单侧与双侧入路椎体成形术治疗老年骨质疏松性椎体压缩骨折的有限元分析及临床应用

目的探讨单、双侧经皮椎体成形术(percutaneous vertebroplasty,PVP)治疗老年骨质疏松性胸腰椎椎体压缩性骨折的生物力学特点及临床疗效。方法建立有限元模型模拟分析单、双侧椎弓根入路PVP术后椎体的应变及应力变化。回顾性研究接受单、双侧椎弓根入路PVP治疗老年骨质疏松性椎体压缩骨折患者85例,分析两组间手术时间、术中透视次数、骨水泥注射量、骨水泥渗漏率以及所有阶段视觉模拟量表(visual analogue scale,VAS)评分。结果有限元分析表明,单侧入路模型最大应变、应力分别是双侧入路模型的1.18倍、1.15倍;临床研究发现,单侧入路组手术时间、术中透视次数均明显少于双侧入路组(P0.001)。两组骨水泥注射量、骨水泥渗漏率以及所有阶段VAS评分比较均无统计学意义(P0.05)。结论单侧入路椎体成形术生物力学效果与双侧入路接近;利用穿刺针定位单侧PVP治疗老年骨质疏松性胸腰椎椎体压缩性骨折与双侧入路PVP相比具有手术时间短、X线暴露次数少的特点。     

单侧与双侧入路植入骨填充网袋治疗骨质疏松性椎体压缩性骨折的有限元分析与应用北大核心

背景:骨填充网袋植入治疗骨质疏松性椎体压缩性骨折具有显著的疗效,从手术时间、骨水泥侧漏情况、术中人员受辐射次数等方面考虑,选择单侧入路更佳,但没有研究从生物力学角度比较单侧与双侧骨填充网袋植入的效果,缺乏一定的理论数据支持。目的:探讨单侧与双侧入路植入骨填充网袋治疗骨质疏松性椎体压缩性骨折的生物力学特点和临床效果。方法:①建立有限元模型,模拟单侧和双侧入路植入骨填充网袋治疗骨质疏松性椎体压缩性骨折,在400 N竖直向下的加载力和7.5 N·m弯矩载荷作用时,对比两组4种工况下胸腰段整体有限元模型的位移和应力变化。②回顾性分析武汉市普仁医院2018年1月至2020年8月收治的99例骨质疏松性椎体压缩性骨折患者,其中接受单侧入路植入骨填充网袋治疗49例,接受双侧入路植入骨填充网袋治疗50例,分析两组患者的骨水泥渗漏率、目测类比评分和脊柱侧弯角变化。结果与结论:①有限元模型:两入路组在轴向、前屈、左侧弯和左旋转状态下的最大位移比较差异无显著性意义(P>0.05),在轴向、前屈、左侧弯和左旋转状态下的最大应力比较差异无显著性意义(P>0.05);②临床试验:单、双侧入路组骨水泥渗漏率分别为12%,16%,两组患者术后6个月的目测类比评分与脊柱侧弯角度均较术前明显改善(P<0.001),两组间术后6个月的目测类比评分与脊柱侧弯角度比较差异均无显著性意义(P>0.05);③从生物力学和临床疗效角度来讲,单侧入路植入骨填充网袋较双侧入路植入骨填充网袋治疗骨质疏松性椎体压缩性骨折的效果更佳。     

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2,3,4 mL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Von Mises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(2~4 mL)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。      

骨水泥对椎体成形术治疗胸腰椎骨质疏松压缩性骨折的生物力学影响

目的运用有限元方法模拟椎体成形术中骨水泥剂量对不同骨质疏松程度胸腰椎T11~L3生物力学影响,为术前骨水泥注射量的选择提供理论依据。方法基于CT图像建立胸腰椎T11~L3有限元模型并验证。建立12个不注射骨水泥的不同骨质疏松程度椎体对照组模型,向椎体L1分别注射1.8、3.6 m L骨水泥,建立24个不同骨质疏松程度的骨水泥增强椎体有限元模型。在椎体T11上表面施加500 N垂直载荷和7 N·m力矩并计算分析椎体在垂直、后伸、前屈、侧弯及扭转工况下的应力和位移。结果注射骨水泥后,扭转载荷下椎体应力和位移变化最大。与对照组模型相比,注射1.8 m L骨水泥时,随椎体骨质疏松程度加重,扭转载荷下椎体L1应力从增加55.0%上升到87.7%,位移从减小6.5%上升到32.0%;最大骨质疏松程度的椎体T12和L2扭转应力变化率分别为3.6%和5.7%。注入3.6 m L骨水泥时,随椎体骨质疏松程度加重,扭转载荷下椎体L1应力从增加288.5%上升到313.8%,位移从减小8.9%上升到44.7%;最大骨质疏松程度的椎体T12和L2扭转应力变化率分别为7.3%、7.6%。结论骨质疏松程度的加重和骨水泥注射量的增加会引起椎体应力增加,特别是扭转载荷下椎体应力变化最大。对骨质疏松程度严重的骨折椎体选择小剂量骨水泥以避免较大的应力增加,且应限制病人的扭转活动。     

