椎体后凸成形椎间盘骨水泥渗漏时行相邻椎体预防性强化的有限元分析

背景:椎体后凸成形术后相邻椎体发生骨折时有报道,很多学者分析椎间盘骨水泥渗漏是相邻椎体继发骨折的重要原因之一。目的:以有限元方法分析椎体后凸成形并发椎间盘骨水泥渗漏时其相邻椎体生物力学的变化,进而分析相邻椎体继发骨折的原因并寻求补救措施。方法:利用MIMICS、ABAQUS等软件重建胸腰段(T11～L2)三维有限元模型,模拟L1椎体骨质疏松性压缩性骨折及椎体后凸成形治疗,观察有无T12～L1椎间盘骨水泥渗漏对骨折相邻椎体的生物力学影响;进一步分别模拟以2,3,4mL骨水泥对T12椎体行预防性强化,观察不同载荷下不同模型整体及各部分的VonMises应力。结果与结论:成功建立了相关三维有限元模型。相邻椎体T12及其下终板的最大应力在T12～L1椎间盘有骨水泥渗漏组比无渗漏组的明显增加;T12椎体不同剂量骨水泥预防性强化后最大应力不同程度降低,且小剂量(2～4mL)骨水泥预防性强化并不明显影响其余椎体、椎间盘的生物力学行为。提示椎体后凸成形并发椎间盘骨水泥渗漏可能会导致相邻椎体继发骨折,同时行相邻椎体预防性强化可能会减少继发骨折的发生。     

正常人与骨质疏松患者胸腰椎三维有限元模型的建立及分析

目的:基于CT医学图像,建立骨质疏松患者的T11～L3的三维有限元模型,对其生物力学特性进行分析。方法:实验于2003-09/2004-02在上海大学生物力学研究所完成。选取骨质疏松症患者1例,女,65岁,骨密度值与正常人相比,T值=-2.68<-2.5。CT扫描证实无脊柱畸形或破坏。应用CT扫描技术、图形数字化方法获取胸腰段的三维坐标,利用ANSYS5.0有限元分析软件等工具建立骨质疏松患者胸腰段的三维有限元模型。结果:①L1椎体在轴向载存800N作用下的应力场分布表明,正常椎体皮质骨、松质骨、终板、纤维环、后部结构的平均应力值高于骨质疏松椎体(分别为1.786,1.542MPa;0.742,0.601MPa;0.839,0.608MPa;0.862,0.554MPa;0.424,0.308MPa)。②从椎体的剖面上观察,外面皮质骨应力较大,里面松质骨应力较小。椎体骨密质的应力集中在近椎弓根附近,松质骨的应力集中在与终板临近的中央部分,后部结构的应力分布不均匀,应力集中在椎弓根、峡部和小关节部分,而横突和棘的应力水平很低。胸腰椎的应力分布规律和人体正常椎体相似。骨质疏松椎体的应力分布规律与正常椎体应力分布相似,相同承载,不过应力比较低,负载规律相一致。两者的应力分布相似,就是数值不同而已。结论:应用三维有限元法分析骨质疏松椎体的力学特性是切实可行的并能获得独特的信息,结果可信。     

正常人与骨质疏松患者胸腰椎三维有限元模型的建立及分析

目的：基于CT医学图像，建立骨质疏松患者的T11—L3的三维有限元模型，对其生物力学特性进行分析。 方法：实验于2003—09／2004-02在上海大学生物力学研究所完成。选取骨质疏松症患者1例，女，65岁，骨密度值与正常人相比，r值=-2．68〈-2．5。CT扫描证实无脊柱畸形或破坏。应用CT扫描技术、图形数字化方法获取胸腰段的三维坐标，利用ANSYS5．0有限元分析软件等工具建立骨质疏松患者胸腰段的三维有限元模型。 结果：（1）L1椎体在轴向载存800N作用下的应力场分布表明，正常椎体皮质骨、松质骨、终板、纤维环、后部结构的平均应力值高于骨质疏松椎体（分别为1．786，1．542MPa；0．742，0．601MPa；0．839，0．608MPa；0．862，0．554MPa；0．424，0．308MPa）。②从椎体的剖面上观察，外面皮质骨应力较大，里面松质骨应力较小。椎体骨密质的应力集中在近椎弓根附近，松质骨的应力集中在与终板临近的中央部分，后部结构的应力分布不均匀，应力集中在椎弓根、峡部和小关节部分，而横突和棘的应力水平很低。胸腰椎的应力分布规律和人体正常椎体相似。骨质疏松椎体的应力分布规律与正常椎体应力分布相似，相同承载，不过应力比较低，负载规律相一致。两者的应力分布相似，就是数值不同而已。 结论：应用三维有限元法分析骨质疏松椎体的力学特性是切实可行的并能获得独特的信息，结果可信。     

