全可视椎间孔镜治疗腰椎椎间隙感染：脊柱稳定性的有限元分析

doi:10.12307/2026.684

中国组织工程研究 ›› 2026, Vol. 30 ›› Issue (15): 3801-3809.doi: 10.12307/2026.684

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全可视椎间孔镜治疗腰椎椎间隙感染：脊柱稳定性的有限元分析

张俊辉，陈锦旭，梁卓贤，邓德礼，刘俊

广州医科大学附属番禺中心医院，广东省广州市 511400

接受日期:2025-06-27 出版日期:2026-05-28 发布日期:2025-11-05
通讯作者: 刘俊，副主任医师，广州医科大学附属番禺中心医院，广东省广州市 511400
作者简介:张俊辉，男，1995年生，广东省韶关市人，汉族，2021年广东药科大学毕业，硕士，主治医师，主要从事脊柱外科相关疾病的研究。
基金资助:
番禺区卫生健康局、番禺区科技工业商务和信息化局-2022年番禺区科技计划-一般医疗卫生项目-临床医学研究类(2022-Z04-041)，课题名称：经皮全可视脊柱内镜治疗腰椎椎间感染的临床疗效分析，项目负责人：张俊辉

Fully visualized foraminoscopy for treating lumbar intervertebral space infection: finite element analysis of spinal stability

Zhang Junhui, Chen Jinxu, Liang Zhuoxian, Deng Deli, Liu Jun

Panyu Central Hospital Affiliated to Guangzhou Medical University, Guangzhou 511400, Guangdong Province, China

Accepted:2025-06-27 Online:2026-05-28 Published:2025-11-05
Contact: Liu Jun, Associate chief physician, Panyu Central Hospital Affiliated to Guangzhou Medical University, Guangzhou 511400, Guangdong Province, China
About author:Zhang Junhui, MS, Attending physician, Panyu Central Hospital Affiliated to Guangzhou Medical University, Guangzhou 511400, Guangdong Province, China
Supported by:
Panyu District Health and Family Planning Bureau, Panyu District Science, Technology, Industry, Commerce, and Information Technology Bureau - 2022 Panyu District Science and Technology Plan - General Medical and Health Project - Clinical Medicine Research, No. 2022-Z04-041 (to ZJH)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

全可视椎间孔镜：是一种先进的微创脊柱内镜手术技术，主要用于治疗腰椎间盘突出症、椎管狭窄、神经根受压、腰椎椎间隙感染等脊柱疾病，其核心特点是通过高清内窥镜系统配合可视环锯实现手术全程可视化操作，精准处理病变组织，同时最大程度减少对周围正常结构的损伤。与传统椎间孔镜相比，全可视椎间孔镜的优势在于360°环形视野，无盲区；器械独立操作通道，器械灵活；神经保护性强，可直视下分离神经粘连。
腰椎椎间隙感染：是由病原微生物(如细菌、真菌或结核杆菌)侵入腰椎椎间盘及相邻结构引发的炎症反应，常伴随局部组织破坏、脓肿形成，严重时可累及神经或脊髓。其临床表现主要有局部剧烈腰痛，活动时加重，休息不缓解；腰部肌肉痉挛、压痛、叩击痛；可伴有发热、寒战、乏力、体质量下降(急性期明显，慢性感染可能症状隐匿)，甚至出现神经症状，感染扩散压迫神经根或脊髓时，出现下肢放射痛、麻木、肌力下降，甚至尿便功能障碍。
腰椎有限元手术建模：是一种基于Ansys 软件有限元分析的计算机模拟技术，通过建立腰椎三维生物力学模型，模拟手术操作或植入物对腰椎结构(如椎体、椎间盘、韧带、椎弓根等)的应力、应变及稳定性的影响，为手术方案优化、植入物设计及术后力学评估提供理论依据。