计算机模拟椎体成形对邻近节段力学影响的有限元分析

背景：椎体成形后邻近椎体再骨折的原因,是骨质疏松的发展过程,或是骨水泥增强、椎体成形干预造成的？ 目的：用有限元方法观察椎体成形对相邻椎体的力学影响,分析相邻椎体继发骨折的病因。 方法：利用MIMICS软件,对1例T₁₂骨质疏松性椎体压缩骨折患者CT图片进行预处理后导入ABAQUS软件中建立T10~L2三维有限元模型,模拟经椎弓根单侧和双侧入路椎体成形,设置0.3,1.0,4.0 MPa 3种轴向载荷进行生物力学分析。 结果与结论：成功建立了椎体成形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。椎体成形后增强椎体(T₁₂)上、下终板骨水泥注入侧的应力增强区域范围减少,所受最大应力明显减少;邻近椎间盘及椎体的应力分布无明显变化;T₁₂相邻椎体(T₁₁、L₁)及远端椎体(T₁₀、L₂)所受最大应力无明显改变。提示椎体成形后引起上下相邻椎体继发骨折的并发症可能和生物力学结果改变无关。     

椎体成形术后相邻椎体终板应力变化的有限元分析

目的：利用有限元方法分析椎体成形术对相邻椎体终板应力变化的影响。方法：在已建立的胸腰段骨质疏松性椎体压缩性骨折三维有限元模型上，模拟经皮穿刺椎体成形术(PVP)过程在胸12椎体中置入骨水泥，分析轴向压缩、前屈和后伸3种加载状态下手术前后相邻椎体终板的应力变化。结果：胸11下位终板和腰1上位终板手术前后总体应力变化不大。但两终板中间部分的应力在各种状态下术后较术前均有增加。结论：注入较小剂量(胸124．0ml)骨水泥，PVP不足以引起由于应力集中而造成相邻椎体骨折可能性增加。PVP中较小剂量的骨水泥注入是安全有效的。     

骨水泥弥散类型影响胸腰段椎体成形后相邻椎体应力的三维有限元分析

背景:椎体成形术后出现邻近椎体骨折已得到广泛关注,骨水泥弥散类型影响邻椎应力改变的有限元研究国内外未见报道。目的:利用有限元方法分析3种骨水泥弥散类型对胸腰段椎体成形术后患椎相邻椎体在不同载荷下的应力变化。方法:选取1例L1椎体压缩性骨折患者,以及3例L1椎体成形术后骨水泥呈弥散型、混合型、团块型分布患者的原始CT数据,利用Mimics 19.0、Geomagic Studio 2013及SolidWorks 2017等软件,通过划分网格、定义材料属性、装配模型,建立T11-L2椎体功能单元压缩性骨折及3种骨水泥弥散类型的有限元模型。分别施加0.3 MPa(低压力)、1.0 MPa(中压力)、4.0 MPa(高压力)3级压力和前屈、后伸、侧屈、旋转4种载荷方向,观察模型T12、L2椎体在不同压力、载荷下的应力分布情况。结果与结论:①注入骨水泥后邻椎应力的增加与轴向压力的增加呈正相关;②骨水泥呈团块型分布时,在4种载荷方向下邻椎的最大应力值明显高于弥散型及混合型,其中在前屈、侧弯载荷下,混合型邻椎应力低于团块型、弥散型;③结果发现,骨水泥呈团块型分布是导致邻椎应力增高的重要因素,骨水泥呈混合型分布可能降低了相邻椎体骨折的风险。     

