頸椎前路單節(jié)段減壓融合與減壓融合聯(lián)合鋼板內(nèi)固定對相鄰節(jié)段生物力學(xué)效應(yīng)的有限元分析

李寶強，于澤，徐志浩，董樂樂

（1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)包頭醫(yī)學(xué)院 研究生院，內(nèi)蒙古 包頭 014040；2.內(nèi)蒙古科技大學(xué)包頭醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院 骨科，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

頸椎前路椎間盤切除減壓植骨融合術(shù)（anterior cervical discectomy and fusion,ACDF）是頸椎神經(jīng)根或脊髓減壓的常用手術(shù)，至今被認(rèn)為是保守治療方案無效后用以治療退變性頸椎間盤疾病的“金標(biāo)準(zhǔn)”［1-2］。隨著脊柱融合術(shù)的年輕化及其手術(shù)率的增多，人們對于融合術(shù)附近脊柱運動節(jié)段的長期穩(wěn)定性愈來愈重視，其中最常見的并發(fā)癥之一便是相鄰節(jié)段病變（adjacent segment pathology,ASP）。

為了解決臨床上越來越突出的頸椎A(chǔ)SP 問題，人們開始進(jìn)一步評估頸椎A(chǔ)SP 的各種風(fēng)險因素。其中對于單節(jié)段的ACDF，是否需要聯(lián)合鋼板內(nèi)固定一直是臨床上較為爭議的話題。許多研究人員發(fā)現(xiàn)頸椎前路鋼板對ASP 存在影響。JI 和AHN等［3-4］分別在其研究中指出ACDF 中的前路鋼板系統(tǒng)可能會增加相鄰節(jié)段活動，減少相鄰節(jié)段的椎間盤高度，從而更易導(dǎo)致相鄰節(jié)段疾病的發(fā)生。CHEUNG 和ZHOU 等［5-6］通過研究也指出單獨使用融合器能減少術(shù)后吞咽困難，并且降低ASP 的風(fēng)險。另有一些學(xué)者使用新型自鎖式獨立融合器，發(fā)現(xiàn)不使用鋼板內(nèi)固定能夠降低不連續(xù)雙節(jié)段手術(shù)后ASP 的發(fā)生率［7］。

本研究借助有限元分析方法，構(gòu)建C3-C7 的有限元模型，比較ACDF 聯(lián)合鋼板與否對相鄰節(jié)段活動度及應(yīng)力的差異，從而分析ACDF 中鋼板的使用與ASP 進(jìn)展的關(guān)系，現(xiàn)報道如下。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

將一位年齡18 歲的健康女性作為研究對象，既往無頸椎疾病史，影像學(xué)排除頸椎畸形、骨折、腫瘤、感染以及退行性疾病。

1.2 正常C3-C7 有限元模型的構(gòu)建及有效性驗證

1.2.1 正常C3-C7 三維模型的建立 將實驗對象的醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信（DICOM）數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics Research 21.0，生成C3-C7 椎體三角面片的三維結(jié)構(gòu)，將C3-C7 椎體分別導(dǎo)出為STL 格式。將STL 數(shù)據(jù)導(dǎo)入Geomagic Wrap 2017中，對每節(jié)椎體擬合非均勻有理B 樣條（NURBS）曲面，導(dǎo)出為STEP 格式。將所有椎體整體向內(nèi)偏移0.5 mm［8］，偏移后的結(jié)構(gòu)即是對應(yīng)的松質(zhì)骨，同樣擬合為曲線NURBS 曲面，導(dǎo)出為STEP 格式。