摘要
背景：全可视椎间孔镜技术是治疗腰椎椎间隙感染的可靠方式，现阶段，对于椎间隙感染椎间孔镜治疗术后患者腰椎稳定性的生物力学研究还比较欠缺。
目的：分析全可视椎间孔镜治疗腰椎椎间隙感染术前术后腰椎稳定性的生物力学变化，明确此术式是否会对腰椎稳定性产生影响，术后是否需要二期坚强内固定稳定腰椎。
方法：选择1例行椎间隙感染全可视椎间孔镜手术并回访2年患者的术前CT图像，利用Mimics、Geomagic、SolidWorks、Ansys软件建立术前腰椎L4/5(椎间隙感染节段)有限元模型M1；在此基础上，仿照患者术后CT椎间盘处理、椎板关节突截骨情况，还原全可视椎间孔镜治疗椎间隙感染的术后模型M2，在两组模型的L4椎体上施加相同的测试应力，L5椎体固定支撑，分析6个方向(前屈、后伸、左旋转、有旋转、左侧弯、右侧弯)下关节的活动度及纤维环的Von Mises 应力极值。
结果与结论：①与M1模型相比，模型M2在前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左旋转、右旋转的整体关节活动度分别增加0.863°，0.326°，0.580°，0.476°，0.283°，0.054°，模型M1与模型M2活动度变化不大，整体活动度变化均小于2°，稳定性影响较小；②与M1模型相比，模型M2在前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左旋转、右旋转下的纤维环Von Mises应力极值分别增加0.290 9，0.407 6，0.933 6，0.195 5，0.349 7，0.061 5 MPa，模型M1与模型M2不同受力状态下的纤维环Von Mises 应力极值变化不明显，远远小于导致纤维环破坏的阈值(2 MPa)；③提示全可视椎间孔镜治疗腰椎椎间隙感染患者术后责任节段稳定性变化不大，积极控制感染病灶后，或许不必强求二期行脊柱内固定确保脊柱稳定性。

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: 全可视椎间孔镜, 腰椎感染, 椎间隙感染, 有限元分析, 生物力学

Abstract: BACKGROUND: The fully visualized foraminoscopy currently serves as a reliable approach for managing lumbar intervertebral space infections. There is still a lack of biomechanical research on lumbar spine stability in patients after transforaminal endoscopic treatment of intervertebral disc infection.
OBJECTIVE: To analyze the biomechanical changes in lumbar stability before and after fully visualized foraminoscopy in patients with lumbar intervertebral space infections, and to determine whether this procedure affects lumbar spine stability and whether secondary rigid internal fixation is necessary to ensure postoperative spinal stability.
METHODS: Preoperative CT images from a patient treated with fully visualized foraminoscopy for intervertebral disc infection and followed up for 2 years later were collected. A preoperative finite element model (M1) of the L4/5 (intervertebral disc infection segment) was established using Mimics, Geomagic, SolidWorks, and Ansys. Based on this model, a postoperative model M2 of the patient who underwent fully visualized foraminoscopy for intervertebral disc infection was reconstructed based on the patient's postoperative CT data and laminar/articular process osteotomy. Identical test stresses were applied to the L4 vertebra in both models, while the L5 vertebra was fixed and supported. The range of motion and peak Von Mises stress of the annulus fibrosus were analyzed under six directions (flexion, extension, left rotation, right rotation, left lateral bending, and right lateral bending).
RESULTS AND CONCLUSION: (1) Compared with M1, M2 exhibited range of motion increases of 0.863° (flexion), 0.326° (extension), 0.580° (left lateral bending), 0.476° (right lateral bending), 0.283° (left rotation), and 0.054° (right rotation). The total range of motion changes remained below 2°, indicating minimal impact on segmental stability. (2) Annulus fibrosus stress analysis revealed peak Von Mises stress increases of 0.290 9 MPa (flexion), 0.407 6 MPa (extension), 0.933 6 MPa (left lateral bending), 0.195 5 MPa (right lateral bending), 0.349 7 MPa (left rotation), and 0.061 5 MPa (right rotation) in M2 compared with M2. The peak Von Mises stress of the annulus fibrosus of the M1 and M2 models under different load states did not change significantly, and were far below the threshold value (2 MPa). (3) It is indicated that postoperative stability of the affected segment in patients with lumbar intervertebral disc infection treated with fully visualized foraminoscopy is minimally altered. After active control of the infection, secondary spinal fixation may not be necessary to ensure spinal stability.

