椎骨脱离是一种常见的成人解剖异常。手术干预包括神经解压和脊柱重建。椎弓根螺钉系统由于能保证良好的脊柱对线和维持骨间稳定，在临床上广泛应用。目前关于疗效的研究很多，但关于其生物力学的评估的研究还较少。
因此，来自日本防卫医科大学骨外科的 Matsukawa 教授做了一个研究，旨在比较螺钉在正常椎骨和椎板缺失椎体之间的固定强度差异，并且比较椎弓根皮质骨钉道（CBT）和传统钉道（TT）之间的强度差异。该研究发表在 J neurosurg spine 上。
通过 CT 扫描，纳入 17 个狭窄性脊椎前移的病人，并将其数据生成 3D 有限元（finite element，FE）模型。扫描病变椎骨头端的椎骨作为对照。椎弓根螺钉的有限元模型被单独重建。每个椎骨模型都进行了 TT 和 CRT 方法的螺钉植入（如 图 1）。通过逐渐增加的拔出力，测定的椎骨移位来进行非线性 FE 分析。
同时在两个椎弓根中置入螺钉，模仿屈（flexion）, 伸（extension）, 侧弯（lateral bending）和轴向旋转（axial rotation）来评估固定的强度。将使得椎骨明显移位的力与此时移位的距离的比值作为椎骨固定强度的指标。
图 1 有限元模型。左上，TT 法置入椎弓根螺钉的正常椎骨；右上，TT 法置入椎弓根螺钉的椎板缺失椎体；左下，CBT 法置入椎弓根螺钉的正常椎骨；右下，CBT 法置入椎弓根螺钉的椎板缺失椎体
图 2 各动作的负荷状态：屈（flexion）, 伸（extension）, 侧弯（lateral bending）和轴向旋转（axial rotation）
对比结果显示：
对于传统钉道（TT）而言，正常椎骨和椎板缺失椎体的拔出力，屈、伸、侧弯和轴向旋转上的固定强度并无明显区别。
对于椎弓根皮质骨钉道（CBT）而言，椎板缺失椎体螺钉的拔出力，屈、伸、侧弯和轴向旋转上的固定强度都显著比正常椎骨低。
对于正常椎骨而言，CBT 在拔出力，在屈、伸上的固定强度高于 TT，而在侧弯和轴向旋转上低于 TT。
对于椎板缺失椎体螺钉而言，拔出力两者无明显区别，在屈、伸、侧弯和轴向旋转上的固定强度上，CBT 都显著低于 TT。
用尸体脊柱做类似实验容易产生偏移，如样本体积，个体差异和缺失的程度，而有限元分析可以更好地解决以上问题。CBT 相对于 TT 而言，侵入性稍小。
如上第一个结果中，可能的解释为 TT 螺钉主要着力点在于松质骨，在椎板缺失椎体中，其松质骨依然保存良好，因此两者无明显区别。
而对于 CBT 而言，椎板缺失椎体的各项指标更差，从解剖上可能找到答案：皮质骨集中在关节间部和椎弓根下部，在椎板缺失椎体中，这部分骨质较缺失，因接触面较少，因而拔出力和固定强度都相对于正常椎骨低。解释了第二个结果。
对于不同椎骨的 CBT 或 TT 的对比，同样由于皮质骨的缺失而产生了如上的第三、第四两个结果。这提示在椎板缺失椎体中，更推荐 TT 螺钉。
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