不同證型患者椎弓根螺釘擰入扭矩的多維度剖析：臨床與有限元研究一、引言1.1研究背景在脊柱外科領(lǐng)域，椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)是極為關(guān)鍵的手術(shù)方式，其發(fā)展歷程見證了脊柱外科技術(shù)的重大進(jìn)步。自20世紀(jì)50年代首次被報(bào)道以來，椎弓根螺釘固定術(shù)憑借其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，迅速成為恢復(fù)脊柱穩(wěn)定性的常用手術(shù)方法。該手術(shù)通過椎弓根將螺釘擰入椎體，為脊柱提供了三維矯正和堅(jiān)強(qiáng)的內(nèi)固定，如同為脆弱的脊柱構(gòu)建了堅(jiān)固的支撐框架。這一技術(shù)不僅能夠有效恢復(fù)脊柱的正常排列，糾正脊柱畸形，還能在最大程度上保留脊柱的活動(dòng)節(jié)段，使患者在術(shù)后能夠保持相對(duì)良好的脊柱功能。在脊柱骨折、脊柱退變、脊柱畸形等多種疾病的治療中，椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)都發(fā)揮著不可或缺的作用。對(duì)于脊柱骨折患者，它能實(shí)現(xiàn)骨折脫位的精準(zhǔn)復(fù)位，恢復(fù)椎體高度，重建脊柱的連續(xù)性和穩(wěn)定性，避免骨折移位對(duì)脊髓和神經(jīng)造成進(jìn)一步損傷；在脊柱退變疾病，如腰椎間盤突出癥、腰椎管狹窄癥的治療中，通過內(nèi)固定可以穩(wěn)定病變節(jié)段，減輕神經(jīng)壓迫，緩解患者的疼痛和下肢麻木等癥狀；針對(duì)脊柱畸形患者，如脊柱側(cè)彎、后凸畸形，椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)更是矯正畸形、改善患者外觀和生活質(zhì)量的關(guān)鍵手段。然而，盡管椎弓根螺釘具有良好的固定能力，螺釘松動(dòng)這一并發(fā)癥卻一直困擾著臨床醫(yī)生和患者。螺釘松動(dòng)是指螺釘在椎體中發(fā)生位移或失去原本的錨固力，導(dǎo)致內(nèi)固定系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。這一問題主要是由于固定強(qiáng)度不足所導(dǎo)致，文獻(xiàn)報(bào)道其發(fā)生率在0.6%-27.0%之間，而在骨質(zhì)疏松患者中，發(fā)生率甚至可能高達(dá)60%。螺釘松動(dòng)的后果十分嚴(yán)重，它可能導(dǎo)致手術(shù)失敗，使脊柱無法維持穩(wěn)定的復(fù)位狀態(tài)，進(jìn)而引發(fā)疼痛加劇、畸形復(fù)發(fā)等問題，嚴(yán)重影響患者的康復(fù)進(jìn)程和生活質(zhì)量。在一些極端情況下，患者可能需要再次手術(shù)，這不僅增加了患者的痛苦和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，還面臨著更高的手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，如感染、神經(jīng)損傷等。因此，如何提高椎弓根螺釘?shù)姆€(wěn)定性，降低螺釘松動(dòng)的發(fā)生率，成為了脊柱外科領(lǐng)域亟待解決的重要問題。為了有效評(píng)估椎弓根螺釘?shù)姆€(wěn)定性，研究人員和臨床醫(yī)生一直在尋找可靠的量化指標(biāo)。其中，椎弓根螺釘?shù)牟迦肱ぞ兀〝Q入扭矩）逐漸受到關(guān)注。插入扭矩是指在螺釘插入過程中，骨-釘界面產(chǎn)生的阻力，其大小等于力和力臂的乘積，國際單位是牛米（N?m）。這一指標(biāo)能夠較為準(zhǔn)確地反映椎體松質(zhì)骨、椎弓根皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨及椎弓根尺寸對(duì)螺釘?shù)目傮w影響。當(dāng)插入扭矩較大時(shí)，意味著骨-釘界面的結(jié)合更為緊密，螺釘能夠獲得更好的錨固力，從而具有良好的穩(wěn)定性；反之，較小的插入扭矩則提示螺釘?shù)姆€(wěn)定性可能不足，更容易發(fā)生松動(dòng)。許多研究表明，椎弓根螺釘插入扭矩與螺釘?shù)目拱纬隽Τ收嚓P(guān)，即插入扭矩越大，螺釘?shù)目拱纬隽υ綇?qiáng)，在椎體中的固定也就越牢固。因此，深入研究椎弓根螺釘?shù)牟迦肱ぞ兀瑢?duì)于評(píng)估螺釘?shù)姆€(wěn)定性、優(yōu)化手術(shù)操作以及預(yù)防螺釘松動(dòng)等并發(fā)癥具有重要的臨床意義。1.2研究目的與意義本研究旨在深入探究不同證型患者椎弓根螺釘擰入扭矩的特點(diǎn)及其影響因素，通過臨床實(shí)驗(yàn)和有限元分析相結(jié)合的方法，建立精準(zhǔn)的生物力學(xué)模型，為提高椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)的安全性和有效性提供科學(xué)依據(jù)。具體而言，本研究將從以下幾個(gè)方面展開：首先，對(duì)不同證型的患者進(jìn)行分組，在手術(shù)過程中精確測(cè)量椎弓根螺釘?shù)臄Q入扭矩，分析證型與擰入扭矩之間的內(nèi)在聯(lián)系；其次，收集患者的臨床資料，包括年齡、性別、骨密度、疾病類型等，通過統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，明確這些因素對(duì)擰入扭矩的影響程度，篩選出具有顯著影響的因素；最后，利用有限元分析軟件，建立個(gè)性化的脊柱-椎弓根螺釘有限元模型，模擬不同工況下螺釘?shù)牧W(xué)行為，進(jìn)一步驗(yàn)證臨床實(shí)驗(yàn)結(jié)果，深入探討螺釘穩(wěn)定性的生物力學(xué)機(jī)制。本研究的意義在于：一方面，為臨床醫(yī)生在椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)的手術(shù)操作提供量化的參考指標(biāo)。通過術(shù)前對(duì)患者證型的判斷以及相關(guān)因素的分析，醫(yī)生能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)螺釘?shù)臄Q入扭矩，從而選擇合適的螺釘規(guī)格和手術(shù)器械，優(yōu)化手術(shù)操作流程，提高手術(shù)的成功率和安全性。在面對(duì)骨質(zhì)疏松證型的患者時(shí)，醫(yī)生可以根據(jù)研究結(jié)果提前做好應(yīng)對(duì)措施，如采用骨水泥強(qiáng)化等方法，增強(qiáng)螺釘?shù)腻^固力，降低螺釘松動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。另一方面，本研究的結(jié)果有助于醫(yī)療器械研發(fā)人員改進(jìn)椎弓根螺釘?shù)脑O(shè)計(jì)和制造工藝。通過了解不同證型患者對(duì)螺釘穩(wěn)定性的需求，研發(fā)人員可以有針對(duì)性地優(yōu)化螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)、材質(zhì)和表面處理方式，提高螺釘?shù)牧W(xué)性能和生物相容性，為患者提供更優(yōu)質(zhì)的醫(yī)療器械產(chǎn)品。本研究還將豐富脊柱外科生物力學(xué)的理論體系，為后續(xù)相關(guān)研究提供重要的參考和借鑒，推動(dòng)脊柱外科領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展。1.3研究方法與創(chuàng)新點(diǎn)本研究綜合運(yùn)用臨床研究和有限元分析兩種方法，從不同角度深入探討椎弓根螺釘擰入扭矩的相關(guān)問題，旨在全面、準(zhǔn)確地揭示其內(nèi)在機(jī)制和影響因素。在臨床研究方面，本研究將選取[X]例接受椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)的患者，按照中醫(yī)證型進(jìn)行分組，如肝腎虧虛型、氣血不足型、氣滯血瘀型等。在手術(shù)過程中，使用高精度的扭矩測(cè)量?jī)x器，精確記錄每枚椎弓根螺釘?shù)臄Q入扭矩。同時(shí)，詳細(xì)收集患者的臨床資料，包括年齡、性別、身高、體重、骨密度、疾病類型、病程等信息。通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的整理和分析，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，如方差分析、相關(guān)性分析、多元線性回歸分析等，深入探究不同證型與擰入扭矩之間的關(guān)系，以及各臨床因素對(duì)擰入扭矩的影響程度。通過單因素方差分析，比較不同證型組之間擰入扭矩的差異，判斷證型是否對(duì)擰入扭矩有顯著影響；利用相關(guān)性分析，確定年齡、骨密度等因素與擰入扭矩之間的相關(guān)關(guān)系；采用多元線性回歸分析，篩選出對(duì)擰入扭矩具有獨(dú)立影響的因素，構(gòu)建回歸模型，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)擰入扭矩的預(yù)測(cè)和評(píng)估。在有限元分析方面，本研究將利用醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)，如CT、MRI等，借助專業(yè)的醫(yī)學(xué)圖像處理軟件，如Mimics、Geomagic等，精確提取患者脊柱的三維幾何模型。然后，導(dǎo)入有限元分析軟件，如ANSYS、Abaqus等，進(jìn)行網(wǎng)格劃分、材料屬性定義、載荷和邊界條件設(shè)定等操作，建立個(gè)性化的脊柱-椎弓根螺釘有限元模型。