Key words: fully visualized foraminoscopy, lumbar spinal infection, intervertebral space infection, finite element analysis, biomechanics

中图分类号:

张俊辉, 陈锦旭, 梁卓贤, 邓德礼, 刘俊. 全可视椎间孔镜治疗腰椎椎间隙感染：脊柱稳定性的有限元分析[J]. 中国组织工程研究, 2026, 30(15): 3801-3809.

Zhang Junhui, Chen Jinxu, Liang Zhuoxian, Deng Deli, Liu Jun. Fully visualized foraminoscopy for treating lumbar intervertebral space infection: finite element analysis of spinal stability[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2026, 30(15): 3801-3809.

图/表（结果） 6

2.1 模型有效性验证 正常的对比模型建立后需要完成有效性验证，因纳入的患者并非正常模型，是腰椎椎间隙感染术前模型，在模型验证上对比正常模型而言，主要参考正常模型的活动度及变化趋势作为主要参考依据。常用的方法是将 L5下表面设置固定支撑限制其活动，在L4上表面均匀施加 500 N垂直轴向载荷，附加10 Nm力矩[23-24]，通过调整X轴、Y轴、Z轴各分量数值，模拟前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左旋转、右旋转6种生理状态下的腰椎运动情况。此次研究对象是腰椎椎间隙感染患者，椎间隙丢失、周围骨赘增生稍明显。通过与既往SHIM等[25]、DEMIR等[26]、方新果等[27]、张晗硕等[22]的实体及有限元模型的生物力学分析结果对比，发现此次实验所建立的完整模型 M1，在前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左旋转、右旋转6种情况下的 L4/L5 活动度值与参考文献的数值相比，各种活动度均小于10°[28]，趋势变化不大，各方向活动度均低于均值，仿真性较好，可应用于此次研究，具体结果见表3，图5。

2.2 术前术后模型活动度比较 术前有限元分析模型M1活动度与既往其他正常模型相比均较小，整体活动度趋势与既往研究差异不大，考虑患者本身是腰椎椎间隙感染模型，活动度较小，活动度趋势稳定，前后对比不产生差异性影响。M1、M2模型对比，术后模型M2的前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左旋转、右旋转的活动度分别增加0.863°，0.326°，0.580°，0.476°，0.283°，0.054°。基于有限元既往文献分析，腰椎活动度< 1°认为腰椎稳定性影响较少[29-30]，总的活动度均小于10°，可以不需要临床积极干预，详见表4，图6。

2.3 术前术后M1与M2纤维环 Von Mises 应力极值的比较 当 L4-L5 处于前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左旋转、右旋转时，与模型M1相比，模型 M2的纤维环Von Mises 应力极值均有所增加，应力极值分别增加0.290 9，0.407 6，0.933 6，0.195 5，0.349 7，
0.061 5 MPa，模型M1与模型M2不同受力状态下的纤维环Von Mises 应力极值变化不明显，远远小于导致纤维环破坏的阈值(2.5 MPa)[31-32]，见表5，图7。

2.4 临床数据疗效分析 2023年1月至2024年12月广州医科大学附属番禺中心医院脊柱外科收治椎间隙感染行全可视椎间孔镜治疗患者14例，其中术前腰椎无明显滑脱不稳11例，11例均行单纯全可视脊柱内镜手术，未行内固定治疗；术后回访1年，随访使用Macnab疗效评定疗效[33]，优8例，良2例，可1例，差0例，优良率为90%。临床回访数据显示术前无明显不稳，全可视脊柱内镜术后不行内固定，其临床疗效优良率仍比较高。典型病例详见图8。