应用有限元对比分析椎体成形术中单侧入路退针法与双侧固定点注射骨水泥的生物力学变化

背景:要使椎体成形术单侧入路获得双侧入路的力学分布效果,需要改进单侧入路的穿刺路径及注射方法。在前期临床实践中作者设计了三维穿刺导向器,在其导引下穿刺到位理想,采用退针注射法注射骨水泥,使得骨水泥在椎体内分布更加合理,临床效果得到了提高,但是否在力学分布上与双侧相同?目的:应用有限元分析椎体成形过程中单侧入路退针法注射骨水泥的生物力学变化,并与双侧固定点注射骨水泥的方法对比。方法:采用的原始影像来自一位男性患者,76岁,L1椎体骨质疏松性疼痛。患者伤椎采用单侧入路退针法注射实施椎体成形术,进针点选择左侧椎弓根近中心部位,内倾角度为24.5°,先将针穿刺到达椎体的前中1/3部位,注射骨水泥3mL,然后缓慢向后退针至椎体的1/2部位,并停留3min,注射2mL,再退针到椎体的中后1/3部位注射1mL。模拟双侧入路,每侧注入3mL骨水泥,获取椎体L1～2节段断层图像,分别建立有限元模型,对椎体上表面分别依次施加载500,1000,1500,2000,2500N的轴向压缩负载,进行生物力学对比分析。结果与结论:随着施加负载的增加,应变和应力也逐渐增加,椎体呈现弹性性质,出现了近似线性的小变形情况。双侧固定点和退针注射法注射骨水泥在轴向压缩不同负载下应力和应变差异无显著性意义(P0.05)。提示椎体成形过程中单侧入路退针注射法和双侧固定点注射骨水泥的生物力学分布无明显差异。     

单、双侧椎弓根入路及单侧椎弓根外入路椎体成形治疗胸腰段椎体压缩性骨折：骨水泥灌注量与渗漏率

文题释义： 邻近椎体骨折：是常见的椎体成形术后并发症,通常发生在术后1个月内,约占术后再发骨折的50%。邻近椎体骨折的常见危险因素有腰椎骨密度、初始骨折部位、骨水泥的材料及灌注量、术后抗骨质疏松治疗及生活方式等,其中骨水泥渗漏后在脊柱局部形成硬性结构,影响邻近椎体间的受力状况,进而引发邻近椎体骨折。 骨水泥渗漏：是椎体成形术的最常见的严重并发症,骨水泥通过椎体骨折间隙或椎体静脉间隙发生渗漏,其发生率相对较高,多数无临床症状,无需采取临床干预治疗,但有可能因压迫而出现神经症状甚至截瘫、肺栓塞、局部或者全身感染等严重并发症。 背景：临床上椎体成形骨水泥注射的入路方式主要有单侧椎弓根入路、双侧椎弓根入路、单侧椎弓根外入路,但对于3种入路方式的临床疗效、并发症等情况对比仍存在争议。 目的：对比3种入路椎体成形骨水泥注射治疗胸腰段椎体压缩性骨折的临床疗效。 方法：纳入2016年1月至2018年1月海南省中医院收治的胸腰段椎体压缩性骨折患者78例,其中男30例,女48例,年龄40-71岁。其中20例采用单侧椎弓根入路进行椎体成形骨水泥注射治疗,35例采用双侧椎弓根入路进行椎体成形骨水泥注射治疗,23例采用单侧椎弓根外入路进行椎体成形骨水泥注射治疗,记录骨水泥灌注量与骨水泥渗漏率。术后随访1年,对比3组目测类比评分、Oswestry功能障碍指数评分、椎体高度重建率、Cobb角改善、患者满意度及并发症发生情况。试验获得海南省中医院伦理委员会批准,批准号：伦审HKL20151203。 结果与结论：①双侧椎弓根组骨水泥灌注量少于单侧椎弓根组、单侧椎弓根外组(P < 0.05),单侧椎弓根外组少于单侧椎弓根组(P < 0.05);②3组间椎体高度重建率、Cobb角改善及患者满意度比较差异均无显著性意义(P > 0.05);3组术后随访1年的目测类比评分、Oswestry功能障碍指数评分均较术前明显改善(P < 0.05);③双侧椎弓根组骨水泥渗漏率低于单侧椎弓根组、单侧椎弓根外组(P < 0.05),单侧椎弓根外组低于单侧椎弓根组(P < 0.05);④双侧椎弓根组邻近椎体骨折率低于单侧椎弓根组(P < 0.05);⑤结果表明,3种入路椎体成形骨水泥注射治疗胸腰段椎体压缩性骨折均能取得较好的临床疗效,双侧椎弓根入路可显著降低骨水泥渗漏及邻近椎体骨折发生率。 ORCID: 0000-0002-6589-3407(张志伟) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程     