通過模擬不同工況下，如軸向壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)等，螺釘?shù)牧W(xué)行為，分析螺釘?shù)膽?yīng)力分布、位移變化以及骨-釘界面的接觸情況，深入探討螺釘穩(wěn)定性的生物力學(xué)機(jī)制。通過模擬軸向壓縮工況，觀察螺釘在承受垂直載荷時(shí)的應(yīng)力分布和變形情況，評(píng)估其抵抗軸向壓力的能力；在彎曲工況下，分析螺釘在不同方向彎曲時(shí)的應(yīng)力集中區(qū)域和位移變化，了解其對(duì)脊柱彎曲運(yùn)動(dòng)的適應(yīng)性；模擬扭轉(zhuǎn)工況，研究螺釘在承受扭矩時(shí)的力學(xué)響應(yīng)，判斷其抗扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。將有限元分析結(jié)果與臨床實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，進(jìn)一步完善和優(yōu)化模型，提高研究結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。本研究的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，首次將中醫(yī)證型引入椎弓根螺釘擰入扭矩的研究中，從中醫(yī)整體觀念和辨證論治的角度，探討不同證型患者的生物力學(xué)特性差異，為脊柱外科手術(shù)的個(gè)性化治療提供了新的思路和方法。傳統(tǒng)的研究主要關(guān)注患者的生理和病理因素，而本研究將中醫(yī)證型這一獨(dú)特的因素納入研究范疇，豐富了研究的維度，有助于更全面地了解患者的病情和手術(shù)需求。其次，采用多因素分析方法，綜合考慮年齡、性別、骨密度、疾病類型等多種臨床因素對(duì)擰入扭矩的影響，克服了以往研究中單一因素分析的局限性，能夠更準(zhǔn)確地揭示擰入扭矩的影響機(jī)制，為臨床醫(yī)生提供更全面、準(zhǔn)確的參考依據(jù)。通過多因素分析，可以發(fā)現(xiàn)不同因素之間的相互作用和協(xié)同效應(yīng)，從而為制定個(gè)性化的手術(shù)方案提供更科學(xué)的指導(dǎo)。最后，將臨床研究與有限元分析相結(jié)合，充分發(fā)揮兩種方法的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了從臨床實(shí)踐到理論研究的相互驗(yàn)證和補(bǔ)充。臨床研究能夠提供真實(shí)的手術(shù)數(shù)據(jù)和患者信息，而有限元分析則可以在虛擬環(huán)境中模擬各種復(fù)雜工況，深入探究生物力學(xué)機(jī)制，兩者的結(jié)合有助于更深入、系統(tǒng)地研究椎弓根螺釘?shù)姆€(wěn)定性問題，提高研究的科學(xué)性和實(shí)用性。通過臨床研究驗(yàn)證有限元模型的準(zhǔn)確性，再利用有限元分析進(jìn)一步解釋臨床現(xiàn)象，為脊柱外科手術(shù)的優(yōu)化和改進(jìn)提供了有力的支持。二、相關(guān)理論基礎(chǔ)與研究現(xiàn)狀2.1椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)概述2.1.1手術(shù)原理椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)是脊柱外科領(lǐng)域的一項(xiàng)核心技術(shù)，其手術(shù)原理基于人體脊柱的解剖結(jié)構(gòu)和生物力學(xué)特性。椎弓根作為連接椎體和椎板的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)特的力學(xué)優(yōu)勢(shì)。它不僅是椎體與后部結(jié)構(gòu)之間的重要紐帶，還為螺釘?shù)闹萌胩峁┝讼鄬?duì)穩(wěn)定的錨固點(diǎn)。在手術(shù)過程中，通過精確的定位和操作，將螺釘經(jīng)椎弓根擰入椎體，利用螺釘與椎體骨組織之間的摩擦力和錨固力，實(shí)現(xiàn)對(duì)脊柱的固定和支撐。具體而言，螺釘?shù)穆菁y設(shè)計(jì)能夠緊密嵌入椎體的松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨中，增加骨-釘界面的接觸面積和摩擦力，從而提供強(qiáng)大的錨固力。這種錨固力使得螺釘能夠有效地抵抗脊柱在生理活動(dòng)中產(chǎn)生的各種應(yīng)力，包括軸向壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)等，維持脊柱的穩(wěn)定性。椎弓根螺釘還可以通過連接棒、固定板等部件與相鄰的椎體相連，形成一個(gè)完整的內(nèi)固定系統(tǒng)，進(jìn)一步增強(qiáng)脊柱的穩(wěn)定性。在治療脊柱骨折時(shí)，椎弓根螺釘可以將骨折的椎體復(fù)位并固定，促進(jìn)骨折愈合；對(duì)于脊柱退變疾病，如腰椎間盤突出癥、腰椎管狹窄癥，椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)可以穩(wěn)定病變節(jié)段，減輕神經(jīng)壓迫，緩解患者的癥狀。此外，椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)還具有三維矯正的能力。通過調(diào)整螺釘?shù)奈恢?、角度和長度，可以對(duì)脊柱的畸形進(jìn)行精確矯正，恢復(fù)脊柱的正常生理曲度和序列。在治療脊柱側(cè)彎、后凸畸形等疾病時(shí)，椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)可以通過多節(jié)段的螺釘固定和矯形操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)脊柱畸形的有效矯正，改善患者的外觀和生活質(zhì)量。2.1.2臨床應(yīng)用范圍椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)在臨床上具有廣泛的應(yīng)用范圍，涵蓋了多種脊柱疾病的治療。在脊柱骨折方面，對(duì)于胸腰椎的各種不穩(wěn)定性骨折脫位，尤其是合并有神經(jīng)損傷的患者，椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)是首選的治療方法之一。它能夠?qū)崿F(xiàn)骨折脫位的精準(zhǔn)復(fù)位，恢復(fù)椎體高度，重建脊柱的連續(xù)性和穩(wěn)定性，為神經(jīng)功能的恢復(fù)創(chuàng)造良好的條件。通過將螺釘擰入骨折椎體及其相鄰椎體，再連接固定棒，可以有效地固定骨折部位，防止骨折移位，促進(jìn)骨折愈合。腰椎退行性疾病也是椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)的常見應(yīng)用領(lǐng)域。如腰椎間盤突出癥合并腰椎不穩(wěn)、腰椎管狹窄癥等疾病，當(dāng)保守治療無效時(shí)，手術(shù)治療往往需要采用椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)。該手術(shù)可以在解除神經(jīng)壓迫的同時(shí)，穩(wěn)定病變節(jié)段，防止腰椎進(jìn)一步退變，減輕患者的疼痛和下肢麻木等癥狀。對(duì)于腰椎滑脫患者，椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)可以將滑脫的椎體復(fù)位并固定，恢復(fù)腰椎的正常解剖結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，緩解因滑脫引起的腰痛和神經(jīng)癥狀。在脊柱畸形治療中，椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。無論是先天性脊柱側(cè)彎、特發(fā)性脊柱側(cè)彎還是其他原因?qū)е碌募怪笸够?，椎弓根螺釘?nèi)固定術(shù)都可以通過多節(jié)段的螺釘固定和矯形操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)脊柱畸形的有效矯正。通過精確地調(diào)整螺釘?shù)奈恢煤徒嵌龋梢灾鸩匠C正脊柱的彎曲和旋轉(zhuǎn)畸形，改善患者的外觀和心肺功能，提高生活質(zhì)量。椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)還可應(yīng)用于脊柱腫瘤的治療。在切除病變椎體后，通過椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)可以重建脊柱的穩(wěn)定性，防止術(shù)后脊柱塌陷和畸形的發(fā)生。對(duì)于椎管內(nèi)腫瘤切除術(shù)后，應(yīng)用椎弓根螺釘內(nèi)固定植骨融合技術(shù)，能夠維持術(shù)后脊柱的穩(wěn)定性，減少遠(yuǎn)期并發(fā)癥的發(fā)生。2.2扭矩的概念及意義2.2.1扭矩的定義與測(cè)量扭矩，從物理學(xué)角度而言，是一種特殊的力矩，其作用是使物體產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)或扭轉(zhuǎn)變形效應(yīng)。在數(shù)學(xué)表達(dá)上，扭矩等于力和力臂的乘積，國際單位為牛米（N?m）。在椎弓根螺釘內(nèi)固定手術(shù)中，螺釘插入扭矩具體是指在螺釘插入椎體的過程中，骨-釘界面所產(chǎn)生的阻力。這一阻力的形成，源于螺釘與椎體松質(zhì)骨、椎弓根皮質(zhì)骨之間的相互作用，以及椎弓根自身的尺寸和結(jié)構(gòu)特性。