將C3-C7 的STEP 格式文件導(dǎo)入SpaceClaim，完整復(fù)制所有下頸椎的皮質(zhì)骨表面，并刪除原有完整椎體，保留松質(zhì)骨模型。將皮質(zhì)骨的表面設(shè)定0.5 mm 厚度，以殼單元來模擬椎體皮質(zhì)骨。在上下椎體之間構(gòu)建椎間盤模型，劃分0.6 mm 軟骨終板［9］，接著使用Spline、Pull、Move 和Combine等操作劃分纖維環(huán)和髓核，髓核位于椎間盤后部，將髓核與椎間盤的體積比控制在50%～60% 之間［10］。將上下關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)面等距0.5 mm 構(gòu)建上下關(guān)節(jié)軟骨的實體模型，該3D 模型與關(guān)節(jié)突解剖面相貼合［11］。使用桿單元模擬頸椎的前縱韌帶、后縱韌帶、黃韌帶、棘間韌帶和關(guān)節(jié)囊韌帶，按照韌帶的各自附著點將其連接于相應(yīng)位置，隨后為每種韌帶單元賦予相應(yīng)的截面屬性（見表1）。頸部的橫突間韌帶由少量不規(guī)則纖維組成，且大部分被橫突間肌所取代，故本研究未單獨構(gòu)建橫突間韌帶；棘上韌帶是連接第7 頸椎至第3 腰椎或第4 腰椎之間棘突頂端的堅韌纖維索，故本研究中未單獨劃分棘上韌帶，而統(tǒng)一用棘間韌帶指代頸椎棘突間的韌帶連接［12］。最終建成的C3-C7 三維實體模型（以下簡稱“無損模型”）如圖1。

圖1 C3-C7 三維實體模型

1.2.2 材料參數(shù)的賦予 將構(gòu)建完整的C3-C7 三維模型導(dǎo)入Ansys Workbench 2021 R1 進(jìn)行靜力學(xué)結(jié)構(gòu)分析，分別為皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨、纖維環(huán)、髓核、軟骨終板、關(guān)節(jié)軟骨和韌帶賦予相應(yīng)的彈性模量和泊松比，以明確他們的材料屬性［9,13-14］（見表1）。

表1 頸椎結(jié)構(gòu)及內(nèi)植物的材料屬性

1.2.3 接觸關(guān)系的設(shè)定 將關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的上下軟骨接觸關(guān)系設(shè)定為摩擦接觸，摩擦系數(shù)為0.1［15］。皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨、椎間盤、軟骨、韌帶等相互接觸關(guān)系設(shè)定為綁定。

1.2.4 有限元網(wǎng)格劃分 在本研究的有限元模型中，將終板、纖維環(huán)、髓核以及皮質(zhì)骨劃分為六面體為主的網(wǎng)格，松質(zhì)骨則劃分為四面體網(wǎng)格。劃分單元總數(shù)為319 111，節(jié)點總數(shù)為976 257。

1.2.5 邊界條件的約束、載荷條件的施加以及有效性驗證 首先約束C7 椎體下表面6 個自由度作為邊界條件，然后在C3 椎體上表面施加1 N·m 的力矩。測量C3-C7 各節(jié)段在前屈、后伸、左側(cè)彎、右側(cè)彎、左扭轉(zhuǎn)、右扭轉(zhuǎn)共六個方向上的活動度，并記錄各節(jié)段纖維環(huán)與髓核的最大von Mises 應(yīng)力。將下頸椎各節(jié)段活動度與經(jīng)典體外生物力學(xué)實驗的結(jié)果作對比，以驗證模型有效性；將本模型所得的椎間盤最大von Mises 應(yīng)力與既往文獻(xiàn)中有限元研究的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，再次驗證該模型有效性。

1.3 構(gòu)建ACDF 術(shù)式模型

1.3.1 內(nèi)植物的三維建模 以山東威高集團的頸前路鋼板系統(tǒng)為原型，在SpaceClaim 中頸前路鋼板、螺釘、融合器的近似三維模型見圖2、圖3。