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引言

腰椎椎间隙感染中，金黄色葡萄球菌为主要病原体，但约有1/3的患者难以确定病原体[1-4]，临床表现主要是剧烈腰背痛、发热、活动受限，严重者可并发截瘫，早期诊断困难且易误诊为腰椎结核或术后疼痛综合征，导致治疗延误[5-6]。腰椎间隙感染治疗原则：早期发现感染、早期确定感染性质、早期抗感染治疗、积极恢复脊柱功能与稳定。KARADIMAS
等[7]的相关研究表明，保守治疗对90%的腰椎椎间隙感染患者有效。THAVARAJASINGAM等[8]的研究则表明，早期手术死亡率(8%)较保守治疗死亡率(13%)低，早期手术至关重要。在手术方式选择上，LIU等[9]研究对比了开放与微创治疗椎间隙感染的疗效，经皮椎间盘内镜技术具有创伤小、手术时间短和恢复快的优势[10-11]。全可视椎间孔镜技术作为一种先进的微创脊柱内镜手术技术，其核心特点是通过高清内窥镜系统配合可视环锯实现手术全程可视操作，精准处理病变组织，同时最大程度减少对周围正常结构的损伤，此术式已在临床使用，但对于椎间隙感染术后患者是否需要进一步内固定仍无定论，WANG等[12]的研究认为，融合内固定能够稳定椎间隙感染导致的腰椎不稳，建议内固定治疗；YAMADA等[13]的研究也提出，在感染较重伴或不伴椎骨破坏的病例中，单独内镜治疗可能预后较差，可考虑脊柱固定手术；SCHATLO等[14]的研究则表明，手术治疗化脓性椎间隙感染复发率较低，但是否需要融合增加稳定性则无明显差异。现阶段，对于椎间隙感染行椎间孔镜治疗术后患者腰椎稳定性的生物力学研究还比较欠缺[15-16]。此文利用有限元分析技术可以在软件中模拟复杂力学场景的优势，在确定临床疗效后反推结构稳定的影响，借助成功行该术式患者的CT数据模拟出全可视椎间孔镜治疗腰椎椎间隙感染的模型，进行有限元生物力学对比分析，得出结论后再根据患者随访的病情恢复情况进一步验证结论，为脊柱内镜患者术后腰椎稳定性的评判提供临床依据[17-18]。

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 腰椎椎间隙感染模型生物力学及有限元分析。
1.2 时间及地点 实验于2024年10月至2025年2月在广州医科大学附属番禺中心医院脊柱外科生物力学实验室完成。
1.3 对象 选择广州医科大学附属番禺中心医院脊柱外科腰椎椎间隙感染行全可视脊柱内镜治疗并成功出院并已经定期回访2年的男性54岁患者1例，主诉腰痛4 d，加重伴发热1 d入院。术前对患者腰椎进行CT扫描(CT设备美国通用电气公司GE256层螺旋CT)，层厚设定为0.625 mm，获取各层面图像，同时以DICOM格式进行保存。另外纳入2023年1月至2024年12月广州医科大学附属番禺中心医院脊柱外科收治的椎间隙感染行全可视椎间孔镜治疗14例患者的病例资料进行临床验证。
此次研究方案得到广州医科大学附属番禺中心医院伦理委员会批准(伦理批件编号：PYRC-2025-049-01)，研究符合伦理流程。患者已签署知情同意书。
1.4 仪器 计算机处理器为英特尔i7-9700，软件为Mimics 21.0(Materialise 公司，比利时)，Geomagic 2021(Geomagic 公司，美国)，SolidWorks 2021(Dassault Systemes 公司，美国)，ANSYS Workbench 20.0(ANSYS 公司，美国)。
1.5 方法

1.5.1 建立患者术前有限元模型M1 将患者术前腰椎CT的DICOM 格式导入图像处理软件Mimics中，首先调整至bone的阈值，确保覆盖腰椎骨性结构方便提取，腰椎周围软组织基本消除，确立感染的责任节段为L4/5，建立处理蒙版，在 L4-L5椎体上编辑，利用Edit mask和Split marks工具断开椎体上下的骨性连接，对腰椎骨头内的空腔进行填充，之后进行顺滑蒙版等操作，重建腰椎椎间隙感染患者L4-L5初步三维模型M1，并且以 STL格式保存备用，详见图1。