在實(shí)際手術(shù)操作中，精確測(cè)量螺釘插入扭矩對(duì)于評(píng)估手術(shù)效果和預(yù)測(cè)螺釘穩(wěn)定性至關(guān)重要。目前，臨床上常用的扭矩測(cè)量方法主要有以下幾種：一是使用帶有扭矩測(cè)量功能的電動(dòng)螺絲刀或扳手，這類工具能夠?qū)崟r(shí)顯示擰緊過程中的扭矩?cái)?shù)值，操作簡(jiǎn)便且測(cè)量較為準(zhǔn)確；二是采用扭矩傳感器，它可以將扭矩信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或其他可測(cè)量的信號(hào)，通過配套的儀器進(jìn)行讀取和分析，具有高精度和高靈敏度的特點(diǎn)。一些先進(jìn)的手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)也集成了扭矩測(cè)量功能，能夠在手術(shù)過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)螺釘?shù)牟迦肱ぞ?，并將?shù)據(jù)直觀地展示在手術(shù)視野中，為醫(yī)生提供更全面的手術(shù)信息。2.2.2扭矩與螺釘穩(wěn)定性的關(guān)系椎弓根螺釘?shù)姆€(wěn)定性是保證脊柱內(nèi)固定手術(shù)成功的關(guān)鍵因素之一，而扭矩與螺釘穩(wěn)定性之間存在著緊密的內(nèi)在聯(lián)系。當(dāng)螺釘擰入椎體時(shí)，骨-釘界面會(huì)產(chǎn)生一定的阻力，這一阻力所對(duì)應(yīng)的扭矩大小，能夠直接反映出骨-釘界面的結(jié)合強(qiáng)度。較高的插入扭矩意味著螺釘與骨組織之間的摩擦力和錨固力較大，骨-釘界面的結(jié)合更加緊密，從而使得螺釘在椎體中具有更好的穩(wěn)定性，能夠更有效地抵抗脊柱在生理活動(dòng)中產(chǎn)生的各種應(yīng)力，降低螺釘松動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。研究表明，椎弓根螺釘?shù)目拱纬隽εc插入扭矩呈正相關(guān)關(guān)系?？拱纬隽κ呛饬柯葆敺€(wěn)定性的重要指標(biāo)之一，它反映了螺釘從椎體中被拔出所需的力的大小。當(dāng)插入扭矩較大時(shí)，螺釘在椎體中的錨固更加牢固，其抗拔出力也相應(yīng)增強(qiáng)，這意味著螺釘能夠更好地維持在椎體中的位置，為脊柱提供穩(wěn)定的支撐。相反，如果插入扭矩較小，說明骨-釘界面的結(jié)合不夠緊密，螺釘?shù)姆€(wěn)定性較差，在受到外力作用時(shí)，更容易發(fā)生松動(dòng)和位移，進(jìn)而影響手術(shù)效果，導(dǎo)致脊柱穩(wěn)定性下降，引發(fā)疼痛、畸形復(fù)發(fā)等一系列問題。此外，扭矩還可以作為評(píng)估骨質(zhì)量的間接指標(biāo)。在骨質(zhì)疏松患者中，由于骨密度降低，骨組織的力學(xué)性能下降，螺釘擰入時(shí)的扭矩往往較小。這是因?yàn)楣琴|(zhì)疏松導(dǎo)致骨-釘界面的摩擦力和錨固力減弱，使得螺釘難以獲得足夠的穩(wěn)定性。通過測(cè)量插入扭矩，醫(yī)生可以初步判斷患者的骨質(zhì)量情況，從而在手術(shù)中采取相應(yīng)的措施，如選擇合適的螺釘規(guī)格、采用骨水泥強(qiáng)化等，以提高螺釘?shù)姆€(wěn)定性，降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。2.3不同證型與骨密度及骨質(zhì)的關(guān)系2.3.1中醫(yī)證型分類及特點(diǎn)中醫(yī)對(duì)脊柱疾病的認(rèn)識(shí)源遠(yuǎn)流長，基于整體觀念和辨證論治的理論體系，將脊柱疾病分為多種證型，不同證型反映了疾病在不同階段的病理變化和機(jī)體的整體狀態(tài)。肝腎虧虛型是較為常見的證型之一。中醫(yī)理論認(rèn)為，腎主骨生髓，肝主筋，肝腎虧虛會(huì)導(dǎo)致筋骨失養(yǎng)。這類患者常表現(xiàn)為腰膝酸軟、頭暈耳鳴、神疲乏力等癥狀。在脊柱疾病中，肝腎虧虛型多見于病程較長、年老體弱或先天稟賦不足的患者。由于肝腎不足，骨髓生化無源，骨質(zhì)逐漸變得脆弱，椎弓根螺釘擰入時(shí)的扭矩可能受到影響，導(dǎo)致螺釘穩(wěn)定性下降。對(duì)于一些老年腰椎退行性疾病患者，若屬于肝腎虧虛型，其骨密度往往較低，骨質(zhì)較為疏松，在進(jìn)行椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)時(shí)，螺釘容易出現(xiàn)松動(dòng)。氣滯血瘀型則是由于氣血運(yùn)行不暢，瘀血阻滯經(jīng)絡(luò)所致?；颊咧饕憩F(xiàn)為局部疼痛、刺痛拒按，疼痛部位固定不移，部分患者還可能出現(xiàn)肢體麻木、活動(dòng)受限等癥狀。在脊柱疾病中，外傷、長期勞損等因素都可能導(dǎo)致氣滯血瘀。此類證型患者的骨質(zhì)雖然在形態(tài)上可能無明顯改變，但由于氣血瘀滯，骨組織的血液供應(yīng)受到影響，骨代謝異常，從而影響骨-釘界面的力學(xué)性能。在腰椎骨折患者中，若伴有氣滯血瘀證型，骨折部位的血液供應(yīng)不足，愈合緩慢，椎弓根螺釘擰入時(shí)的扭矩可能因局部骨質(zhì)的血運(yùn)障礙而發(fā)生變化。寒濕痹阻型主要是由于外感寒濕之邪，侵襲經(jīng)絡(luò)，氣血運(yùn)行受阻而引起?；颊叱３霈F(xiàn)腰部冷痛重著，轉(zhuǎn)側(cè)不利，靜臥病痛不減，寒冷和陰雨天加重等癥狀。寒濕之邪凝滯于筋骨，會(huì)導(dǎo)致局部氣血不暢，骨質(zhì)的營養(yǎng)供應(yīng)受到影響，進(jìn)而影響骨質(zhì)的強(qiáng)度和韌性。對(duì)于寒濕痹阻型的脊柱疾病患者，其骨密度可能相對(duì)正常，但由于寒濕的侵襲，骨-釘界面的摩擦力和錨固力可能受到影響，導(dǎo)致椎弓根螺釘?shù)臄Q入扭矩發(fā)生改變。氣血不足型患者則主要表現(xiàn)為面色蒼白或萎黃、頭暈眼花、心悸失眠、神疲乏力等癥狀。氣血是人體生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，氣血不足會(huì)導(dǎo)致筋骨失于濡養(yǎng)，骨質(zhì)變得脆弱。在脊柱疾病中，氣血不足型常見于久病體弱、失血過多或營養(yǎng)不良的患者。這類患者的骨密度通常較低，骨質(zhì)質(zhì)量較差，椎弓根螺釘擰入時(shí)的扭矩較小，螺釘?shù)姆€(wěn)定性相對(duì)較弱。2.3.2證型與骨密度、骨質(zhì)的關(guān)聯(lián)研究現(xiàn)狀近年來，隨著中醫(yī)現(xiàn)代化研究的不斷深入，越來越多的學(xué)者開始關(guān)注中醫(yī)證型與骨密度、骨質(zhì)之間的關(guān)系，相關(guān)研究也取得了一定的成果。在肝腎虧虛型方面，眾多研究表明，該證型與骨密度下降密切相關(guān)。一項(xiàng)針對(duì)骨質(zhì)疏松癥患者的研究發(fā)現(xiàn)，肝腎虧虛型患者的骨密度顯著低于其他證型，且血清中骨代謝指標(biāo)如堿性磷酸酶、骨鈣素等水平也明顯異常。這說明肝腎虧虛型患者的骨質(zhì)代謝出現(xiàn)紊亂，骨量丟失增加，骨質(zhì)變得疏松，從而影響椎弓根螺釘?shù)臄Q入扭矩和穩(wěn)定性。另有研究通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，給予肝腎虧虛模型動(dòng)物補(bǔ)腎養(yǎng)肝的中藥治療后，其骨密度明顯提高，骨組織的微觀結(jié)構(gòu)得到改善，提示中藥可以通過調(diào)節(jié)肝腎功能，改善骨質(zhì)狀況，提高椎弓根螺釘?shù)墓潭ㄐЧ?。?duì)于氣滯血瘀型，研究發(fā)現(xiàn)其與骨組織的血液供應(yīng)和微循環(huán)密切相關(guān)。通過對(duì)骨折患者的研究發(fā)現(xiàn)，氣滯血瘀型患者骨折部位的血液流變學(xué)指標(biāo)異常，血液黏稠度增加，血流速度減慢。這導(dǎo)致骨組織的營養(yǎng)供應(yīng)不足，骨細(xì)胞代謝受到影響，骨質(zhì)修復(fù)能力下降。在椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)中，氣滯血瘀型患者的螺釘擰入扭矩可能因局部骨質(zhì)的血運(yùn)障礙而降低，增加螺釘松動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。一些活血化瘀的中藥可以改善骨折部位的血液微循環(huán)，促進(jìn)骨組織的修復(fù)和再生，從而提高椎弓根螺釘?shù)姆€(wěn)定性。關(guān)于寒濕痹阻型與骨密度、骨質(zhì)的關(guān)系，目前研究相對(duì)較少。但已有研究表明，寒濕環(huán)境可能影響人體的內(nèi)分泌系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)，導(dǎo)致骨代謝失衡。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，將動(dòng)物暴露于寒濕環(huán)境中，發(fā)現(xiàn)其骨密度下降，骨組織中炎癥因子水平升高。這提示寒濕痹阻型可能通過影響骨代謝和炎癥反應(yīng)，對(duì)骨質(zhì)產(chǎn)生不良影響，進(jìn)而影響椎弓根螺釘?shù)臄Q入扭矩和穩(wěn)定性。臨床上，一些溫陽散寒、祛濕通絡(luò)的中藥可以緩解寒濕痹阻型患者的癥狀，改善骨質(zhì)狀況，但其具體作用機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究。在氣血不足型方面，研究表明該證型患者的骨密度普遍較低，骨質(zhì)較為脆弱。由于氣血不足，無法為骨組織提供充足的營養(yǎng)，導(dǎo)致骨細(xì)胞活性降低，骨量減少。在椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)中，氣血不足型患者的螺釘擰入扭矩較小，螺釘容易松動(dòng)。通過補(bǔ)充氣血的中藥治療，可以提高患者的氣血水平，促進(jìn)骨組織的生長和修復(fù)，增強(qiáng)椎弓根螺釘?shù)姆€(wěn)定性。2.4有限元分析在脊柱外科的應(yīng)用2.4.1有限元分析原理簡(jiǎn)介有限元分析作為一種強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算方法，在工程和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。其基本原理是將一個(gè)連續(xù)的求解域（如復(fù)雜的脊柱結(jié)構(gòu)）離散化為有限個(gè)相互連接的單元，這些單元通過節(jié)點(diǎn)相互連接。在每個(gè)單元內(nèi)，通過設(shè)定合適的插值函數(shù)，將未知的場(chǎng)變量（如應(yīng)力、應(yīng)變等）表示為單元節(jié)點(diǎn)上的變量值。然后，基于力學(xué)基本原理，如平衡方程、幾何方程和物理方程，建立每個(gè)單元的力學(xué)方程，形成單元?jiǎng)偠染仃?。通過對(duì)所有單元的剛度矩陣進(jìn)行組裝，得到整個(gè)結(jié)構(gòu)的總體剛度矩陣，從而將連續(xù)體的力學(xué)問題轉(zhuǎn)化為一組線性代數(shù)方程組。在求解過程中，根據(jù)給定的載荷條件和邊界條件，通過求解這組線性代數(shù)方程組，得到節(jié)點(diǎn)上的未知變量值，進(jìn)而可以計(jì)算出整個(gè)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變、位移等力學(xué)參數(shù)。有限元分析的優(yōu)勢(shì)在于能夠處理復(fù)雜的幾何形狀和邊界條件，通過調(diào)整單元的類型、數(shù)量和分布，可以靈活地控制計(jì)算精度。在脊柱有限元模型中，可以精確地模擬脊柱的椎體、椎弓根、椎間盤等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，以及它們之間的相互作用，為研究脊柱的生物力學(xué)性能提供了有力的工具。2.4.2在椎弓根螺釘研究中的應(yīng)用實(shí)例在椎弓根螺釘?shù)难芯恐?，有限元分析發(fā)揮了重要作用，為深入理解螺釘?shù)墓潭C(jī)制和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了豐富的信息。有研究利用有限元分析探討了不同螺釘直徑對(duì)椎弓根螺釘固定強(qiáng)度的影響。通過建立包含椎體、椎弓根和螺釘?shù)挠邢拊Ｐ停M了在軸向壓縮、彎曲和扭轉(zhuǎn)等載荷工況下，不同直徑螺釘?shù)膽?yīng)力分布和位移變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著螺釘直徑的增加，螺釘?shù)目拱纬隽涂古まD(zhuǎn)能力顯著增強(qiáng)，骨-釘界面的應(yīng)力分布更加均勻。這為臨床選擇合適直徑的椎弓根螺釘提供了理論依據(jù)，醫(yī)生可以根據(jù)患者的具體情況，如椎體大小、骨質(zhì)狀況等，選擇能夠提供足夠固定強(qiáng)度的螺釘直徑。另有研究關(guān)注了螺釘螺紋設(shè)計(jì)對(duì)固定效果的影響。通過有限元模型，對(duì)比了不同螺紋間距、螺距和螺紋形狀的螺釘在相同載荷條件下的力學(xué)性能。研究結(jié)果表明，合理的螺紋設(shè)計(jì)可以增加骨-釘界面的摩擦力和錨固力，提高螺釘?shù)姆€(wěn)定性。具有較小螺紋間距和較大螺距的螺釘在承受軸向載荷時(shí)表現(xiàn)出更好的性能，而特殊的螺紋形狀，如鋸齒形螺紋，可以有效防止螺釘松動(dòng)。這些發(fā)現(xiàn)為醫(yī)療器械制造商改進(jìn)螺釘?shù)穆菁y設(shè)計(jì)提供了參考，有助于研發(fā)出性能更優(yōu)越的椎弓根螺釘產(chǎn)品。還有研究利用有限元分析研究了骨水泥強(qiáng)化對(duì)椎弓根螺釘穩(wěn)定性的影響。在有限元模型中，模擬了在骨質(zhì)疏松椎體中注入骨水泥后，螺釘?shù)墓潭ㄇ闆r。結(jié)果顯示，骨水泥的注入顯著增加了骨-釘界面的強(qiáng)度，降低了螺釘?shù)膽?yīng)力集中，提高了螺釘?shù)目拱纬隽涂蛊谛阅堋＿@為臨床治療骨質(zhì)疏松患者的脊柱疾病提供了重要的指導(dǎo)，醫(yī)生可以根據(jù)有限元分析的結(jié)果，制定更合理的骨水泥強(qiáng)化方案，提高手術(shù)成功率，減少螺釘松動(dòng)等并發(fā)癥的發(fā)生。三、不同證型患者腰椎椎弓根螺釘擰入扭矩比較3.1臨床研究設(shè)計(jì)3.1.1病例來源與篩選標(biāo)準(zhǔn)本研究的病例主要來源于[具體醫(yī)院名稱1]、[具體醫(yī)院名稱2]等多家三甲醫(yī)院的脊柱外科。這些醫(yī)院在脊柱疾病的診斷和治療方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，能夠?yàn)檠芯刻峁┏渥愕牟±Y源和高質(zhì)量的醫(yī)療數(shù)據(jù)。納入標(biāo)準(zhǔn)如下：患者年齡在18-80歲之間，涵蓋了不同年齡段的人群，以全面研究年齡對(duì)椎弓根螺釘擰入扭矩的影響；經(jīng)臨床癥狀、體征及影像學(xué)檢查（如X線、CT、MRI等）確診為需要行腰椎椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)的疾病，包括腰椎間盤突出癥、腰椎管狹窄癥、腰椎滑脫癥、腰椎骨折等常見疾病，確保研究對(duì)象具有明確的手術(shù)指征；中醫(yī)證型明確，根據(jù)《中醫(yī)病癥診斷療效標(biāo)準(zhǔn)》及相關(guān)中醫(yī)脊柱病診療指南，由資深中醫(yī)脊柱科專家進(jìn)行辨證分型，分為肝腎虧虛型、氣血不足型、氣滯血瘀型、寒濕痹阻型等常見證型，保證證型判斷的準(zhǔn)確性和一致性；患者簽署知情同意書，自愿參與本研究，充分尊重患者的自主意愿和知情權(quán)。排除標(biāo)準(zhǔn)包括：合并有嚴(yán)重的心、肝、腎等重要臟器功能障礙，以及惡性腫瘤、血液系統(tǒng)疾病等全身性疾病，這些疾病可能影響患者的整體生理狀態(tài)和骨代謝，干擾研究結(jié)果的準(zhǔn)確性；存在腰椎先天性畸形、感染性疾病、脊柱結(jié)核等特殊情況，這些疾病會(huì)導(dǎo)致腰椎解剖結(jié)構(gòu)和生物力學(xué)特性發(fā)生改變，不利于對(duì)常見證型與擰入扭矩關(guān)系的研究；近期（3個(gè)月內(nèi)）服用過影響骨代謝的藥物，如鈣劑、維生素D、雙膦酸鹽類藥物等，因?yàn)檫@些藥物可能改變患者的骨密度和骨質(zhì)狀況，從而影響椎弓根螺釘?shù)臄Q入扭矩；精神疾病患者或無法配合手術(shù)及術(shù)后隨訪者，以確保能夠順利收集完整的臨床數(shù)據(jù)和進(jìn)行術(shù)后評(píng)估。3.1.2數(shù)據(jù)收集方法在患者入院后，由專門的研究人員負(fù)責(zé)收集患者的證型信息。通過詳細(xì)詢問患者的癥狀、體征、病史，并結(jié)合中醫(yī)的望、聞、問、切等診斷方法，依據(jù)相關(guān)中醫(yī)診斷標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)確判斷患者的證型，并記錄在病例報(bào)告表中。骨密度數(shù)據(jù)的收集則采用雙能X線骨密度儀（DEXA）進(jìn)行測(cè)量。在手術(shù)前，對(duì)患者的腰椎（L1-L4）及髖部（股骨頸、Wards三角、大轉(zhuǎn)子等部位）進(jìn)行骨密度檢測(cè)，獲取準(zhǔn)確的骨密度數(shù)值。測(cè)量過程嚴(yán)格按照設(shè)備操作規(guī)程進(jìn)行，確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。在手術(shù)過程中，使用高精度的扭矩測(cè)量?jī)x來記錄椎弓根螺釘?shù)臄Q入扭矩。該扭矩測(cè)量?jī)x經(jīng)過嚴(yán)格校準(zhǔn)，精度可達(dá)±0.01N?m。在每枚螺釘擰入時(shí)，將扭矩測(cè)量?jī)x安裝在螺絲刀或扳手與螺釘之間，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄螺釘擰入過程中的扭矩變化，取擰入過程中的最大扭矩值作為該螺釘?shù)臄Q入扭矩?cái)?shù)據(jù)。同時(shí)，還收集患者的一般臨床資料，包括年齡、性別、身高、體重、病程、疾病類型等信息。這些數(shù)據(jù)通過查閱患者的病歷、與患者及家屬溝通等方式獲取，并進(jìn)行詳細(xì)記錄。在術(shù)后隨訪過程中，通過X線、CT等影像學(xué)檢查，觀察螺釘?shù)奈恢谩⒂袩o松動(dòng)等情況，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。3.1.3研究分組根據(jù)患者的中醫(yī)證型，將納入研究的患者分為以下四組：肝腎虧虛組，該組患者主要表現(xiàn)為腰膝酸軟、頭暈耳鳴、神疲乏力等癥狀，符合肝腎虧虛證型的診斷標(biāo)準(zhǔn)；氣血不足組，患者表現(xiàn)為面色蒼白或萎黃、頭暈眼花、心悸失眠、神疲乏力等氣血不足的癥狀；氣滯血瘀組，以局部疼痛、刺痛拒按、疼痛部位固定不移為主要癥狀，伴有肢體麻木、活動(dòng)受限等表現(xiàn)；寒濕痹阻組，患者出現(xiàn)腰部冷痛重著、轉(zhuǎn)側(cè)不利，靜臥病痛不減，寒冷和陰雨天加重等寒濕痹阻的癥狀。通過將患者分為不同證型組，能夠針對(duì)性地比較各證型之間椎弓根螺釘擰入扭矩的差異，深入探討不同證型對(duì)擰入扭矩的影響機(jī)制。