骨水泥不同分布对骨质疏松性椎体压缩性骨折的生物力学影响:三维有限元分析

目的:在骨质疏松性椎体压缩性骨折（OVCFs）椎体成形术（PVP）中,病椎内骨水泥分布不充分、不对称,将影响手术效果及远期症状。本文研究椎体成形术中骨水泥在椎体内分布情况对术后病椎的应力影响。方法:利用志愿者椎体CT数据,建立T12~L2椎体有限元模型。模拟L1椎体OVCFs,行PVP。向L1椎体内注入骨水泥柱,骨水泥形成3组分布模式（骨水泥分布不充分组、分布充分组和分布不对称组,其中分布不对称组包括骨水泥偏上分布和偏下分布）。研究不同方向运动对术后L1椎体的生物力学影响。结果:（1）与骨质疏松的L1椎体应力相比,术后L1椎体松质骨中最大应力的分布主要集中于骨水泥周围的松质骨,而皮质骨中最大应力的分布没有变化。（2）与骨水泥分布充分组相比,不充分组L1椎体的松质骨和皮质骨的最大应力和最大位移均显著增加,而不对称组中松质骨的最大应力显著增加。（3）在不同方向的载荷条件下都能得到相似的结果。结论:（1）在OVCFs的PVP中,病椎骨水泥分布不充分会引起术后该椎体最大位移明显增加,导致术后疼痛未缓解。（2）病椎骨水泥分布不充分和分布不对称会引起术后病椎皮质骨及松质骨的最大应力明显增加,所以容易导致术后病椎的再次骨折。     

n-HA/PA66复合生物活性融合器在颈椎病前路减压融合术中的初步应用研究

分析52例颈椎病行前路减压、n-HA/PA66复合生物活性融合器植骨、钛钉板系统内固定颈椎前路重建手术患者的临床资料,探讨自行研制的纳米羟基磷灰石/聚酰胺66(n-HA/PA66)复合生物活性融合器在颈椎病前路减压固定融合手术中的初步临床疗效。所有术后均获得6～25个月(平均13个月)的随访。患者术前症状均得到改善,JOA评分术前平均为10.4分,术后为15.7分。n-HA/PA66复合生物活性融合器于术后3～6个月骨性融合。颈椎生理曲度、椎间高度、颈椎稳定性均维持良好。无融合器下沉、塌陷、移位发生,无感染、内固定物松动、脱落、断裂等并发症。n-HA/PA66复合生物活性融合器能有效重建和维持颈椎体的结构和高度,可能是一种理想的颈椎植骨替代材料。     

骨质疏松骨折椎体及相邻椎体骨水泥注入前后的有限元分析

背景：目前有限元构建模型主要是基于医学图像的建模方法,骨水泥注入主要是人为假设的,而文章中治疗前后的数据直接来源于CT扫描,可靠性更高。 目的：构建骨水泥注入前后骨质疏松性腰椎骨折椎体的三维有限元模型,分析治疗前后病椎及邻椎的应力变化。 方法：选取1例75岁骨质疏松性L₂椎体压缩性骨折患者,经双侧椎弓根注入少量骨水泥获得良好疗效,随访2年病椎及邻椎无新发骨折,局部无疼痛。根据其治疗前后的腰椎CT数据,构建三维有限元模型,模拟腰椎屈伸、左右侧屈、旋转等运动,统计分析治疗前后同一运动状态下的应力变化。 结果与结论：建立了腰椎压缩骨折骨水泥注入前后的三维有限元模型,共生成222 727个单元。骨水泥注入增加了L₂椎体(病椎)屈、伸、侧屈各运动时的应力(P < 0.05),对其旋转时的应力无明显影响(P > 0.05);对L₁,L₃椎体(邻椎)在屈、伸、侧屈及旋转时的应力亦无影响(P > 0.05)。提示少量骨水泥注入治疗老年骨质疏松性腰椎骨折可增加病椎强度及应力,但不改变相邻椎体应力。     

