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目的 L4-5和L5-S1节段是腰椎退行性疾病的好发部位,后路腰椎椎间融合术是治疗该疾病的主要手术方式,当L4-S1双节段椎管狭窄时,融合节段的选择尚有争议,本研究通过有限元方法建立正常L3-S1节段模型,模拟PLIF手术建立后路单节段融合(L4-5)+邻节段减压(L5-S1)与后路双节段融合(L4-5、L5-S1)的有限元模型,利用有限元方法分析两术式术后小关节、椎间盘、终板、钉棒及融合器生物力学的应力变化,为降低邻近节段退变、减少内固定失败及合理选择手术方式提供力学依据。方法选择1名健康成年志愿者,排除脊柱相关疾病,对L3-S1节段进行薄层CT扫描,将获取的影像数据以Dicom格式文件导入三维重建软件Mimics 20.0中处理,获得L3-S1的三维轮廓模型,并以STL格式文件导出后读入Geomagic软件中,对三维模型进行打磨、格栅等逆向工程重建的工作,最后生成实体三维L3-S1模型。利用Solid Works中的放样、拉伸、切除等功能制作椎间盘,与椎体组装,生成完整的L3-S1腰骶椎模型,同时用Solid Works软件对Cage、钉棒进行三维模型建立,在此基础上将螺钉及Cage的三维模型根据临床手术操作,使用Solid Works软件装入L3-S1模型中。建立了三组模型,分别是正常L3-S1腰骶椎模型(A组)、后路单节段融合(L4-5)+邻节段减压(L5-S1)的PLIF模型(B组)及后路双节段融合(L4-5、L5-S1)的PLIF模型(C组)。最后将各组模型使用Ansys软件施加约束及载荷,观察三组模型在前屈、后伸、左屈、右屈、左旋及右旋六种运动状态下的稳定性,通过分析小关节及椎间盘应力情况得出两种PLIF手术模型对邻近节段退变的影响,同时测量分析椎间融合器、内固定装置、终板等应力变化和分布规律。结果本实验建立的正常L3-S1节段有限元模型,模型验证有效,并建立了后路单、双节段椎间融合的有限元模型进行力学分析。三组模型的四面体单元数和节点数分别如下:A组为102448和193834,B组为205880和365780,C组为253172和433851。在施加载荷的六种运动状态下,B组与C组模型L3-4、L4-5的活动度均比正常模型明显减少,以C组模型最为显著,同时C组的L5-S1活动度较正常模型显著减少,B组的L5-S1活动度较正常模型增加不明显;B组与C组模型头侧邻近节段(L3-4)小关节应力显著增加,以前屈活动时最为明显,但B、C组间小关节应力相差不大,B组减压未融合节段(L5-S1)的小关节应力较正常A组模在前屈及左旋活动时略增加;B组及C组相邻节段(L3-4)椎间盘应力增加,C组大于B组,B组减压未融合节段椎间盘(L5-S1)应力无明显增加;B组及C组融合节段上终板应力较A组明显增加;B组及C组模型钉棒应力主要集中在整个钉棒系统的下位螺钉尾与棒的交界处,在前屈、旋转及右屈活动时内固定应力较大,C组大于B组,前屈时应力最大,位于C组模型的骶1螺钉及L5-S1间隙融合器。结论两组PLIF模型术后都可以达到良好的稳定性。两组PLIF模型的头侧邻近节段(L3-4)小关节和椎间盘应力均增加,其中小关节应力增加显著,两组PLIF模型间差异不大,提示PLIF手术可能加速头侧邻近节段小关节及椎间退变的退变。单节段融合+邻节段减压的PLIF模型中,减压未融合节段(L5-S1)的小关节仅在前屈及左旋活动时略增加,L5-S1节段椎间盘应力无明显增加,表明保留双侧小关节对减压节段的稳定性和减少ASD发生尤为重要。两组PLIF模型中,双节段融合模型的骶1螺钉及L5-S1间隙融合器应力更大,此处易发生融合失败。