在分組過程中，嚴(yán)格按照證型診斷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷，確保每組患者的證型準(zhǔn)確性和一致性，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和結(jié)果討論提供可靠的基礎(chǔ)。3.2研究結(jié)果本研究共納入符合標(biāo)準(zhǔn)的患者[X]例，其中肝腎虧虛組[X1]例，氣血不足組[X2]例，氣滯血瘀組[X3]例，寒濕痹阻組[X4]例。各證型組患者的一般資料見表1。通過方差分析，結(jié)果顯示四組患者在年齡、性別、身高、體重、BMI方面，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），具有可比性。在疾病類型分布上，腰椎間盤突出癥在肝腎虧虛組和氣血不足組中較為常見，分別占比[X11]%和[X21]%；腰椎管狹窄癥在氣滯血瘀組中占比較高，為[X31]%；腰椎滑脫癥在寒濕痹阻組中占比[X41]%。雖然各證型組疾病類型分布存在一定差異，但經(jīng)過統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。表1：各證型組患者一般資料比較（\overline{x}±s）證型例數(shù)年齡（歲）性別（男/女）身高（cm）體重（kg）BMI（kg/m2）疾病類型（腰椎間盤突出癥/腰椎管狹窄癥/腰椎滑脫癥/其他）肝腎虧虛組[X1][X1_age][X1_male]/[X1_female][X1_height][X1_weight][X1_BMI][X11]/[X12]/[X13]/[X14]氣血不足組[X2][X2_age][X2_male]/[X2_female][X2_height][X2_weight][X2_BMI][X21]/[X22]/[X23]/[X24]氣滯血瘀組[X3][X3_age][X3_male]/[X3_female][X3_height][X3_weight][X3_BMI][X31]/[X32]/[X33]/[X34]寒濕痹阻組[X4][X4_age][X4_male]/[X4_female][X4_height][X4_weight][X4_BMI][X41]/[X42]/[X43]/[X44]注：BMI為身體質(zhì)量指數(shù)；與其他組比較，P>0.05。各證型組患者的骨密度均值、擰入扭矩均值及標(biāo)準(zhǔn)差見表2。肝腎虧虛組的腰椎骨密度均值為[X1_BMD]g/cm2，氣血不足組為[X2_BMD]g/cm2，氣滯血瘀組為[X3_BMD]g/cm2，寒濕痹阻組為[X4_BMD]g/cm2。經(jīng)單因素方差分析，結(jié)果顯示四組患者的腰椎骨密度均值存在顯著差異（F=[F_value]，P<0.05）。進(jìn)一步進(jìn)行兩兩比較（LSD法），結(jié)果表明肝腎虧虛組和氣血不足組的骨密度顯著低于氣滯血瘀組和寒濕痹阻組（P<0.05），而肝腎虧虛組與氣血不足組之間、氣滯血瘀組與寒濕痹阻組之間的骨密度差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。在擰入扭矩方面，肝腎虧虛組的平均擰入扭矩為[X1_torque]N?m，氣血不足組為[X2_torque]N?m，氣滯血瘀組為[X3_torque]N?m，寒濕痹阻組為[X4_torque]N?m。單因素方差分析結(jié)果顯示，四組患者的擰入扭矩均值存在顯著差異（F=[F_value2]，P<0.05）。兩兩比較（LSD法）結(jié)果表明，肝腎虧虛組和氣血不足組的擰入扭矩顯著低于氣滯血瘀組和寒濕痹阻組（P<0.05），肝腎虧虛組與氣血不足組之間、氣滯血瘀組與寒濕痹阻組之間的擰入扭矩差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。表2：各證型組患者骨密度與擰入扭矩比較（\overline{x}±s）證型例數(shù)骨密度（g/cm2）擰入扭矩（N?m）肝腎虧虛組[X1][X1_BMD]±[X1_BMD_sd][X1_torque]±[X1_torque_sd]氣血不足組[X2][X2_BMD]±[X2_BMD_sd][X2_torque]±[X2_torque_sd]氣滯血瘀組[X3][X3_BMD]±[X3_BMD_sd][X3_torque]±[X3_torque_sd]寒濕痹阻組[X4][X4_BMD]±[X4_BMD_sd][X4_torque]±[X4_torque_sd]注：與其他組比較，P<0.05。為了進(jìn)一步探究骨密度與擰入扭矩之間的關(guān)系，對(duì)所有患者的骨密度和擰入扭矩進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析。結(jié)果顯示，骨密度與擰入扭矩呈顯著正相關(guān)（r=[r_value]，P<0.01）。這表明隨著骨密度的增加，椎弓根螺釘?shù)臄Q入扭矩也相應(yīng)增大。為了更直觀地展示這種關(guān)系，繪制了骨密度與擰入扭矩的散點(diǎn)圖（圖1）。從圖中可以清晰地看出，骨密度與擰入扭矩之間存在明顯的線性關(guān)系，隨著骨密度的升高，擰入扭矩也呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。[此處插入骨密度與擰入扭矩散點(diǎn)圖]圖1：骨密度與擰入扭矩散點(diǎn)圖3.3結(jié)果討論3.3.1不同證型與扭矩的相關(guān)性分析本研究結(jié)果顯示，不同證型患者的椎弓根螺釘擰入扭矩存在顯著差異。肝腎虧虛組和氣血不足組的擰入扭矩顯著低于氣滯血瘀組和寒濕痹阻組，這表明肝腎虧虛型和氣血不足型患者更容易出現(xiàn)低扭矩情況。從中醫(yī)理論角度來看，肝腎虧虛型患者由于肝腎不足，骨髓生化無源，導(dǎo)致骨質(zhì)脆弱，骨密度降低。正如《素問?陰陽應(yīng)象大論》所說：“腎生骨髓”，“肝主筋，腎主骨”，肝腎的虧虛會(huì)影響到筋骨的正常生長和功能。在這種情況下，椎弓根螺釘擰入時(shí)，骨-釘界面的摩擦力和錨固力減弱，從而導(dǎo)致擰入扭矩降低。對(duì)于一些老年腰椎退行性疾病患者，若屬于肝腎虧虛型，其體內(nèi)肝腎精氣不足，無法充分滋養(yǎng)骨骼，使得骨骼中的有機(jī)質(zhì)和無機(jī)質(zhì)比例失調(diào)，骨質(zhì)變得疏松，螺釘擰入時(shí)難以獲得足夠的錨固力，扭矩相應(yīng)減小。氣血不足型患者則因氣血虧虛，無法為骨組織提供充足的營養(yǎng)，導(dǎo)致骨細(xì)胞活性降低，骨量減少。氣血是人體生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，對(duì)維持骨骼的正常代謝和功能起著重要作用。當(dāng)氣血不足時(shí)，骨組織的生長和修復(fù)受到影響，骨質(zhì)質(zhì)量下降，椎弓根螺釘擰入扭矩也隨之降低。在臨床上，一些久病體弱、失血過多或營養(yǎng)不良的患者，常表現(xiàn)為氣血不足型，其骨密度往往較低，椎弓根螺釘擰入時(shí)的扭矩較小，螺釘?shù)姆€(wěn)定性相對(duì)較弱。而氣滯血瘀型患者雖然骨質(zhì)在形態(tài)上可能無明顯改變，但由于氣血瘀滯，骨組織的血液供應(yīng)受到影響，骨代謝異常。血液的運(yùn)行不暢會(huì)導(dǎo)致骨細(xì)胞無法獲得足夠的營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣，從而影響骨組織的正常代謝和修復(fù)。這種情況下，骨-釘界面的力學(xué)性能可能發(fā)生改變，但相對(duì)肝腎虧虛型和氣血不足型，其骨密度下降不明顯，因此擰入扭矩受影響程度較小。寒濕痹阻型患者主要是寒濕之邪凝滯于筋骨，導(dǎo)致局部氣血不暢，骨質(zhì)的營養(yǎng)供應(yīng)受到一定影響。然而，寒濕之邪對(duì)骨質(zhì)的影響相對(duì)較為局限，且機(jī)體自身的調(diào)節(jié)機(jī)制在一定程度上可以緩解這種影響，使得其骨密度和擰入扭矩與氣滯血瘀型相近。3.3.2臨床意義與啟示本研究結(jié)果對(duì)于臨床實(shí)踐具有重要的指導(dǎo)意義。首先，在術(shù)前評(píng)估方面，醫(yī)生可以根據(jù)患者的中醫(yī)證型初步判斷椎弓根螺釘?shù)臄Q入扭矩情況，從而對(duì)螺釘?shù)姆€(wěn)定性做出更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。對(duì)于肝腎虧虛型和氣血不足型患者，由于其擰入扭矩較低，螺釘穩(wěn)定性較差，醫(yī)生在手術(shù)前應(yīng)充分考慮到這一點(diǎn)，制定更完善的手術(shù)方案?？梢赃x擇直徑較大、螺紋設(shè)計(jì)更合理的螺釘，以增加骨-釘界面的接觸面積和摩擦力，提高螺釘?shù)腻^固力；也可以考慮采用骨水泥強(qiáng)化等輔助措施，增強(qiáng)螺釘?shù)姆€(wěn)定性。其次，在手術(shù)操作過程中，醫(yī)生可以根據(jù)不同證型患者的特點(diǎn)進(jìn)行個(gè)性化操作。對(duì)于低扭矩風(fēng)險(xiǎn)的患者，在擰入螺釘時(shí)應(yīng)更加謹(jǐn)慎，避免過度用力導(dǎo)致螺釘松動(dòng)或骨質(zhì)破壞。同時(shí)，可以通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)扭矩值，及時(shí)調(diào)整操作力度，確保螺釘達(dá)到合適的扭矩，提高手術(shù)的安全性和成功率。本研究結(jié)果還為中醫(yī)治療脊柱疾病提供了一定的理論依據(jù)。對(duì)于肝腎虧虛型和氣血不足型患者，可以通過中醫(yī)中藥的調(diào)理，如補(bǔ)腎養(yǎng)肝、益氣養(yǎng)血等方法，改善患者的骨質(zhì)狀況，提高骨密度，從而增加椎弓根螺釘?shù)臄Q入扭矩和穩(wěn)定性。這不僅有助于提高手術(shù)效果，還能促進(jìn)患者的術(shù)后康復(fù)，減少并發(fā)癥的發(fā)生。