肾型n-HA/PA66腰椎间融合器在经椎间孔腰椎椎体间融合术中的有限元分析

目的　设计一种新型的“肾形”n-HA/PA66腰椎间融合器(cage),通过三维有限元分析,研究其在经椎间孔腰椎椎间融合术(TLIF)中的生物力学特性。 方法 建立正常人体L3-L5节段三维模型,模拟经椎间孔腰椎椎间融合术,采用有限元分析方法进行应力分析,比较肾型与子弹头型n-HA/PA66腰椎间融合器应力分布的差异。 结果　在前屈、后伸、左右旋转工况下两种不同cage的TLIF手术模型对比,子弹头型cage最大应力分别为32.8、32.8、31.4、31.3、32.8、34.2 MPa,肾型cage最大应力分别为13.2、11.4、10.9、10.1、11.7、11.1 MPa;而且肾型cage应力集中区域小于子弹头型cage。 结论　肾型n-HA/PA66腰椎间融合器固定的椎体应力分布小而均匀,理论上可有效降低cage沉降率。     

基于CT影像的骨质疏松性胸腰椎压缩骨折PKP术后三维有限元力学模型的建立与验证

目的:建立胸腰椎（T11-L2节段）的三维有限元模型,并验证其生物力学分析有效性。方法:筛选1名T12椎体骨质疏松性压缩骨折的志愿者为建模对象,利用64排螺旋CT进行连续性扫描,扫描区域为脊柱胸腰段T11-L2节段。将CT数据读盘为DICOM格式,导入Mimics 19.0软件进行原始模型的提取与转化;Geomagic Warp 2017软件进行特征去除、光顺、曲面实体拟合;Solidworks 2017软件进行零件结构的组装与附属结构生成;Ansys Workbench 17.0软件添加材料属性、边界条件、坐标及载荷设定及生物力学分析。结果:成功建立了T12椎体压缩骨折T11-L2节段的经皮椎体后凸成形术（PKP）术后三维有限元模型,并测得其前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左旋转、右旋转时的角位移分别为8.3°、3.8°、7.8°、7.6°、3.7°、4.0°,与以往力学实验验证结果位移趋势一致。结论:基于有限元建模软件能成功建立骨质疏松性椎体压缩骨折PKP术后有限元数字模型,有效性验证合格,所建模型可靠,具备生物力学测试性能。     

骨质疏松症患者脊柱胸腰段椎体力学稳定性变化与椎体压缩性骨折风险预测的有限元分析

目的:通过有限元分析骨质疏松症（OP）患者的脊柱胸腰段椎体在不同运动状态下椎体力学稳定性变化,与人体正常模型进行对比分析,针对椎体是否存在压缩性骨折的风险进行预测,为干预性策略标准化建立和完善提供理论和生物力学依据。方法:选择没有脊柱胸腰段椎体伤病史的健康志愿者男女各1人;选择2例住院老年OP女性患者胸腰椎CT及MRI扫描资料。建立T11~L2骨质疏松性椎体的三维有限元模型并验证有效性。在正常生理载荷分析不同运动状态下的生物力学变化,对两组模型之间椎体、关节突关节、终板、纤维环、松质骨、椎间盘、髓核的Von Mises应力及椎体最大位移进行比对分析,同时对应力云图进行比对,分析其生理与病理关节应力变化。结果:正常人体与OP患者脊柱椎体的材料属性、弹性模量、刚度、强度以及所处的力学生物学环境变化进行分析结果表明,OP患者在脊柱前屈、后伸、左右侧弯、左右旋转、轴向7种不同运动状态下与正常人体脊柱胸腰段相比较,椎体、关节突关节、椎间盘、终板、纤维环、髓核的Von Mises应力有明显降低趋势,椎体最大位移呈现增大趋势。此外本研究对OP模型的建立并非采用文献中降低正常皮质骨、松质骨、终板弹性模量的模型,而是采用临床中根据CT数据、临床症状、骨密度等明确诊断的OP患者数据,与目前文献所提供的模型数据对比,更符合临床OP患者真实的脊柱胸腰段椎体与附属结构的生物力学特性和属性变化。与正常人体模型相比较,从筋骨系统进行分析,骨与肌肉、韧带所代表的动静力变化都有明显降低,这也印证了临床真实数据的变化。结论:OP患者脊柱胸腰段椎体应力分布不均匀、应力的集中趋势导致脊柱胸腰段椎体、椎间盘、髓核、纤维环、关节突及周围附属结构应力异常变化,即骨弹性模量的异常改变、周围附属结构的束缚力下降,引起筋骨系统平衡失常和长期稳定性下降,进而增加脊柱胸腰段椎体骨折的退变过程和风险,通过有限元分析针对椎体压缩性骨折风险建立标准化预防策略,提供理论和生物力学依据。     