圖2 鋼板螺釘尺寸示意圖

圖3 融合器尺寸示意圖

1.3.2 以C4/5 為融合節(jié)段建立ACDF 模型①C4/5 椎間盤切除減壓植骨融合模型的建立。在SpaceClaim 模塊下，以經(jīng)過有效性驗證的正常無損模型為基礎(chǔ)，將C4/5 椎間盤完整摘除，包括上下軟骨終板，纖維環(huán)及髓核，并去除C4/5 節(jié)段的前縱韌帶和后縱韌帶。然后將融合器植入C4/5 椎間隙，并在融合器內(nèi)部及兩側(cè)模擬植骨，進(jìn)而構(gòu)建出C4/5 椎間盤切除減壓植骨融合的模型（以下簡稱“C4/5 單純?nèi)诤夏Ｐ汀保ㄒ妶D4 左），為融合器和植骨塊分別賦予材料參數(shù)（見表1）；同時，為模擬遠(yuǎn)期植骨融合的效果，將皮質(zhì)骨、融合器和植骨塊的接觸關(guān)系設(shè)定為綁定接觸。②C4/5 椎間盤切除減壓植骨融合聯(lián)合鋼板內(nèi)固定模型的建立。以單純?nèi)诤夏Ｐ蜑榛A(chǔ)，在C4/5 節(jié)段前方安裝鋼板，并將螺釘分別打入C4 和C5 椎體，去除椎體與螺釘?shù)母缮娌糠?，以此?gòu)建出C4/5 椎間盤切除減壓植骨融合聯(lián)合鋼板內(nèi)固定的模型（以下簡稱“C4/5 聯(lián)合鋼板模型”）（見圖4 右）。接著為鋼板和螺釘賦予相應(yīng)的材料屬性（見表1）。將鋼板與螺釘、螺釘與皮質(zhì)骨、螺釘和松質(zhì)骨之間的接觸關(guān)系設(shè)定為綁定接觸。

圖4 以C4/5 為融合節(jié)段構(gòu)建的ACDF 模型

1.3.3 以C5/6 為融合節(jié)段建立ACDF 模型①C5/6 椎間盤切除減壓植骨融合模型的建立。將無損模型導(dǎo)入SpaceClaim，摘除C5/6 椎間盤，包括上下軟骨終板，纖維環(huán)及髓核，并去除C5/6 節(jié)段的前縱韌帶和后縱韌帶。將融合器植入C5/6 椎間隙，并在融合器內(nèi)部及兩側(cè)模擬植骨，進(jìn)而構(gòu)建出C5/6 椎間盤切除減壓植骨融合的模型（以下簡稱“C5/6 單純?nèi)诤夏Ｐ汀保ㄒ妶D5 左），為融合器和植骨塊分別賦予材料參數(shù)（見表1）；同時，為模擬遠(yuǎn)期植骨融合的效果，將皮質(zhì)骨、融合器和植骨塊的接觸關(guān)系設(shè)定為綁定接觸。②C5/6 椎間盤切除減壓植骨融合聯(lián)合鋼板內(nèi)固定模型的建立。以單純?nèi)诤夏Ｐ蜑榛A(chǔ)，在C5/6 節(jié)段前方安裝鋼板，并將螺釘分別打入C5 和C6 椎體，去除椎體與螺釘?shù)母缮娌糠?，?gòu)建C5/6 椎間盤切除減壓植骨融合聯(lián)合鋼板內(nèi)固定的模型（以下簡稱“C5/6 聯(lián)合鋼板模型”）（見圖5 右）。為鋼板和螺釘賦予相應(yīng)的材料屬性（見表1）。將鋼板與螺釘、螺釘與皮質(zhì)骨、螺釘與松質(zhì)骨之間的接觸關(guān)系設(shè)定為綁定接觸。

圖5 以C5/6 為融合節(jié)段構(gòu)建的ACDF 模型

1.4 無損模型及ACDF 手術(shù)模型的邊界約束和載荷施加

以上述構(gòu)建的正常無損模型、C4/5 單純?nèi)诤夏Ｐ汀4/5 聯(lián)合鋼板模型、C5/6 單純?nèi)诤夏Ｐ鸵约癈5/6 聯(lián)合鋼板模型作為研究對象，約束C7 椎體的下表面，于C3 椎體的上表面施加73.6 N 的軸向力以模擬頭重，并施加1 N·m 的力矩，使模型完成各方向活動。