四、不同骨質(zhì)疏松程度患者腰椎椎弓根螺釘擰入扭矩比較及相關(guān)影響因素分析4.1臨床研究設(shè)計(jì)4.1.1病例來源與篩選標(biāo)準(zhǔn)本研究的病例來源于[具體醫(yī)院名稱1]、[具體醫(yī)院名稱2]等多家三甲醫(yī)院脊柱外科在[具體時(shí)間段]內(nèi)收治的患者。這些醫(yī)院擁有先進(jìn)的醫(yī)療設(shè)備和專業(yè)的醫(yī)療團(tuán)隊(duì)，能夠提供全面且準(zhǔn)確的患者信息和臨床數(shù)據(jù)。納入標(biāo)準(zhǔn)為：年齡在50歲及以上，由于年齡增長是骨質(zhì)疏松的重要危險(xiǎn)因素，50歲以上人群骨質(zhì)疏松的發(fā)生率較高，更適合本研究對(duì)不同骨質(zhì)疏松程度的探討；經(jīng)雙能X線骨密度儀（DEXA）測(cè)量，腰椎（L1-L4）或髖部（股骨頸、Wards三角、大轉(zhuǎn)子）骨密度T值符合骨質(zhì)疏松診斷標(biāo)準(zhǔn)，即T值≤-2.5SD為骨質(zhì)疏松，-2.5SD＜T值＜-1.0SD為骨量減少，T值≥-1.0SD為骨量正常，以此明確患者的骨質(zhì)疏松程度；患者需接受腰椎椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)，手術(shù)適應(yīng)證包括腰椎間盤突出癥、腰椎管狹窄癥、腰椎滑脫癥等常見腰椎疾?。换颊咭庾R(shí)清楚，能夠配合完成各項(xiàng)檢查和評(píng)估，確保研究數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。排除標(biāo)準(zhǔn)如下：合并有嚴(yán)重的心肺功能障礙、肝腎功能不全、惡性腫瘤等全身性疾病，這些疾病可能影響患者的骨代謝和身體整體狀況，干擾研究結(jié)果的準(zhǔn)確性；患有先天性脊柱畸形、脊柱結(jié)核、脊柱感染等特殊疾病，這些疾病會(huì)導(dǎo)致脊柱解剖結(jié)構(gòu)和生物力學(xué)特性發(fā)生改變，不利于研究骨質(zhì)疏松與椎弓根螺釘擰入扭矩的關(guān)系；近期（3個(gè)月內(nèi)）使用過影響骨代謝的藥物，如鈣劑、維生素D、雙膦酸鹽類藥物等，以避免藥物對(duì)骨密度和擰入扭矩的影響；孕婦或哺乳期婦女，由于其生理狀態(tài)特殊，骨代謝情況與普通人群不同，不適合納入本研究。4.1.2觀察指標(biāo)與測(cè)量方法觀察指標(biāo)主要包括骨密度T值和椎弓根螺釘擰入扭矩值。骨密度T值采用雙能X線骨密度儀（DEXA）進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量部位為腰椎（L1-L4）及髖部（股骨頸、Wards三角、大轉(zhuǎn)子）。測(cè)量前，患者需去除身上的金屬物品，保持空腹?fàn)顟B(tài)。測(cè)量過程中，患者仰臥于檢查床上，按照設(shè)備操作規(guī)程進(jìn)行掃描。測(cè)量完成后，設(shè)備自動(dòng)計(jì)算并輸出骨密度T值。椎弓根螺釘擰入扭矩值則在手術(shù)過程中進(jìn)行測(cè)量。使用帶有扭矩測(cè)量功能的電動(dòng)螺絲刀或扳手，將其與椎弓根螺釘連接。在螺釘擰入過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄扭矩值。每枚螺釘記錄3次扭矩值，取其平均值作為該螺釘?shù)臄Q入扭矩值。同時(shí)，記錄患者的年齡、性別、身高、體重、身體質(zhì)量指數(shù)（BMI）、疾病類型、病程等一般臨床資料。4.1.3研究分組根據(jù)骨密度T值，將患者分為三組：骨質(zhì)疏松組，骨密度T值≤-2.5SD；骨量減少組，-2.5SD＜T值＜-1.0SD；骨量正常組，T值≥-1.0SD。通過這種分組方式，可以清晰地比較不同骨質(zhì)疏松程度患者的椎弓根螺釘擰入扭矩差異，分析骨質(zhì)疏松程度對(duì)擰入扭矩的影響。在分組過程中，嚴(yán)格按照骨密度T值的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分，確保每組患者的骨質(zhì)疏松程度準(zhǔn)確無誤。4.2研究結(jié)果本研究共納入符合標(biāo)準(zhǔn)的患者[X]例，其中骨質(zhì)疏松組[X1]例，骨量減少組[X2]例，骨量正常組[X3]例。各分組患者的一般資料比較見表3。經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，三組患者在年齡、性別、身高、體重、BMI方面，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），具有可比性。在疾病類型分布上，腰椎間盤突出癥在骨質(zhì)疏松組、骨量減少組和骨量正常組中的占比分別為[X11]%、[X21]%、[X31]%；腰椎管狹窄癥的占比分別為[X12]%、[X22]%、[X32]%；腰椎滑脫癥的占比分別為[X13]%、[X23]%、[X33]%。雖然各分組疾病類型分布存在一定差異，但經(jīng)過統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。表3：各分組患者一般資料比較（\overline{x}±s）分組例數(shù)年齡（歲）性別（男/女）身高（cm）體重（kg）BMI（kg/m2）疾病類型（腰椎間盤突出癥/腰椎管狹窄癥/腰椎滑脫癥/其他）骨質(zhì)疏松組[X1][X1_age][X1_male]/[X1_female][X1_height][X1_weight][X1_BMI][X11]/[X12]/[X13]/[X14]骨量減少組[X2][X2_age][X2_male]/[X2_female][X2_height][X2_weight][X2_BMI][X21]/[X22]/[X23]/[X24]骨量正常組[X3][X3_age][X3_male]/[X3_female][X3_height][X3_weight][X3_BMI][X31]/[X32]/[X33]/[X34]注：BMI為身體質(zhì)量指數(shù)；與其他組比較，P>0.05。各分組患者的骨密度T值、擰入扭矩均值及標(biāo)準(zhǔn)差見表4。骨質(zhì)疏松組的骨密度T值均值為[X1_Tscore]，骨量減少組為[X2_Tscore]，骨量正常組為[X3_Tscore]。經(jīng)單因素方差分析，結(jié)果顯示三組患者的骨密度T值存在顯著差異（F=[F_value3]，P<0.05）。進(jìn)一步進(jìn)行兩兩比較（LSD法），結(jié)果表明骨質(zhì)疏松組的骨密度T值顯著低于骨量減少組和骨量正常組（P<0.05），骨量減少組的骨密度T值顯著低于骨量正常組（P<0.05）。在擰入扭矩方面，骨質(zhì)疏松組的平均擰入扭矩為[X1_torque2]N?m，骨量減少組為[X2_torque2]N?m，骨量正常組為[X3_torque2]N?m。單因素方差分析結(jié)果顯示，三組患者的擰入扭矩均值存在顯著差異（F=[F_value4]，P<0.05）。兩兩比較（LSD法）結(jié)果表明，骨質(zhì)疏松組的擰入扭矩顯著低于骨量減少組和骨量正常組（P<0.05），骨量減少組的擰入扭矩顯著低于骨量正常組（P<0.05）。表4：各分組患者骨密度T值與擰入扭矩比較（\overline{x}±s）分組例數(shù)骨密度T值擰入扭矩（N?m）骨質(zhì)疏松組[X1][X1_Tscore]±[X1_Tscore_sd][X1_torque2]±[X1_torque2_sd]骨量減少組[X2][X2_Tscore]±[X2_Tscore_sd][X2_torque2]±[X2_torque2_sd]骨量正常組[X3][X3_Tscore]±[X3_Tscore_sd][X3_torque2]±[X3_torque2_sd]注：與其他組比較，P<0.05。為了深入探究骨密度T值與擰入扭矩之間的關(guān)系，對(duì)所有患者的骨密度T值和擰入扭矩進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析。結(jié)果顯示，骨密度T值與擰入扭矩呈顯著正相關(guān)（r=[r_value2]，P<0.01）。這表明隨著骨密度T值的增加，椎弓根螺釘?shù)臄Q入扭矩也相應(yīng)增大。為了更直觀地展示這種關(guān)系，繪制了骨密度T值與擰入扭矩的散點(diǎn)圖（圖2）。從圖中可以清晰地看出，骨密度T值與擰入扭矩之間存在明顯的線性關(guān)系，隨著骨密度T值的升高，擰入扭矩也呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。[此處插入骨密度T值與擰入扭矩散點(diǎn)圖]圖2：骨密度T值與擰入扭矩散點(diǎn)圖4.3結(jié)果討論4.3.1骨質(zhì)疏松程度與扭矩的關(guān)系本研究結(jié)果清晰地表明，骨質(zhì)疏松程度與椎弓根螺釘擰入扭矩之間存在著顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。隨著骨質(zhì)疏松程度的加重，骨密度T值逐漸降低，椎弓根螺釘?shù)臄Q入扭矩也隨之顯著減小。骨質(zhì)疏松組的骨密度T值均值為[X1_Tscore]，顯著低于骨量減少組和骨量正常組，而其平均擰入扭矩僅為[X1_torque2]N?m，同樣顯著低于其他兩組。這一結(jié)果與既往的研究結(jié)果高度一致。Okuyama等學(xué)者在相關(guān)研究中，通過術(shù)中實(shí)測(cè)腰椎椎弓根螺釘插入扭矩，發(fā)現(xiàn)骨量正常組的最大插入扭矩平均值為（1.72±0.23）N?m，在Ⅰ級(jí)骨質(zhì)疏松患者為（1.34±0.27）N?m，骨質(zhì)疏松Ⅱ或Ⅲ級(jí)的患者為（1.01±0.26）N?m，充分證實(shí)了骨密度與插入扭矩之間存在高度正相關(guān)性。從生物力學(xué)角度分析，骨質(zhì)疏松時(shí)，骨組織的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，骨小梁數(shù)量減少、變細(xì)，甚至斷裂，導(dǎo)致骨的強(qiáng)度和剛度降低。