1.5.2 初步模型的优化将上述患者术前L4-L5椎体模型STL模式导入Geomagic软件中，L4/5两节椎体分开处理，先处理L4作为指定对象，设定操作单位为毫米，选择区域后重画多边形网格，网格设定0.1，通过移除边界线和消除细节特征实现模型简化，采用表面平滑算法对模型进行全局优化处理，在确认无遗漏孔洞后，运用网格修复工具确保模型无拓扑缺陷，确保网格医生检查分析0错误，进入曲面精确建模阶段。精确曲面时，需手动禁用自动曲面生成功能，通过以下步骤进行参数化曲面构建：初始化曲率参数为0状态、执行轮廓线识别、提取及编辑操作、生成曲面片段并定位局部不规则区域、迭代修正轮廓线参数直至曲面过渡平滑、确认曲面片段无瑕疵后，启动网格布局构建模块，最终通过曲面拟合技术完成精确曲面建模，该流程强调手动控制曲面生成过程，通过分阶段参数调整确保几何连续性，同时采用网格修复工具验证模型完整性，最终形成符合有限元分析要求的优质L4模型。完成模型初步优化后，再利用偏移功能(偏移1.2 mm)完成L4椎体松质骨的建立[19]。L5椎体作为选择对象后同样完成上述操作。最终完成得到4个STPE格式文件，分别是L4椎体皮质骨、L4椎体松质骨、L5椎体皮质骨、L5椎体松质骨。
1.5.3 术前术后有限元分析模型建立
多源数据整合：将4个原始数据文件依次输入SolidWorks软件环境，分别转换为独立零件文档。选取其中一个零件作为全局坐标系基准，通过装配建模模块实现组件的空间位置统一。
骨结构复合建模：采用布尔运算(分割与合并操作)将松质骨模型嵌入皮质骨组件内部，通过几何剪切功能消除两者的重叠区域，最终形成完整的复合骨结构。
软组织参数化建模：以椎间盘为基体，通过草图轮廓配合拉伸特征创建其基础形态，在椎间盘外周构建纤维环结构，内部保留髓核腔体，髓核体积占比43.8%(文献报道比例为约50%[20])，在椎体接触面添加终板组件，终板厚度参数设定为1 mm，对关节软骨实施轮廓分割与形变操作，确保形态学特征符合解剖学标准。

模型验证与优化：执行装配体碰撞检测，验证各组件空间关系无干涉，通过特征抑制功能移除冗余曲面及非必要几何体，运用网格修复工具二次验证模型完整性。在确认模型无拓扑缺陷且几何连续性达标后，导出最终几何模型，命名为腰椎椎间隙感染患者术前完整模型M1。详见图2。

然后在M1模型的基础上，根据患者术后复查影像学资料，设置基准面，通过草图绘制、凸台拉伸，模拟侧路行全可视椎间孔镜手术的术后状态，常规使用3.9 mm或者4.7 mm直径的全可视环锯进行截骨，以术后模型作为基准参考，去除左侧部分L5椎体上关节突，左侧患侧保持L4/5上下关节突部分连接，确保手术足够的减压和冲洗范围，同时去除黄韧带，并对左侧椎间盘、纤维环进行部分切除，真实模拟手术中切除的部分，最终得到全可视椎间孔镜治疗腰椎椎间隙感染术后模型M2，详见图3。

1.5.4 模型连接设置、韧带附加情况将上述模型导入Ansys中，通过接触对参数设置模块启动接触关系定义，在“Contact”属性面板中设定接触容差参数，通过迭代调节确保接触对的拓扑匹配度与几何精度达标，针对关节软骨与L5椎体皮质骨接触界面，配置为具有0.1摩擦系数的非线性接触对；其余骨-软组织接触界面采用绑定约束条件[21]；其次对材料参数赋值，根据解剖学特征，基于表1中各组织的力学性能数据(包括泊松比和弹性模量)，对模型进行各向同性材料模型的参数化定义，通过弹簧单元模拟韧带的力学行为：参照表2提供的刚度参数，将不同韧带结构替换为对应刚度值的线性弹簧组件；然后网格散化处理：采用分级网格策略对模型进行有限元网格划分，各组织单元尺寸参数设定如下：皮质骨2.0 mm，松质骨2.0 mm，关节软骨1.0 mm，终板结构0.5 mm，纤维环1.5 mm，髓核1.5 mm[22]，运用网格质量检查工具验证单元形状、大小及分布的合理性，确保模型离散化精度，详见图4。