1.5 有限元計算和指標(biāo)分析

以有限元模型中的相鄰兩節(jié)椎體及椎間盤作為脊柱最小的運動節(jié)段，經(jīng)過有限元運算后，分析活動度和應(yīng)力指標(biāo)。

1.5.1 分析活動度指標(biāo) 測量并記錄無損模型、單純?nèi)诤夏Ｐ团c聯(lián)合鋼板模型共5 個模型的各節(jié)段在屈伸、側(cè)彎和扭轉(zhuǎn)六個方向活動度。計算所有手術(shù)模型的活動度變化率（rate of change in range of motion,RROM），具體包括以下指標(biāo)：

單純?nèi)诤夏Ｐ突顒佣鹊淖兓剩╮ate of change in range of motion of the simple fusion model,RROMSFM），計算公式為RROM-SFM=（單純?nèi)诤夏Ｐ突顒佣?無損模型活動度）×100/無損模型活動度。

聯(lián)合鋼板模型活動度的變化率（rate of change in rang of motion of the combined plate model,RROMCPM），計算公式為RROM-CPM=（聯(lián)合鋼板模型活動度-單純?nèi)诤夏Ｐ突顒佣龋?00/單純?nèi)诤夏Ｐ突顒佣取?/p>

根據(jù)以上指標(biāo)，分析相鄰節(jié)段活動度變化情況，比較上下級水平的活動度差異。

1.5.2 分析最大von Mises 應(yīng)力指標(biāo) 計算所有手術(shù)模型的最大von Mises 應(yīng)力變化率（rate of change in maximum von Mises stress,RMVMS），具體包括以下指標(biāo)：

單純?nèi)诤夏Ｐ蛻?yīng)力的變化率（rate of change in maximum von Mises stress of the simple fusion model,RMVMS-SFM），計算公式為RMVMS-SFM=（單純?nèi)诤夏Ｐ蛻?yīng)力-無損模型應(yīng)力）×100/無損模型應(yīng)力。

聯(lián)合鋼板模型應(yīng)力的變化率（rate of change in maximum von Mises stress of the combined plate model,RMVMS-CPM），計算公式為RMVMS-CPM=（聯(lián)合鋼板模型應(yīng)力-單純?nèi)诤夏Ｐ蛻?yīng)力）×100/單純?nèi)诤夏Ｐ蛻?yīng)力。

根據(jù)以上指標(biāo)，分析相鄰節(jié)段應(yīng)力變化，比較上下級水平的應(yīng)力差異。

2 結(jié)果

2.1 模型有效性驗證

本研究選取了一些較為經(jīng)典的體外頸椎標(biāo)本的生物力學(xué)實驗，通過數(shù)據(jù)對比，證明本研究中頸椎有限元模型的活動度與體外標(biāo)本數(shù)據(jù)具有良好的一致性［16-18］（見圖6）。此外，本研究回顧了既往關(guān)于頸椎有限元模型的文章，對其中無損模型的椎間盤最大應(yīng)力值作了匯總（見表2），發(fā)現(xiàn)其最大應(yīng)力值從0.2～10 MPa 不等，而本研究中的纖維環(huán)的最大應(yīng)力值多位于2～5 MPa內(nèi)，髓核應(yīng)力則集中在0.2～0.5 MPa內(nèi)，故本研究的有限元模型應(yīng)力值與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，差異無統(tǒng)計學(xué)意義［9,13,19-25］。

圖6 C3-C7 有限元模型活動度的有效性驗證

表2 既往文獻(xiàn)中無損模型椎間盤的最大von Mises 應(yīng)力

2.2 以C4/5 為融合節(jié)段的ACDF 模型活動度與應(yīng)力

2.2.1 C4/5 相鄰節(jié)段的活動度 無損模型、C4/5單純?nèi)诤夏Ｐ团cC4/5 聯(lián)合鋼板模型在屈伸、側(cè)彎和扭轉(zhuǎn)方向的活動度見圖7，其變化率（RROMSFM、RROM-CPM）見圖8、圖9。