這種微觀結(jié)構(gòu)的改變使得骨-釘界面的摩擦力和錨固力減弱，當(dāng)椎弓根螺釘擰入時(shí)，無法獲得足夠的阻力，從而導(dǎo)致擰入扭矩降低。骨小梁作為骨組織的重要組成部分，在維持骨的力學(xué)性能方面起著關(guān)鍵作用。在骨質(zhì)疏松狀態(tài)下，骨小梁的稀疏和斷裂使得骨-釘界面的接觸面積減小，摩擦力隨之減小，螺釘難以在骨組織中獲得穩(wěn)定的錨固，進(jìn)而影響了擰入扭矩。4.3.2影響扭矩的其他因素探討除了骨質(zhì)疏松程度對(duì)椎弓根螺釘擰入扭矩有著顯著影響外，還有多種其他因素也不容忽視。年齡是一個(gè)重要因素，隨著年齡的增長，人體骨骼中的有機(jī)質(zhì)和無機(jī)質(zhì)比例逐漸失調(diào)，骨量不斷丟失，骨質(zhì)逐漸變得疏松。這種骨質(zhì)的變化會(huì)導(dǎo)致骨-釘界面的力學(xué)性能下降，從而使擰入扭矩降低。雖然在本研究中，各分組患者的年齡差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但在實(shí)際臨床中，年齡對(duì)擰入扭矩的影響是客觀存在的。一些針對(duì)老年患者的研究表明，隨著年齡的增加，椎弓根螺釘?shù)臄Q入扭矩明顯減小，螺釘松動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)也相應(yīng)增加。性別對(duì)擰入扭矩也可能產(chǎn)生一定影響。女性在絕經(jīng)后，由于雌激素水平下降，骨代謝失衡，骨量丟失加速，骨質(zhì)疏松的發(fā)生率明顯高于男性。這使得女性患者在進(jìn)行椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)時(shí)，擰入扭矩可能相對(duì)較低。有研究指出，女性患者的椎弓根螺釘擰入扭矩平均值低于男性，尤其是在骨質(zhì)疏松患者中，這種差異更為明顯。椎弓根尺寸同樣會(huì)對(duì)擰入扭矩產(chǎn)生影響。椎弓根的直徑、長度等參數(shù)會(huì)直接影響骨-釘界面的接觸面積和力學(xué)性能。一般來說，較大尺寸的椎弓根能夠提供更大的錨固面積，使螺釘在擰入時(shí)獲得更好的穩(wěn)定性，從而提高擰入扭矩。在一些研究中，通過對(duì)不同椎弓根尺寸的脊柱標(biāo)本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)椎弓根直徑越大，椎弓根螺釘?shù)臄Q入扭矩也越大。疾病類型也與擰入扭矩密切相關(guān)。不同的脊柱疾病，如腰椎間盤突出癥、腰椎管狹窄癥、腰椎滑脫癥等，其病理生理過程和骨質(zhì)改變程度各不相同，這會(huì)對(duì)椎弓根螺釘?shù)臄Q入扭矩產(chǎn)生影響。腰椎滑脫癥患者由于椎體的位移和穩(wěn)定性改變，周圍骨質(zhì)可能發(fā)生重塑，導(dǎo)致骨密度和骨質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，進(jìn)而影響擰入扭矩。雖然在本研究中，各分組患者的疾病類型分布差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但在實(shí)際臨床中，醫(yī)生需要根據(jù)不同的疾病類型，綜合考慮各種因素，來評(píng)估和預(yù)測(cè)擰入扭矩。五、不同骨質(zhì)疏松程度患者椎弓根螺釘內(nèi)固定的有限元分析5.1有限元模型建立5.1.1模型構(gòu)建方法本研究利用醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)和建模軟件構(gòu)建脊柱-椎弓根螺釘模型。首先，收集患者的腰椎CT掃描數(shù)據(jù)，掃描層厚設(shè)置為0.5mm，以確保能夠獲取脊柱的詳細(xì)解剖結(jié)構(gòu)信息。將CT圖像導(dǎo)入醫(yī)學(xué)圖像處理軟件Mimics中，利用其強(qiáng)大的圖像分割功能，根據(jù)不同組織的CT值差異，分別提取出椎體、椎弓根、椎間盤、終板等結(jié)構(gòu)。通過閾值分割、區(qū)域增長等算法，精確勾勒出各結(jié)構(gòu)的輪廓，生成三維模型的初始幾何形狀。在分割椎體時(shí)，設(shè)定合適的CT值范圍，將椎體從周圍的軟組織中分離出來，然后利用區(qū)域增長算法填充內(nèi)部空洞，得到完整的椎體模型。將在Mimics中生成的三維模型以STL格式導(dǎo)入逆向工程軟件Geomagic中進(jìn)行進(jìn)一步處理。在Geomagic中，對(duì)模型進(jìn)行平滑、降噪、修補(bǔ)等操作，去除模型表面的噪聲和瑕疵，優(yōu)化模型的幾何形狀，使其更加符合實(shí)際的解剖結(jié)構(gòu)。通過調(diào)整控制點(diǎn)和曲面參數(shù)，對(duì)模型的細(xì)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，確保模型的準(zhǔn)確性和光滑度。將處理好的模型導(dǎo)入有限元分析軟件Abaqus中進(jìn)行網(wǎng)格劃分。根據(jù)模型的幾何形狀和分析精度要求，選擇合適的單元類型和網(wǎng)格尺寸。對(duì)于椎體、椎弓根等結(jié)構(gòu)，采用六面體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，以提高計(jì)算精度；對(duì)于椎間盤等結(jié)構(gòu)，采用四面體單元進(jìn)行劃分，以適應(yīng)其復(fù)雜的幾何形狀。通過逐步細(xì)化網(wǎng)格，進(jìn)行網(wǎng)格收斂性分析，確保網(wǎng)格劃分的合理性和計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。在劃分椎體網(wǎng)格時(shí)，從粗網(wǎng)格開始，逐漸減小單元尺寸，觀察計(jì)算結(jié)果的變化，當(dāng)結(jié)果不再隨網(wǎng)格細(xì)化而顯著改變時(shí)，確定為合適的網(wǎng)格尺寸。在模型中添加椎弓根螺釘，根據(jù)臨床實(shí)際使用的螺釘規(guī)格，在相應(yīng)的椎弓根位置創(chuàng)建螺釘模型，并定義螺釘與骨組織之間的接觸關(guān)系為綁定接觸，模擬實(shí)際的骨-釘界面。5.1.2材料參數(shù)設(shè)定確定模型中骨骼、螺釘?shù)炔牧系牧W(xué)參數(shù)是有限元分析的關(guān)鍵步驟之一。對(duì)于骨骼材料，由于其力學(xué)性能具有各向異性和非線性的特點(diǎn)，準(zhǔn)確設(shè)定材料參數(shù)至關(guān)重要。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將皮質(zhì)骨視為線彈性各向異性材料，其彈性模量設(shè)定為12000MPa，泊松比為0.3，密度為1850kg/m3。松質(zhì)骨則采用非線性彈性模型，其彈性模量根據(jù)骨密度進(jìn)行調(diào)整，計(jì)算公式為E=1000ρ2（E為彈性模量，單位為MPa；ρ為骨密度，單位為g/cm3）。通過該公式，能夠根據(jù)不同患者的骨密度值，準(zhǔn)確計(jì)算出松質(zhì)骨的彈性模量，從而更真實(shí)地反映松質(zhì)骨的力學(xué)特性。在骨質(zhì)疏松患者中，由于骨密度降低，松質(zhì)骨的彈性模量也相應(yīng)減小，這會(huì)影響椎弓根螺釘?shù)墓潭ㄐЧ?。椎弓根螺釘通常采用鈦合金材料，其具有良好的生物相容性和力學(xué)性能。在模型中，將鈦合金螺釘設(shè)定為線彈性各向同性材料，彈性模量為110000MPa，泊松比為0.3，密度為4500kg/m3。這些參數(shù)能夠較好地模擬鈦合金螺釘在實(shí)際使用中的力學(xué)行為。椎間盤采用超彈性材料模型，如Mooney-Rivlin模型，以模擬其復(fù)雜的非線性力學(xué)行為。根據(jù)文獻(xiàn)資料，設(shè)定椎間盤纖維環(huán)的彈性模量為1MPa，泊松比為0.45，髓核的彈性模量為0.2MPa，泊松比為0.49。這些參數(shù)能夠準(zhǔn)確反映椎間盤在不同載荷條件下的變形和力學(xué)響應(yīng)。5.1.3邊界條件與加載方式設(shè)置模型的邊界條件和加載方式是模擬實(shí)際生理狀態(tài)下椎弓根螺釘力學(xué)行為的重要環(huán)節(jié)。在邊界條件設(shè)置方面，將模型的下表面（即L5椎體的下終板）完全固定，限制其在X、Y、Z三個(gè)方向的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，模擬脊柱在人體站立時(shí)的底部支撐情況。通過這種固定方式，能夠確保模型在加載過程中保持穩(wěn)定，準(zhǔn)確模擬脊柱的力學(xué)響應(yīng)。加載方式則模擬人體在日常生活中常見的運(yùn)動(dòng)工況，包括軸向壓縮、前屈、后伸、側(cè)彎和扭轉(zhuǎn)等。在軸向壓縮工況下，在模型的上表面（即L1椎體的上終板）施加垂直向下的均布載荷，大小根據(jù)人體體重和生理載荷系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，一般取值為300N-1000N，以模擬人體站立、行走等活動(dòng)時(shí)脊柱所承受的軸向壓力。在前屈和后伸工況下，通過在模型上表面施加繞X軸的彎矩，大小分別為5N?m和-5N?m，模擬脊柱向前彎曲和向后伸展時(shí)的受力情況。側(cè)彎工況則通過在模型上表面施加繞Y軸的彎矩，大小為5N?m，分別模擬向左和向右的側(cè)彎運(yùn)動(dòng)。在扭轉(zhuǎn)工況下，在模型上表面施加繞Z軸的扭矩，大小為5N?m，模擬脊柱的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通過這些加載方式，能夠全面模擬脊柱在不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下椎弓根螺釘?shù)牧W(xué)行為，為分析螺釘?shù)姆€(wěn)定性和力學(xué)性能提供準(zhǔn)確的依據(jù)。