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椎弓根螺釘固定系統(tǒng)以其優(yōu)良的生物力學(xué)穩(wěn)定性，利于維持脊柱正常序列、重建序列穩(wěn)定及促進融合，成為腰椎融合手術(shù)療效的關(guān)鍵。但是，因椎弓根螺釘松動、退出或斷釘?shù)炔l(fā)癥導(dǎo)致內(nèi)固定失敗的病例并不少見，且這種情況在老年患者中更為多見。現(xiàn)有研究認為，伴有骨質(zhì)疏松癥或腰椎退變性不穩(wěn)的老年患者，需要更強大的內(nèi)固定把持力及穩(wěn)定性來維持術(shù)后脊柱穩(wěn)定。多年以來，學(xué)者們試圖通過改良螺釘設(shè)計或使用骨水泥等方式增加螺釘把持力及穩(wěn)定性。不過前者對于嚴重骨質(zhì)疏松患者的使用效果仍不甚理想，而后者材料本身重塑形能力有限并有一定的使用風(fēng)險和生物毒性，在實際臨床應(yīng)用上有一定局限性。
2009年，Santoni等報道了一項新方法—皮質(zhì)骨釘?shù)溃╟orticalbonetrajectory，CBT），試圖通過改變釘?shù)酪栽黾勇葆斣卺數(shù)乐械陌殉至ΑＯ啾扔趥鹘y(tǒng)椎弓根釘?shù)溃╰raditionaltrajectory，TT）利用椎弓根長軸作為通道，CBT偏外及上傾置釘可更大程度地利用椎弓根復(fù)合體的皮質(zhì)骨部分，保證螺釘更多表面部分與皮質(zhì)骨相互嵌合。并在隨后的生物力學(xué)研究中證實其生物力學(xué)特性與TT螺釘相仿。
但是，目前對于螺釘生物力學(xué)特性的研究較少且結(jié)果不一，兩種螺釘在骨質(zhì)疏松癥患者椎體中穩(wěn)定性的生物力學(xué)效應(yīng)方面的研究較少。本文通過三維有限元分析建立骨質(zhì)疏松癥患者腰椎椎體模型，比較CBT和TT在腰椎模型抗拔出力及穩(wěn)定性方面的差異，旨在明確CBT螺釘?shù)膬?yōu)勢與不足，為臨床應(yīng)用CBT螺釘提供理論依據(jù)。
納入標準：（1）骨密度T值＜-2.5SD；（2）女性骨質(zhì)疏松癥患者。排除標準：（1）伴有腰椎疾病；（2）既往有腰椎手術(shù)史；（3）其他各種原因所致的繼發(fā)性骨質(zhì)疏松癥（如甲狀旁腺功能亢進和多發(fā)性骨髓瘤、骨質(zhì)軟化癥、腎性骨營養(yǎng)不良、兒童的成骨不全、轉(zhuǎn)移瘤、白血病以及淋巴瘤等）。
回顧性選取復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院2015年3月至9月門診就診的符合納入及排除標準的骨質(zhì)疏松癥患者7例，年齡57～63歲，平均（61.4±3.1）歲，均為女性，身高145～171cm，平均（154.3±13.2）cm，體重48～69kg，平均（57.4±10.9）kg。
使用256排螺旋CT機（PHILIPS公司，荷蘭）對患者腰椎進行掃描，得到層厚為1.25mm的連續(xù)斷層掃描，以DICOM格式輸出將腰4椎體圖像并保存。采用Mimics（馬瑞斯公司，比利時）建立模型，Abaqus（達索系統(tǒng)，法國）劃分網(wǎng)格和進行有限元模擬。得到所需要的模型后，在Mimics中對幾何結(jié)構(gòu)進行網(wǎng)格劃分，根據(jù)下面的腰椎屬性經(jīng)驗公式及CT值進行材料屬性設(shè)定，密度ρ=1.112×HU＋47（HU為亨氏單位）。
本實驗?zāi)MMedtronic公司椎弓根螺釘，分為TT螺釘組和CBT螺釘組。TT螺釘直徑為6.5mm、長度為45mm，CBT螺釘直徑為5.0mm、長度為35mm。設(shè)定螺釘彈性模量為220000MPa，密度為8000kg/m3。TT螺釘?shù)倪M釘點及方向為沿椎弓根解剖軸進釘，平行于椎體上下終板。根據(jù)既往文獻研究，CBT螺釘進釘點為上關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)中垂線與同側(cè)橫突下1mm水平線交點，進釘方向為左側(cè)11點方向置釘、右側(cè)1點方向置釘，外偏角度為10°、頭傾角25°
兩種螺釘?shù)玫剿枰娜S幾何模型后，使用Abaqus對椎體模型進行布爾運算，切除鋼釘所在位置體積，得到螺釘與椎體骨的接觸面。接著對螺釘與椎體骨的接觸面設(shè)置考慮螺紋表面與表面接觸作用。本文從三個方面驗證有限元建模的有效性：（1）有限元模型自身檢驗，包括CT分辨率較高、骨質(zhì)屬性按實際情況定義、置釘方向與臨床實際相符；（2）采用的計算方法為通用方法，經(jīng)過了大量驗證；（3）我們施加載荷后的計算結(jié)果與現(xiàn)有研究結(jié)果在一定范圍內(nèi)相符，如在抗拔出力及螺釘穩(wěn)定性結(jié)果與Perez-Orribo等和Matsukawa等研究中得出結(jié)果相似。
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