圖7 無損模型、C4/5 單純?nèi)诤夏Ｐ秃虲4/5 聯(lián)合鋼板模型的C3-C7 各節(jié)段的活動度

圖8 相比于無損模型，C4/5 單純?nèi)诤夏Ｐ偷母鞴?jié)段活動度變化率

圖9 相比于C4/5 單純?nèi)诤夏Ｐ?，C4/5 聯(lián)合鋼板模型的各節(jié)段活動度變化率

2.2.2 C4/5 相鄰節(jié)段的纖維環(huán)與髓核應(yīng)力 無損模型、單純?nèi)诤夏Ｐ团c聯(lián)合鋼板模型的相鄰節(jié)段纖維環(huán)與髓核在各方向上的最大von Mises 應(yīng)力云圖，見圖10、圖11。三種模型的變化率（RMVMS-SFM、RMVMS-CPM）見圖12～15。

圖10 無損模型、C4/5 單純?nèi)诤夏Ｐ秃虲4/5 聯(lián)合鋼板模型相鄰節(jié)段纖維環(huán)在各方向上的應(yīng)力云圖

圖11 無損模型、C4/5 單純?nèi)诤夏Ｐ秃虲4/5 聯(lián)合鋼板模型相鄰節(jié)段髓核在各方向上的應(yīng)力云圖

圖12 相比于無損模型，C4/5 單純?nèi)诤夏Ｐ偷母鞴?jié)段纖維環(huán)最大von Mises 應(yīng)力變化率

2.3 以C5/6 為融合節(jié)段的ACDF 模型活動度與應(yīng)力

2.3.1 C5/6 相鄰節(jié)段的活動度 無損模型、C5/6單純?nèi)诤夏Ｐ团cC5/6 聯(lián)合鋼板模型在屈伸、側(cè)彎和扭轉(zhuǎn)方向的活動度見圖16，其變化率（RROMSFM、RROM-CPM）見圖17、圖18。

圖16 無損模型、C5/6 單純?nèi)诤夏Ｐ秃虲5/6 聯(lián)合鋼板模型的C3-C7 各節(jié)段的活動度

圖17 相比于無損模型，C5/6 單純?nèi)诤夏Ｐ偷母鞴?jié)段活動度變化率

圖18 相比于C5/6 單純?nèi)诤夏Ｐ?，C5/6 聯(lián)合鋼板模型的各節(jié)段活動度變化率

2.3.2 C5/6 相鄰節(jié)段的纖維環(huán)與髓核應(yīng)力 無損模型、單純?nèi)诤夏Ｐ团c聯(lián)合鋼板模型的相鄰節(jié)段纖維環(huán)與髓核在各方向上的最大von Mises 應(yīng)力云圖見圖19、圖20。三種模型的變化率（RMVMSSFM、RMVMS-CPM）見圖21～24。

圖19 無損模型、C5/6 單純?nèi)诤夏Ｐ秃虲5/6 聯(lián)合鋼板模型相鄰節(jié)段纖維環(huán)在各方向上的應(yīng)力云圖

圖20 無損模型、C5/6 單純?nèi)诤夏Ｐ秃虲5/6 聯(lián)合鋼板模型相鄰節(jié)段髓核在各方向上的應(yīng)力云圖

圖21 相比于無損模型，C5/6 單純?nèi)诤夏Ｐ偷母鞴?jié)段纖維環(huán)最大von Mises 應(yīng)力變化率

圖13 相比于無損模型，C4/5 單純?nèi)诤夏Ｐ偷母鞴?jié)段髓核最大von Mises 應(yīng)力變化率

圖14 相比于C4/5 單純?nèi)诤夏Ｐ?，C4/5 聯(lián)合鋼板模型的各節(jié)段纖維環(huán)最大von Mises 應(yīng)力變化率

