的模拟，对脊柱自然状态的模拟不够全面；对脊柱主要韧带的线性刚度赋值简化了复杂的非线性脊柱系统，且此次实验模型仅取自1名受试者，可能造成个体间的误差，因此还需要进一步的大体实验和临床研究论证。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

内镜下椎间孔成形和椎板间成形对椎间盘、椎体峡部生物力学特性的影响

Effects of endoscopic foraminoplasty and laminoplasty on biomechanical properties of intervertebral disc and isthmus

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