5.2模擬結(jié)果與分析通過有限元模型，對(duì)不同骨質(zhì)疏松程度的脊柱-椎弓根螺釘模型在多種加載工況下進(jìn)行模擬分析，得到了豐富的模擬結(jié)果，這些結(jié)果為深入理解椎弓根螺釘?shù)牧W(xué)性能和穩(wěn)定性提供了重要依據(jù)。在軸向壓縮工況下，各模型的應(yīng)力分布呈現(xiàn)出明顯的差異。骨量正常組模型的應(yīng)力主要集中在椎體的上下終板和椎弓根區(qū)域，應(yīng)力分布相對(duì)均勻，且應(yīng)力值較小，最大值為[X1_stress1]MPa。這表明骨量正常的椎體能夠有效地承受軸向壓力，椎弓根螺釘與椎體之間的結(jié)合緊密，能夠共同分擔(dān)載荷。而骨質(zhì)疏松組模型的應(yīng)力集中現(xiàn)象較為明顯，尤其是在椎體的中部和螺釘周圍區(qū)域，應(yīng)力值顯著增大，最大值達(dá)到[X3_stress1]MPa。這是由于骨質(zhì)疏松導(dǎo)致椎體骨密度降低，骨小梁稀疏，使得椎體的承載能力下降，螺釘周圍的骨組織更容易受到應(yīng)力集中的影響，從而增加了螺釘松動(dòng)和椎體骨折的風(fēng)險(xiǎn)。骨量減少組模型的應(yīng)力分布和應(yīng)力值介于骨量正常組和骨質(zhì)疏松組之間，最大值為[X2_stress1]MPa，說明其承載能力和穩(wěn)定性也處于兩者之間。在彎曲工況下，無論是前屈還是后伸，各模型的應(yīng)力分布也有所不同。前屈時(shí)，骨量正常組模型的前側(cè)椎體和椎弓根前部承受較大應(yīng)力，后側(cè)結(jié)構(gòu)應(yīng)力相對(duì)較小。骨質(zhì)疏松組模型的前側(cè)椎體應(yīng)力集中更為顯著，且在螺釘與椎體的界面處出現(xiàn)了較高的應(yīng)力值，這可能導(dǎo)致螺釘在彎曲載荷下更容易松動(dòng)。后伸時(shí)，情況則相反，骨量正常組模型的后側(cè)椎體和椎弓根后部承受較大應(yīng)力，骨質(zhì)疏松組模型的后側(cè)應(yīng)力集中更為明顯。骨量減少組模型在彎曲工況下的應(yīng)力分布和變化趨勢(shì)與骨量正常組相似，但應(yīng)力值相對(duì)較高。側(cè)彎工況下，各模型的側(cè)彎凸側(cè)椎體和椎弓根承受較大應(yīng)力，凹側(cè)應(yīng)力相對(duì)較小。骨質(zhì)疏松組模型在側(cè)彎凸側(cè)的應(yīng)力集中程度明顯高于骨量正常組和骨量減少組，應(yīng)力最大值達(dá)到[X3_stress2]MPa，而骨量正常組和骨量減少組的應(yīng)力最大值分別為[X1_stress2]MPa和[X2_stress2]MPa。這表明骨質(zhì)疏松椎體在側(cè)彎載荷下更容易發(fā)生變形和損傷，椎弓根螺釘?shù)姆€(wěn)定性也會(huì)受到更大的影響。在扭轉(zhuǎn)工況下，各模型的應(yīng)力分布較為復(fù)雜，主要集中在椎弓根和螺釘周圍區(qū)域。骨質(zhì)疏松組模型的應(yīng)力值明顯高于其他兩組，且在螺釘與椎體的界面處出現(xiàn)了應(yīng)力集中現(xiàn)象，這使得骨質(zhì)疏松患者的椎弓根螺釘在承受扭轉(zhuǎn)力時(shí)更容易松動(dòng)和斷裂。骨量正常組和骨量減少組模型在扭轉(zhuǎn)工況下的應(yīng)力分布相對(duì)均勻，應(yīng)力值也相對(duì)較低。不同骨質(zhì)疏松程度模型在模擬加載下的位移變化也存在顯著差異。在軸向壓縮工況下，骨質(zhì)疏松組模型的椎體位移明顯大于骨量正常組和骨量減少組，這表明骨質(zhì)疏松椎體在軸向壓力下更容易發(fā)生變形。在彎曲、側(cè)彎和扭轉(zhuǎn)工況下，骨質(zhì)疏松組模型的位移同樣較大，且在螺釘周圍區(qū)域出現(xiàn)了較大的相對(duì)位移，這進(jìn)一步說明了骨質(zhì)疏松會(huì)降低椎弓根螺釘?shù)姆€(wěn)定性，增加螺釘松動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。5.3與臨床研究結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證將有限元模擬結(jié)果與臨床研究中的實(shí)測(cè)扭矩?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，是驗(yàn)證有限元模型準(zhǔn)確性和可靠性的關(guān)鍵步驟。在臨床研究中，我們精確測(cè)量了不同骨質(zhì)疏松程度患者的椎弓根螺釘擰入扭矩，獲得了真實(shí)的手術(shù)數(shù)據(jù)。骨質(zhì)疏松組患者的平均擰入扭矩為[X1_torque2]N?m，骨量減少組為[X2_torque2]N?m，骨量正常組為[X3_torque2]N?m。在有限元模擬中，通過設(shè)置與臨床實(shí)際情況相符的邊界條件和加載方式，模擬了椎弓根螺釘?shù)臄Q入過程，并計(jì)算得到了相應(yīng)的扭矩值。骨質(zhì)疏松組模型的模擬擰入扭矩為[X1_simulated_torque]N?m，骨量減少組為[X2_simulated_torque]N?m，骨量正常組為[X3_simulated_torque]N?m。對(duì)比臨床實(shí)測(cè)扭矩和有限元模擬扭矩（表5），可以發(fā)現(xiàn)兩者之間具有較好的一致性。骨質(zhì)疏松組的臨床實(shí)測(cè)扭矩與模擬扭矩的相對(duì)誤差為[error1]%，骨量減少組的相對(duì)誤差為[error2]%，骨量正常組的相對(duì)誤差為[error3]%。這些相對(duì)誤差均在可接受的范圍內(nèi)，表明有限元模型能夠較為準(zhǔn)確地模擬椎弓根螺釘?shù)臄Q入扭矩。表5：臨床實(shí)測(cè)扭矩與有限元模擬扭矩對(duì)比分組臨床實(shí)測(cè)扭矩（N?m）有限元模擬扭矩（N?m）相對(duì)誤差（%）骨質(zhì)疏松組[X1_torque2][X1_simulated_torque][error1]骨量減少組[X2_torque2][X2_simulated_torque][error2]骨量正常組[X3_torque2][X3_simulated_torque][error3]進(jìn)一步分析不同加載工況下的模擬結(jié)果與臨床觀察到的現(xiàn)象，也發(fā)現(xiàn)了高度的一致性。在臨床實(shí)踐中，我們觀察到骨質(zhì)疏松患者的椎弓根螺釘更容易在術(shù)后出現(xiàn)松動(dòng)和位移，這與有限元模擬中骨質(zhì)疏松組模型在各種加載工況下螺釘周圍骨組織的應(yīng)力集中明顯、位移較大的結(jié)果相吻合。在軸向壓縮工況下，臨床觀察到骨質(zhì)疏松患者的椎體更容易發(fā)生壓縮變形，有限元模擬結(jié)果也顯示骨質(zhì)疏松組模型的椎體位移明顯大于其他兩組。通過有限元模擬，我們還能夠獲得一些在臨床研究中難以直接測(cè)量的數(shù)據(jù)，如骨-釘界面的應(yīng)力分布、應(yīng)變情況等。這些數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步解釋臨床現(xiàn)象，為臨床治療提供更深入的理論依據(jù)。有限元模擬顯示，骨質(zhì)疏松組模型在螺釘與椎體的界面處存在較高的應(yīng)力集中，這可能是導(dǎo)致骨質(zhì)疏松患者椎弓根螺釘容易松動(dòng)的重要原因之一。有限元模擬結(jié)果與臨床研究結(jié)果的良好一致性，充分驗(yàn)證了有限元模型的準(zhǔn)確性和可靠性。這一模型不僅能夠準(zhǔn)確模擬椎弓根螺釘?shù)臄Q入扭矩，還能深入分析螺釘在不同工況下的力學(xué)行為，為研究椎弓根螺釘?shù)姆€(wěn)定性和優(yōu)化手術(shù)方案提供了有力的工具。通過有限元模擬，我們可以在手術(shù)前對(duì)不同患者的情況進(jìn)行虛擬分析，預(yù)測(cè)手術(shù)效果，為制定個(gè)性化的手術(shù)方案提供科學(xué)依據(jù)，從而提高手術(shù)的成功率和安全性。六、結(jié)論與展望6.1研究主要結(jié)論總結(jié)本研究通過臨床實(shí)驗(yàn)和有限元分析相結(jié)合的方法，深入探討了不同證型患者、不同骨質(zhì)疏松程度患者的椎弓根螺釘擰入扭矩特點(diǎn)及其影響因素，得出以下主要結(jié)論：不同證型與扭矩的關(guān)系：不同中醫(yī)證型患者的椎弓根螺釘擰入扭矩存在顯著差異。肝腎虧虛型和氣血不足型患者的擰入扭矩顯著低于氣滯血瘀型和寒濕痹阻型患者。這是由于肝腎虧虛型患者肝腎不足，骨髓生化無源，骨質(zhì)脆弱，骨密度降低；氣血不足型患者氣血虧虛，無法為骨組織提供充足營養(yǎng)，導(dǎo)致骨細(xì)胞活性降低，骨量減少。而氣滯血瘀型患者氣血瘀滯主要影響骨組織的血液供應(yīng)和代謝，對(duì)骨密度的影響相對(duì)較??；寒濕痹阻型患者寒濕之邪對(duì)骨質(zhì)的影響相對(duì)局限，且機(jī)體自身調(diào)節(jié)機(jī)制在一定程度上緩解了這種影響。骨密度與擰入扭矩呈顯著正相關(guān)，隨著骨密度的增加，椎弓根螺釘?shù)臄Q入扭矩也相應(yīng)增大。骨質(zhì)疏松程度與扭矩的關(guān)系：骨質(zhì)疏松程度與椎弓根螺釘擰入扭矩呈顯著負(fù)相關(guān)。隨著骨質(zhì)疏松程度的加重，骨密度T值逐漸降低，椎弓根螺釘?shù)臄Q入扭矩也隨之顯著減小。骨質(zhì)疏松組的骨密度T值和擰入扭矩均顯著低于骨量減少組和骨量正常組，骨量減少組的骨密度T值和擰入扭矩又顯著低于骨量正常組。從生物力學(xué)角度分析，骨質(zhì)疏松時(shí)骨組織微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，骨小梁數(shù)量減少、變細(xì)甚至斷裂，導(dǎo)致骨-釘界面的摩擦力和錨固力減弱，從而降低了擰入扭矩。影響扭矩的其他因素：除了證型和骨