圖15 相比于C4/5 單純?nèi)诤夏Ｐ停珻4/5 聯(lián)合鋼板模型的各節(jié)段髓核最大von Mises 應(yīng)力變化率

圖22 相比于無損模型，C5/6 單純?nèi)诤夏Ｐ偷母鞴?jié)段髓核最大von Mises 應(yīng)力變化率

圖23 相比于C5/6 單純?nèi)诤夏Ｐ?，C5/6 聯(lián)合鋼板模型的各節(jié)段纖維環(huán)最大von Mises 應(yīng)力變化率

圖24 相比于C5/6 單純?nèi)诤夏Ｐ停珻5/6 聯(lián)合鋼板模型的各節(jié)段髓核最大von Mises 應(yīng)力變化率

3 討論

ACDF 的關(guān)鍵在于充分減壓和植骨融合，其中植骨融合有利于恢復(fù)椎間隙高度，維持頸椎的穩(wěn)定性。手術(shù)中使用的鋼板和融合器均為了提供早期的穩(wěn)定支持，增加頸椎融合成功率。但鋼板的使用不可避免地帶來了一些問題，包括術(shù)中增加軟組織剝離與出血量，延長手術(shù)時間；術(shù)后增加患者吞咽困難的發(fā)生率。在患者以后的恢復(fù)中，還會伴隨鋼板松動、螺釘拔出及斷裂的風(fēng)險［26］。有些研究表明，鋼板會增加患者相鄰節(jié)段退變的幾率。除此之外，在患者的后續(xù)翻修手術(shù)中，前次手術(shù)鋼板螺釘?shù)氖褂脮斐深i部組織的粘連和疤痕增生，再加上需要拆除之前的內(nèi)固定，這些無疑會增加再次手術(shù)的困難和危險。因此，近些年獨立融合器在ACDF 中的應(yīng)用得到了較大發(fā)展，許多研究都指出在ACDF 中使用獨立椎間融合器能夠取得和傳統(tǒng)的融合器聯(lián)合鋼板一樣的臨床療效，并且獨立融合器能夠規(guī)避前述鋼板所帶來的的諸多問題［27-36］。這些單獨融合器的設(shè)計樣式也是各不相同，不僅包括新興的零切跡融合器與自鎖式融合器，還有PEEK 或鉭金屬材質(zhì)的普通融合器，這些融合器在臨床上均有獨立使用的先例，并獲得了良好的療效。因此雖然目前獨立融合器在臨床的應(yīng)用較少，但其單獨應(yīng)用是具有相當(dāng)可行性的。

關(guān)于頸前路融合手術(shù)加裝鋼板系統(tǒng)的優(yōu)劣，學(xué)界一直爭論不斷。部分研究認(rèn)為加裝鋼板有助于節(jié)段性前凸的恢復(fù)，恢復(fù)椎間盤高度［37-38］。但在一場26 年的隨訪研究中，作者指出單純?nèi)诤吓c聯(lián)合鋼板均能取得較好的臨床效果［39］。相反，鋼板的使用不僅會促進(jìn)ASP 的進(jìn)展，還會增加二次翻修手術(shù)的困難［40］。另外，減少鋼板的使用能夠降低吞咽困難的發(fā)生率［41］。

RAGAB 等［42］通過對頸椎融合術(shù)后相鄰節(jié)段應(yīng)變的定量分析，指出在單節(jié)段融合術(shù)后，上級水平受影響最大，從而造成上級椎體間的活動度增大。CHANG 等［43］通過直接測量椎間盤壓力，指出ACDF 會導(dǎo)致融合部位上級水平的椎間盤壓力增加，但是在下級水平，椎間盤壓力的變化并不明顯。SHIN 等［44］通過對165 名接受ACDF 治療的患者進(jìn)行超過2 年的隨訪，對其影像學(xué)表現(xiàn)及臨床效果進(jìn)行評估，指出接受多級融合的病人表現(xiàn)出更多的整體活動度下降和相鄰上部節(jié)段代償性運動的增加［44］。本研究結(jié)果與這些體外生物力學(xué)實驗數(shù)據(jù)和臨床觀察結(jié)果是相符的。在本研究中，相比于無損模型，在C4/5 單純?nèi)诤夏Ｐ椭?，上級?cè)彎活動度最高增幅為14.07%，下級最高5.23%，在C5/6 單純?nèi)诤夏Ｐ椭?，上級?cè)彎活動度最高增幅為6.84%，下級最高2.68%。由此可以看出，上級活動度的增幅幾近于下級的3倍。這表明在頸椎融合術(shù)后，融合部位相鄰節(jié)段的活動度是增加的，而且上級節(jié)段的增幅要高于下級，這種增大意味著患者在一定程度上可以自行代償因手術(shù)而喪失的頸椎活動度。

