低侵襲な頸椎手術と前頸椎椎椎間板切除術および癒合術後の隣接セグメントのバイオメカニクスの比較解析。有限要素法による研究

Comparative analysis of the biomechanics of the adjacent segments after minimally invasive cervical surgeries versus anterior cervical discectomy and fusion: A finite element study.

• Chao Chen
• Chen-Xi Yuchi
• Ziwei Gao
• Xinlong Ma
• Dong Zhao
• Jun-Wei Li
• Baoshan Xu
• Chun-Qiu Zhang
• Zheng Wang
• Cheng-Fei Du
• Qiang Yang

抄録

目的:

前頸椎椎間板切除術と癒合術（ACDF）の代替として、経皮的内視鏡的前頸椎椎椎間板切除術（PEACD）と後頸椎椎間板切除術（PCF）は、頸部脊椎症性橈骨神経症の患者の治療に広く用いられている。これらの方法の理論的な利点は、癒合による隣接セグメントの変性の加速を回避できる可能性があることであるとされているが、バイオメカニクス的なデータからの裏付けとなるエビデンスは少ない。そこで本研究では、頚椎の隣接セグメントおよび手術セグメントに対するPCF、PEACD、ACDFの効果をバイオメカニクス的観点から検討し、比較検討を行った。

Purpose: Percutaneous full-endoscopic anterior cervical discectomy (PEACD) and posterior cervical foraminotomy (PCF) as alternatives to anterior cervical discectomy and fusion (ACDF) are extensively used in the treatment of patients with cervical spondylotic radiculopathy. The possibility of avoiding the risk of accelerated degeneration of the adjacent segments caused by fusion is claimed to be the theoretical advantage of these approaches; however, there is a paucity of supportive evidence from biomechanical data. Therefore, this study investigated and compared the effects of PCF, PEACD, and ACDF on the adjacent segments and operative segments of the cervical spine from a biomechanical standpoint.

方法:

C4-C7の正常で無傷の3次元有限要素デジタルモデルを構築して検証し、C4-C7モデルを修正してPEACD、PCF、ACDFの有限要素モデルを得た。すべてのモデルには、屈曲時、伸展時、軸回転時、横曲げ時の荷重条件を同一とした。異なる運動条件での手術セグメントと隣接セグメントの可動域(ROM)、椎間板圧(IDP)、面関節接触力(FJCF)を計算した。

Method: A normal and intact three-dimensional finite element digital model of C4-C7 was constructed and validated, and the finite element models of PEACD, PCF, and ACDF were obtained by modifying the C4-C7 model. All models were exposed to identical conditions of load during flexion, extension, axial rotation, and lateral bending. We calculated the range of motion (ROM), intervertebral disc pressure (IDP), and facet joint contact force (FJCF) of the operative segment and the adjacent segment in different motion conditions.

結果:

従来のACDFでは，術者セグメントと隣接セグメントのROMとIDPに顕著な影響を与えていた．PEACDモデルでは、ROMの変化は目立たず、手術セグメントのIDPは有意に小さく、隣接セグメントのIDPの変化は取るに足らないものであった。また、PCFモデルでは、全セグメントのROMとIDPは影響を受けず、全セグメントのROMとIDPは変化しなかった。

Result: The conventional ACDF had a remarkable influence on the ROM and IDP of the operative segment and the adjacent segments. In the PEACD model, the change of ROM was not noticeable; the IDP of the operative segment was significantly smaller, whereas the change of IDP of the adjacent segment was insignificant. In the PCF model, the ROM and IDP of all segments remained unaffected.During extension, the facet joint contact force changed significantly after ACDF, and it changed slightly after PECAD and PCF.

結論:

PCF、PEACD、ACDF後の頸椎の生体力学的変化を有限要素法を用いて比較解析した結果、PCFとPEACDはACDFよりも生体力学的な観点から頸椎症の外科的介入に適しており、PCFはPEACDよりも優れている可能性があることが示唆された。

Conclusion: By comparatively analyzing the biomechanical changes of the cervical spine after PCF, PEACD, and ACDF using the finite element method, we suggested that PCF and PEACD were more suitable for surgical intervention of cervical spondylotic radiculopathy than ACDF from a biomechanical point of view and PCF may outperform PEACD.

© 2020 The Author(s).