椎体后凸成形后相邻椎体生物力学的有限元分析

背景:椎体后凸成形后相邻椎体新发骨折的发生率为2.4%-23%,并且6个月内2/3骨折发生于邻近椎体,其原因是骨质疏松的发展,还是骨水泥强化的结果,目前存有争论.目的:应用脊柱有限元分析方法分析生理载荷作用下,椎体后凸成形后相邻椎体终板的应力变化与相邻椎体新发骨折的相关性.方法:收集老年骨质疏松女性胸腰椎CT扫描资料,利用一系列计算机辅助设计软件构造相对应的T_(12)-L_1-L_2骨质疏松性椎体的三维有限元模型.模拟L_1椎体为楔形压缩骨折椎体(前缘高度较正常降低60%),模拟经皮椎体后凸成形模型,复位骨折椎体(L_1椎体高度较正常降低10%,代表骨折椎体复位),在L_1椎体内置入2个对称的圆柱体PMMA骨水泥块共约4 mL.分析轴向压缩、前屈和后伸3种加载状态下正常椎体、手术前后相邻椎体的应力变化情况.结果与结论:与正常椎体比较,L_1压缩性骨折模型和椎体后凸成形后模型相邻椎体终板最大应力值分别增高76%和27%;椎体后凸成形模型后部结构的应力水平较正常椎体平均增加13.2%,其中椎弓根增加4.5%,峡部增加6.15%和关节点增加25.6%.与L_1椎体压缩性骨折模型相比,L_1椎体后凸成形后椎弓根、峡部和关节突应力均有所降低.结果说明椎体后凸成形后,T_(12)椎体下位终板和L_2椎体上位终板的应力值在各种状态下均较正常椎体增加,应力增加可能导致终板骨折可能性增加,进而导致相邻椎体骨折的风险性增加,这一观点尚需进一步研究的支持.     

椎体后凸成形对邻近节段力学影响的有限元分析

背景:椎体后凸成形术自应用临床以来取得了令人鼓舞的临床效果,但是术后邻近椎体发生骨折时有报道.从生物力学角度来分析邻近椎体发生骨折的可能原因具有重要价值.目的:以有限元方法观察椎体后凸成形术对相邻椎体生物力学的影响,分析相邻椎体继发骨折的原因.方法:利用MIMICS软件对1例T12压缩骨折椎体后凸成形术前后的CT图片进行预处理,后导入ABAQUS软件中建立T10～L2的三维有限元模型,设置0.3,1.0,4.0 MPa三种轴向载荷进行生物力学分析,观察不同载荷下模型整体及各部分的Von Mises应力,重点评价椎体后凸成形术对骨折相邻椎体生物力学的影响.结果与结论:成功建立了椎体后凸成形术前后的三维有限元模型,当轴向压力以0.3,1.0,4.0 MPa增加后,椎间盘、软骨终板和椎体整体的应力也成比例增加.椎体后凸成形术后脊柱胸腰段各部位的应力开始重新分布,增强椎体(T12)的相邻椎间盘(T11～12、T12～L1)及相邻终板(T11下终板、L1上终板)的应力增强区域增加;T12相邻椎体(T11,L1)所受最大应力明显增加,但远端椎体(T10,L2)的最大应力明显减少.提示椎体后凸成形术后引起上下相邻椎体继发骨折可能与术后生物力学行为的改变有关.     

注射型磷酸钙人工骨椎体后凸成形固化治疗骨质疏松性胸腰椎压缩骨折

背景:椎体后凸成形目前常用的注射型聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥椎体增强剂可达到增加椎体强度、稳定椎体、止痛的目的,但其组织相容性差,无生物降解性,容易造成使临近椎间盘或椎体发生变性、甚至骨折.目的:观察注射型磷酸钙人工骨椎体后凸成形固化治疗骨质疏松性椎体压缩骨折的效果.方法:选择2007-12/2010-06哈尔滨医科大学附属第四医院骨外科收治的骨质疏松性胸腰椎压缩性骨折患者20例,均采用经双侧椎弓根球囊扩张注射型磷酸钙人工骨行椎体后凸成形固化治疗.手术前后行疼痛目测类比评分,胸(腰)椎正侧位X射线片及椎体前缘高度、Cobb角检测.结果与结论:术后病椎前缘椎体平均高度较术前平均高度恢复(3.38±1.44) mm (P < 0.05).术后Cobb角较术前平均恢复(7.63±2.52)° (P < 0.05),后凸矫正率为(38.90±11.28)%.术后3d及3周目测类比评分均较术前明显降低(P < 0.01).说明经双侧椎弓根球囊扩张注射型磷酸钙人工骨行椎体后凸成形可以有效增加椎体强度、稳定椎体、明显缓解患者疼痛,是治疗骨质疏松性胸腰椎压缩骨折的有效方法.     

