椎体后凸成形椎间盘骨水泥渗漏相邻椎体预防性强化的有限元分析

【摘要】：研究目的 利用有限元方法,研究椎体后凸成形术(PKP)椎间盘骨水泥渗漏对相邻椎体的生物力学影响,探讨椎体后凸成形术后相邻椎体继发骨折的原因；并进一步研究预防性椎体强化对脊柱功能单位的影响,探寻椎体成形术椎间盘骨水泥渗漏后的补救措施。 材料与方法 收集正常成年女性志愿者的胸腰段CT扫描资料,利用MIMICS、ABAQUS等软件重建胸腰段(T11-T12-L1-L2)骨质疏松性椎体的三维有限元模型,模拟L1椎体骨质疏松性压缩性骨折及椎体后凸成形术治疗,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,观察不同轴向载荷(0.3Mpa、1.OMpa、4.0Mpa)下不同模型整体及各部分的Von Mises应力,重点评价相邻椎体预防性强化后的生物力学行为变化。 结果 1.椎体后凸成形术治疗L1骨质疏松性压缩性骨折,发生T12-L1椎间盘骨水泥渗漏时T12椎体的最大应力值要比无椎间盘骨水泥渗漏时的增高36%,有渗漏时T12椎体下终板的最大应力值要比无渗漏时的增高209%。 2.椎体后凸成形术治疗L1骨质疏松性压缩性骨折,发生T12-L1椎间盘骨水泥渗漏时行T12椎体小剂量(2、3、4ml)骨水泥预防性强化,因T12-L1椎间盘骨水泥渗漏所产生的T12椎体的高应力不同程度降低,2ml骨水泥强化时T12椎体最大应力无明显下降,3ml骨水泥强化时T12椎体的最大应力明显下降24%,4ml骨水泥强化时T12椎体的最大应力继续下降但幅度明显减小。 结论 1.本研究采用先进的有限元建模方法,建成了一系列相关人体脊柱有限元模型,其结构完善、外观逼真、数据精确性好。利用1份正常成人胸腰段CT资料建成椎体骨折、PKP治疗后及并发椎间盘骨水泥渗漏模型,以及相邻椎体不同剂量骨水泥预防性强化的多个有限元模型,通过一系列模型生物力学行为变化对比分析椎体后凸成形术相关力学特点,根据目前文献检索情况,未见与本研究相同的报道。 2.椎体后凸成形术椎间盘骨水泥渗漏可能会导致相邻椎体应力增高,进而导致相邻椎体的继发骨折。 3.椎体后凸成形术椎间盘骨水泥渗漏时行相邻椎体的预防性强化使得该相邻椎体的最大应力值降低,可能会减少该相邻椎体继发骨折的发生。