终板缺损形态差异对腰椎间盘生物力学影响的有限元分析OA

背景:椎体终板缺损被认为是腰椎退行性变的重要诱因之一,其形态学特征可能显著影响脊柱的局部力学环境。然而,不同类型终板缺损对椎体、椎间盘小关节复合结构生物力学特性的具体影响机制尚未明确。目的:观察局灶性边缘缺损、局灶性中央缺损及角性缺损3种终板缺损类型对腰椎终板、椎间盘纤维环髓核及小关节应力分布的影响,揭示其潜在的生物力学机制。方法:采集一名健康男性36岁志愿者腰椎CT影像,重建L4-L5节段完整终板模型。参考临床影像研究中的椎体终板缺损分型构建3类典型终板缺损模型(局灶性边缘缺损、局灶性中央缺损、角性缺损)。通过施加随动载荷和相应力矩以模拟脊柱生理肌肉载荷和典型运动载荷,如站立、前屈、后伸、侧弯和旋转等脊柱运动状态,评估不同缺损形式下脊柱生理运动时椎体软骨终板、椎间盘纤维环髓核和小关节的生物力学应力分布特征与峰值变化,探讨不同缺损类型对腰椎生物力学稳定性的影响机制。结果与结论:①不同缺损类型显著改变终板及其邻近结构的应力传导路径,边缘缺损主要影响纤维环外侧应力分布,中央缺损显著改变后伸状态下的负载承载;②缺损边缘存在明显应力梯度集中,提示潜在微损伤风险;③终板角性缺损在动态载荷下均产生显著应力集中,可能是导致节段不稳定和退变加速的高风险因素之一;④实验结果为阐明终板缺损参与椎间盘退变及小关节损伤病变提供了生物力学依据,对临床早期识别高风险缺损类型且制定针对性预防策略具有重要指导价值。