1.5.5 有限元分析在模型M1和M2的关键运动节点处部署远程参考点(Remote Point)用于后续关节运动幅度的自动化追踪，在静态分析框架下，对L5椎体下表面施加全自由度位移约束(固定边界条件)，将L4椎体上表面定义为多场耦合加载区域，施加500 N轴向载荷及各方向10 Nm的力矩载荷[23-24]。通过ANSYS命令流(APDL脚本)在求解根目录建立参数化测量模块，配置位移传感器网络实时采集关键节点的6个自由度位移数据，开发弧度-角度转换算法，将旋转位移数据自动转换为工程常用的角度量纲(弧度→度数)，采用数值积分法替代传统截图测量法，消除人工截取图像及多次测量取平均的系统误差，通过算法迭代验证关节活动度计算值的收敛性与稳定性，对比分析自动化测量结果与文献报道的关节活动度典型值，确保模型力学响应的合理性。启动非线性静态求解器进行多工况分析，在完成收敛性验证后，导出包含位移场、应力场及关节活动度参数的完整分析报告。

1.6 主要观察指标 记录M1和M2模型前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左旋转、右旋转情况下的整体关节活动度值和纤维环Von Mises应力极值情况，并进行临床验证。

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

讨论

原发性脊柱感染在临床治疗上还并无统一的治疗指南，LAWSON MCLEAN等[34]关于医生对于椎间隙感染治疗认知中提到，38%的医生认为无论是否伴有神经症状，都应该通过手术积极处理椎间隙感染，多数脊柱外科医生认为保守治疗是相对安全有效的治疗方式，但是保守治疗适用于没有神经症状、没有出现脓肿压迫下肢肌力感觉明显减退的患者，对于神经压迫明显、下肢肌力减退明显者，手术无疑是一个更好的选择，可以有效清除感染源、缓解症状、尽可能保护神经现有的功能，避免进一步出现神经的不可逆损伤，必要时还可以重建脊柱的稳定型[35-36]。
随着脊柱外科微创的发展，最小的创伤实现最大的临床收益是手术医生追求的终极目标，1999年YEUNG[37]首次引入内镜技术到脊柱外科领域，使用椎间孔镜治疗腰椎间盘突出症，实现了可视化摘除髓核，同时也为椎间隙感染的治疗打开了另外一扇大门。2007年ITO等[38]首次经后外侧入路在椎间孔镜下对15例腰椎感染患者进行清创、术中抗生素冲洗及术后置管引流，患者术后疼痛均立即缓解，术后随访中患者也保留了椎间节段的活动性，无残留后凸畸形。手术治疗逐渐引入腰椎感染治疗中，但是腰椎椎间隙感染的手术治疗，想要成功有4个根本要求：感染病灶充分清除、神经充分减压、术后抗感染治疗规范系统、术后腰椎能继续保持足够稳定性。而脊柱内镜手术就可以实现上述所有要求，全可视椎间孔镜手术，水介质下行手术治疗，大量的冲水确保感染病灶可以更多的冲出体外，全可视内镜360°可视操作可以更好地保护神经，分离神经周围的粘连，确保神经实现充分减压，术后常规留置2条引流管，1条进水管和1条出水管，庆大霉素+生理盐水持续冲洗1周，拔除引流管后静脉2周抗生素+6周口服抗生素实现序贯治疗[39]。另外全可视椎间孔镜的椎骨破坏小，减压空间磨除部分上关节突，对腰椎稳定性有较好的保护。
对于全可视脊柱内镜治疗腰椎椎间隙感染中，术后腰椎稳定性的情况是术后非常值得关注的一点，因为感染控制好后，腰椎稳定性好才能确保腰椎退变速度不会太快，才能确保腰背部不会经常出现不稳引起的疼痛，有效提高生活质量。全可视椎间孔镜手术在腰椎椎间隙感染的优势有以下几点：①可实现局麻下手术，如患者基础疾病较多，但又出现腰椎感染必须要手术辅助控制感染，避免感染进一步扩散出现败血症脓毒血症的情况，椎间孔镜手术可以局麻下完成，避免麻醉的一些相关风险；②椎间孔镜有多种型号，对于不同体型的患者，可以选择不同直径的内镜，确保截骨的准确性；③可视环锯的出现让整个手术过程均在可视下完成，同时明显缩短了手术时间；④最大范围地保护好关节突关节，对于保持腰椎稳定性至关重要。