相比于單純?nèi)诤夏Ｐ?，?lián)合鋼板模型的相鄰節(jié)段的活動度與纖維環(huán)、髓核應(yīng)力表現(xiàn)出較為一致的變化。在活動度方面，與C4/5 單純?nèi)诤夏Ｐ拖啾?，C4/5 聯(lián)合鋼板模型上級節(jié)段活動度在各方向上均增長，其最大增幅為屈伸方向的5.44%；而下級節(jié)段C5/6 和C6/7 節(jié)段活動度在各方向上均降低，其最大降幅為17.29%。與C5/6 單純?nèi)诤夏Ｐ拖啾?，C5/6 聯(lián)合鋼板模型上級節(jié)段C3/4、C4/5 活動度主要表現(xiàn)為增長，其最大增幅為4.64%；而下級節(jié)段C6/7 活動度主要表現(xiàn)為降低，其最大降幅為7.85%。這些結(jié)果表明，在C3/4 與C4/5 單節(jié)段融合術(shù)后，加裝鋼板內(nèi)固定會導(dǎo)致融合部位上級水平活動度增大，而下級水平活動度降低。

在纖維環(huán)與髓核的應(yīng)力方面，與C4/5 單純?nèi)诤夏Ｐ拖啾?，C4/5 聯(lián)合鋼板模型上級節(jié)段C3/4 的纖維環(huán)與髓核應(yīng)力在各方向上均呈增長趨勢，二者最大增幅皆為后伸方向的8.10%；而下級節(jié)段C5/6、C6/7 的纖維環(huán)與髓核應(yīng)力表現(xiàn)為下降，其最大降幅為21.96%。與C5/6 單純?nèi)诤夏Ｐ拖啾龋珻5/6 聯(lián)合鋼板模型上級節(jié)段C3/4、C4/5 的纖維環(huán)與髓核應(yīng)力主要表現(xiàn)為增長，其最大增幅為7.16%；而下級節(jié)段C6/7 的纖維環(huán)與髓核應(yīng)力主要呈降低趨勢，二者最大降幅為12.52%。本實驗數(shù)據(jù)表明，在C3/4 與C4/5 單節(jié)段融合術(shù)后，加裝鋼板內(nèi)固定會導(dǎo)致融合部位上級水平的纖維環(huán)與髓核應(yīng)力增大，而下級水平的纖維環(huán)與髓核應(yīng)力降低。

綜合考慮相鄰節(jié)段活動度與應(yīng)力的變化，本研究發(fā)現(xiàn)，相比于單純減壓融合的術(shù)式，采用減壓融合聯(lián)合鋼板內(nèi)固定后，融合部位上級水平各方向的活動度增加，最大增幅為5.44%，纖維環(huán)與髓核的最大von Mises 應(yīng)力增加，最大增幅為8.10%；而融合部位下級水平各方向的活動度呈下降狀態(tài)，最大降幅為17.29%，纖維環(huán)與髓核的最大von Mises 應(yīng)力減小，最大降幅為21.96%。因此，較單純?nèi)诤闲g(shù)式而言，ACDF 中鋼板的使用可能會在一定程度上促進(jìn)融合部位上級水平椎間盤的退變；而對于下級水平，鋼板可能在一定程度上能夠減緩由融合所帶來的退變影響。