注射型磷酸钙人工骨椎体后凸成形固化治疗骨质疏松性胸腰椎压缩骨折

背景：椎体后凸成形目前常用的注射型聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥椎体增强剂可达到增加椎体强度、稳定椎体、止痛的目的,但其组织相容性差,无生物降解性,容易造成使临近椎间盘或椎体发生变性、甚至骨折。目的：观察注射型磷酸钙人工骨椎体后凸成形固化治疗骨质疏松性椎体压缩骨折的效果。方法：选择2007-12/2010-06哈尔滨医科大学附属第四医院骨外科收治的骨质疏松性胸腰椎压缩性骨折患者20例,均采用经双侧椎弓根球囊扩张注射型磷酸钙人工骨行椎体后凸成形固化治疗。手术前后行疼痛目测类比评分,胸（腰）椎正侧位X射线片及椎体前缘高度、Cobb角检测。结果与结论：术后病椎前缘椎体平均高度较术前平均高度恢复（3.38±1.44）mm（P〈0.05）。术后Cobb角较术前平均恢复（7.63±2.52）°（P〈0.05）,后凸矫正率为（38.90±11.28）%。术后3d及3周目测类比评分均较术前明显降低（P〈0.01）。说明经双侧椎弓根球囊扩张注射型磷酸钙人工骨行椎体后凸成形可以有效增加椎体强度、稳定椎体、明显缓解患者疼痛,是治疗骨质疏松性胸腰椎压缩骨折的有效方法。     

经皮椎体后凸成形注入骨水泥治疗骨质疏松性胸腰椎压缩骨折

背景:经皮椎体后凸成形通过球囊的扩张恢复压缩椎体高度,并注入骨水泥强化椎体,恢复其解剖形态和力学性能。目的:评估聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥经皮椎体后凸成形治疗胸腰椎骨质疏松性椎体压缩骨折的疗效及安全性。方法:对41例骨质疏松性胸腰椎椎体压缩骨折患者在C型臂X射线机引导下行聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥经皮椎体后凸成形治疗,对比治疗前后患者疼痛评分及影像学检测结果。结果与结论:所有手术顺利完成,无严重并发症发生。随访3个月后,椎体前、中缘平均高度及Cobb角均较治疗前改善(P<0.05),且疼痛目测类比评分较治疗前明显降低(P<0.01)。表明聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥经皮椎体后凸成形治疗骨质疏松性压缩骨折安全性高,可缓解患者疼痛,有效改善患者生活质量。     

磷酸钙骨水泥填充椎体成形过程中椎体生物力学评价

背景：目前椎体成形中常用的充填剂聚甲基丙烯酸甲酯因其过高的强度会引起临近节段骨折,新型材料磷酸钙骨水泥具有骨传导性,但其在体内的生物力学情况尚不明确。目的：模拟骨质疏松性骨折椎体的力学环境,观察磷酸钙骨水泥填充后椎体的力学变化情况,评价其在椎体成形中的适用性。设计、时间及地点：随机对照,动物体内生物力学实验,于2007-02/12在苏州大学实验动物中心完成。材料：成年雌性山羊12只,双侧去卵巢法制备骨量减少动物模型。方法：以直径4.0mm钻头横向钻通模型山羊L2～5腰椎椎体双侧皮质,两两随机向骨缺损内注入磷酸钙骨水泥或聚甲基丙烯酸甲酯,以L1和L6椎体为对照组。主要观察指标：生物力学测试仪测试术后2,6,12,24周各组椎体的强度和刚度。结果：磷酸钙骨水泥组椎体强度从2周起逐渐增强,在24周时最强,各时间点与对照组相当,但均低于聚甲基丙烯酸甲酯组。磷酸钙骨水泥组椎体刚度从2周开始下降,12周达到最低,24周时上升,但各时间点间无统计学差异（P=0.265）;聚甲基丙烯酸甲酯组刚度2～24周也无明显降低（P=0.815）;各时间点2组间比较无明显差异（P〉0.05）,但都低于对照组。结论：磷酸钙骨水泥填充后椎体具有更合适的生物力学强度,有望替代聚甲基丙烯酸甲酯在椎体成形中应用。     

探讨单发骨质疏松性椎体压缩骨折PVP术后围术期相邻椎体骨折的可能性及特点

目的探讨单发骨质疏松性椎体压缩骨折(sOVCFs)经皮椎体成形术(PVP)治疗后围术期出现相邻椎体骨折的可能性及特点。方法对接受PVP治疗的174例sOVCFs患者,记录其年龄、骨折椎体部位、骨折诱因、骨质疏松程度、术前椎体压缩程度、有无囊腔样变、骨水泥用量、骨水泥分布特点、骨水泥椎间盘有无渗漏,并针对上述各因素分别进行分析,观察各组相邻椎体骨折发生率的差异。结果 174例患者中,24例术后围术期间相邻椎体出现骨折,其中16例位于胸腰段(16/24,66.67%)。以患者术前椎体压缩程度、囊腔样变、骨水泥渗漏至椎间盘进行分组,各组相邻椎体骨折发生率差异无统计学意义(P>0.05);而以患者年龄、骨折诱因、骨质疏松程度、骨水泥剂量、骨水泥分布进行分组,各组相邻椎体骨折发生率差异有统计学意义(P<0.05)。结论 sOVCFs患者PVP术后围术期相邻椎体可出现骨折,多位于胸腰段,易发生于年龄大、无骨折诱因、骨密度低、骨水泥用量大、骨水泥分布偏离者。