此次有限元分析建模上也尽可能做到高度还原，利用多尺度几何建模并精准网格划分，建模的材料参数参照科学依据与生物力学真实性参数作为基础，腰椎关节接触关系也做了精细化处理，建模过程通过网格医生工具消除拓扑缺陷、接触对有效性验证、网格质量检查等多环节验证，确保模型无几何或拓扑错误，确保分析更准确可靠。结果显示有限元建模此次术后模型M2在模拟的6个方位活动度上的变化分别较M1模型增加了0.863°，0.326°，0.580°，0.476°，0.283°，0.054°。FAROOQI等[40]有限元分析研究表明，将腰椎节段的活动度限制至≤1°，可以显著增强所有运动方向的稳定性。MIYASAKA等[41]的研究也表明，腰椎活动度增加超过70%或减少
至≤1°被视为影响稳定性的临界点。此次有限元分析基于临床患者，活动度增加均小于1°，全可视椎间孔镜术式对于腰椎椎间隙感染患者的腰椎稳定性影响不大，从患者术后随访2年的结果也可以证明这一点，患者术后随访均行腰椎核磁共振复查(图8)，患者未行脊柱内固定进一步稳定腰椎，术前患者腰椎日本骨科协会评分8分，术后2年随访27分，治疗有效率达90.47%；术后M2模型6个方向受力的Von Mises应力极值变化分别增加了0.290 9，0.407 6，
0.933 6，0.195 5，0.349 7，0.061 5 MPa，但每个的应力极值均小于2.5 MPa。关于微创术后患者稳定性改变不明显主要原因可能是椎间隙感染患者本身合并腰椎退行性变，小关节增生明显，关节突关节反复增生对稳定性有一定的影响，其次全可视椎间孔镜切除的范围上，保留了关节突关节，尽量减少周围韧带软组织的破坏，且在纤维环受力分析上，手术尽量切除纤维环的非关键区域(如后外侧部)，而前中柱等主要承重区域的纤维环结构仍较完整。由于纤维环的力学功能主要由其环状层叠结构提供，局部切除若未破坏整体层状连续性，其抗压和抗旋转能力仍可维持。LI等[42]的研究表明，纤维环的Von Mises应力极值是5 MPa，此次实验均小于
2.5 MPa，可有效避免引发代偿性的生物力学改变。
有限元分析是脊柱外科生物力学分析的重要方式之一，既往主要在实体或动物上进行脊柱生物力学研究，但因成本高、材料少、动物大多不是直立行走等原因，建模相对困难，而且临床模拟性不够。而此次基于特殊患者的特殊治疗，以一类患者作为突出破口，模拟全可视脊柱内镜术式在腰椎椎间隙感染患者中的应用情况，并且选择随访2年后的患者；其次同类手术临床疗效分析中，优良率达90%，更能从临床疗效去验证分析的可靠性。此次有限元分析得出结论：全可视椎间孔镜治疗腰椎椎间隙感染患者术后活动度增加< 1°，纤维环应力值变化全部方向均< 2.5 MPa，该术式治疗腰椎椎间隙感染后其责任节段稳定性较好，有限元分析结果与临床疗效观察吻合度较高，对临床工作具有一定的指导意义，对于这部分患者，术后可能不必强求需要二期坚强内固定进一步稳定腰椎。
当然此次全可视椎间孔镜术后模型是依据术后CT重建后在术前CT模型上进行截骨操作得到的，因为基于控制变量的要求，如果在术后CT上进行提取，术前术后模型上的参数会明显不一样，影响结果的可靠性，但是在手术模型的创建中，也是理想化状态下的截骨，尽可能保留了关节突关节，因此对于整体的结果影响不大；对腰椎术后模型各个方向的受力分析中，虽然垂直加载力及各分量力矩的设置在一定程度上可模拟出人体重力、各方向活动情况，但未对其他一些生活状态下受力情况(如平躺、负重等)进行相关研究；模型建立过程中，不可能对全部肌肉肌腱及软组织都进行建模，与自然状态下的活动度仍有一定的差异。当然随着有限元软件的拓展研发及广大学者对脊柱生物力学的深入了解，有限元模型必将越来越真实地模拟脊柱在各种条件下的生物力学变化，加快医生对临床问题的理解，同时为临床应用提供生物力学上的参考依据。
关于腰椎椎间隙感染患者的术式选择，术前必须明确患者的感染类型，一般术前会行穿刺活检高通量检查，如患者属于特异性感染，比如结核杆菌，需要常规抗结核治疗4-6周后再依据感染情况决定是否行内镜手术治疗。腰椎椎间隙感染病例是非常值得脊柱外科医生不断学习和改进的，这部分患者治疗相对复杂多变，包括感染源复杂、治疗手段多样、手术选择多样都会造就患者不同的预后情况。此次研究结合自身的临床经验和患者随访结果，再结合有限元分析的结论，认为排除特异性感染(结核急性期)并且有明显神经症状的患者，可以尝试使用全可视椎间孔镜手术进行治疗，结合积极的2周静脉+6周口服抗生素方案，在不影响患者腰椎稳定性的情况下，达到较满意的临床疗效。