雖然單純?nèi)诤闲g(shù)式與聯(lián)合鋼板術(shù)式的遠(yuǎn)期結(jié)果均為融合頸椎手術(shù)部位的上下椎體，但融合節(jié)段由融合器以及融合骨所組成，這兩者的性質(zhì)完全不同于鋼板與螺釘，所以鋼板的使用很有可能會改變手術(shù)部位附近的應(yīng)力傳導(dǎo)方式，因此不能簡單地將鋼板與融合節(jié)段看作一個整體而忽視鋼板可能導(dǎo)致的影響。另外有研究人員已經(jīng)在臨床上觀察到兩種術(shù)式對相鄰節(jié)段椎間盤的高度變化產(chǎn)生不同的影響，在術(shù)后兩年的隨訪中，他們發(fā)現(xiàn)較之于獨立融合器，聯(lián)合鋼板會導(dǎo)致患者相鄰節(jié)段椎間盤高度下降更為明顯，發(fā)生ASP 的風(fēng)險更高，這進(jìn)一步表明鋼板的使用的確可能對融合后的頸椎相鄰部位生物力學(xué)造成一些影響。本研究的結(jié)果表明即使是遠(yuǎn)期融合以后，鋼板仍然對相鄰節(jié)段的活動度和應(yīng)力產(chǎn)生不同的影響，而探明這些影響將會幫助脊柱外科醫(yī)生進(jìn)一步理解頸椎A(chǔ)CDF 后相鄰節(jié)段的生物力學(xué)效應(yīng)，并為其選擇術(shù)式提供一定參考。

根據(jù)本研究得出的單純?nèi)诤夏Ｐ团c聯(lián)合鋼板模型的應(yīng)力變化規(guī)律，脊柱外科醫(yī)生可以更加靈活的選擇術(shù)式，針對不同疾病程度的病人制定不同的手術(shù)方案。例如，對于頸椎單節(jié)段病變的患者，如果術(shù)前發(fā)現(xiàn)其病變節(jié)段上級水平有退變趨勢，可以考慮使用單純減壓植骨融合的術(shù)式，這樣可以避免ACDF 中鋼板增大融合部位上級水平的椎間盤應(yīng)力；相反如果術(shù)前其病變節(jié)段下級水平有退變趨勢，可以優(yōu)先選擇減壓融合聯(lián)合鋼板內(nèi)固定的術(shù)式，這樣加裝鋼板后下級水平椎間盤應(yīng)力的相對降低可能會降低該部位ASP 的發(fā)生率。

與任何通過有限元手段來模擬真實結(jié)構(gòu)的研究一樣，本研究的頸椎有限元模型也存在一些不足。第一，本研究的頸椎原型為正常頸椎結(jié)構(gòu)，不包括頸椎相關(guān)退行性變化，因此模型代表性會有一定不足；第二，因為缺乏肌肉組織的相關(guān)參數(shù)，該模型未能構(gòu)建頸椎相關(guān)肌肉，而且所有結(jié)構(gòu)均采用材料特性不依賴于載荷方向的線性、各向同性材料來模擬，所以該模型與真實結(jié)構(gòu)有一定出入；第三，本研究的結(jié)果是由有限元分析計算而來，后續(xù)仍然需要體外標(biāo)本的生物力學(xué)實驗進(jìn)行基礎(chǔ)驗證，并在臨床結(jié)果中得到有效證明。

綜上，與單純的頸椎間盤減壓融合相比，聯(lián)合鋼板會導(dǎo)致融合部位上級水平的活動度增加，椎間盤最大von Mises 應(yīng)力上升，而下級水平活動度減小，椎間盤最大von Mises 應(yīng)力下降。因此，較單純?nèi)诤隙?，ACDF 中鋼板的使用可能會在一定程度上促進(jìn)融合部位上級水平椎間盤的退變；而對于下級水平，鋼板可能在一定程度上能夠減緩由融合造成的退變。