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延伸阅读

（1）文章特点： = 1 \* GB3 ①方法学特色：本研究采用有限元分析这一生物力学领域的先进技术，通过计算机模拟构建腰椎三维模型，量化评估全可视椎间孔镜术后脊柱稳定性变化。相较于传统临床观察，有限元分析能更精准地反映手术对脊柱生物力学的影响，为结论提供客观数据支持。 = 2 \* GB3 ②问题导向性：聚焦于腰椎椎间隙感染这一临床棘手问题，针对全可视椎间孔镜术后是否需二期内固定的争议，通过力学分析提出直接证据，填补了该术式在稳定性评估方面的空白。 = 3 \* GB3 ③临床结合基础：在已有临床疗效验证的基础上，进一步从生物力学角度阐释手术机制，形成“临床现象—力学验证—结论反馈”的完整逻辑链条，增强结论的可信度。

（2）文章意义： = 1 \* GB3 ①临床决策支持：研究结果明确提示全可视椎间孔镜术后脊柱稳定性变化不显著，为临床医生避免不必要的二次内固定手术提供了理论依据，可减少患者创伤、降低医疗费用，具有显著的卫生经济学价值。 = 2 \* GB3 ②学术争议回应：针对“微创术后是否需要附加稳定措施”的长期争议，本研究通过客观数据挑战传统观点，推动微创技术在感染性脊柱疾病中的应用边界拓展。 = 3 \* GB3 ③技术推广助力：通过验证全可视椎间孔镜的力学安全性，增强该术式在腰椎椎间隙感染治疗中的认可度，促进其临床普及，尤其适用于医疗资源有限地区。

（3）创新点： = 1 \* GB3 ①研究视角创新：首次将有限元分析应用于全可视椎间孔镜治疗腰椎椎间隙感染的稳定性评估，突破既往以临床随访为主的评价模式，为术式优化提供新维度的科学依据。 = 2 \* GB3 ②结论创新性：明确提出“可能无需常规二期内固定”的观点，对临床实践具有指导意义。 = 3 \* GB3 ③模型构建创新：研究中可能涉及个性化腰椎模型参数设置（如模拟感染后骨质条件），更真实还原病理状态下的生物力学环境，提升结果的可信度与临床转化价值。

总结：本研究通过跨学科方法解决临床实际问题，其创新性结论与严谨的分析手段为微创脊柱外科的发展提供了重要参考，兼具学术价值与社会效益。#br# #br# 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

全可视椎间孔镜治疗腰椎椎间隙感染：脊柱稳定性的有限元分析

Fully visualized foraminoscopy for treating lumbar intervertebral space infection: finite element analysis of spinal stability

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