胸腰段椎体压缩性骨折三维有限元模型的建立及其意义

目的:建立胸腰段骨质疏松性椎体压缩性骨折的三维有限元模型.方法:螺旋CT扫描骨质疏松性椎体压缩性骨折患者的胸11椎体上缘-腰1椎体下缘,所得数据经Photoshop处理后转入Pro/Engineer软件,采用实体建模的方法重建出三维立体几何图像,再利用自由造型模型系统对图像进行修改,通过铺面形成椎体三维图形,转入有限元软件进行网格划分,建成三维有限元分析模型.结果:所建模型外观逼真,几何相似性好.结论:为脊柱胸腰段三维有限元模型的建立提供了一种简便,精确的方法,为分析和研究该模型在各种受力情况下的生物力学表现创造了条件.     

纳米人工椎板在脊柱椎板缺损修复中的临床应用

目的探讨纳米羟基磷灰石/聚酰胺66﹙n-HA/PA66﹚人工椎板在脊柱切除全椎板的临床应用,防止硬脊膜粘连受压,修补椎板缺损,后路融合稳定脊柱,形成椎管的作用.方法30例脊柱疾病患者外科手术中均应用人工椎板﹙n-HA∕PA66﹚治疗,修复于肿瘤、椎管狭窄、椎体滑脱,脊柱骨折,颈椎病伴发育性椎管狭窄、后纵韧带骨化等切除全椎板患者术中所致成的椎板缺损.结果30例术后切口均I期愈合,随访6~18个月,患者症状不同程度改善.X 线片及 CT 片示人工椎板与骨接触面界限消失,融合良好.结论纳米人工推板修复缺损的椎板,融合完成椎管成形,稳定了脊柱后柱,防止脊膜暴露后的并发症,并具有人体椎板的生物力学性能和广泛的实用性.     

Biomechanical effects of cement filling location on osteoporotic vertebral compression fracture: A three-dimensional finite element analysis北大核心

BACKGROUND: When bipedicular percutaneous vertebral augmentation is performed for osteoporotic vertebral compression fractures, three types of cement filling location in the vertebral body are commonly seen, including anterolateral, anteromedial, and posterolateral, especially in lumbar spine with big volume of vertebral bodies. At present, no relevant biomechanical research has been found to compare the impact of these three bone cement filling locations on the biomechanical properties of fractured vertebral bodies. OBJECTIVE: To analyze and compare biomechanical effects of three types of cement filling location on osteoporotic vertebral compression fracture using threedimensional finite element analysis method. METHODS: Osteoporotic L1-L5 three-dimensional finite element model was constructed and osteoporotic vertebral compression fractures model was simulated in L3. Three types of cement filling location, including anterolateral, anteromedial, and posterolateral, were simulated in osteoporotic vertebral compression fractures model, respectively. Four models were got for the test eventually. Maximum von Mises stress of L3 veretebral body and maximum displacement of L3 fractured area were calculated for the four models under the same loading conditions, including flexion, extension, lateral bending, and rotations. RESULTS AND CONCLUSION: (1) Under flexion, maximum von Mises stress of L3 veretebral body in anterolateral, anteromedial, and posterolateral sites was about 18.31%, 19.43%, and 28.31% of that in osteoporotic vertebral compression fractures model, respectively. Maximum displacement of L3 fractured area was about 13.92%, 16.49%, and 29.90% of that in osteoporotic vertebral compression fractures model, respectively. Therefore, compared with percutaneous vertebral augmentation pre-operation, maximum von Mises stress and maximum displacement were decreased significantly after percutaneous vertebral augmentation, with those in anterolateral site being decreased the most significantly. Similar changes could be seen in extension, lateral bending, and rotations loading conditions. (2) The results showed that anterolateral cement filling could better restore strength and stability of fractured vertebral body. To make cement fill in the anterolateral fractured area first using precise puncture and cement injection technique is suggested. © 2022, Publishing House of Chinese Journal of Tissue Engineering Research. All rights reserved.     

骨水泥注射体积与骨质疏松压缩性骨折椎体及邻近椎体应力的关系

背景：椎体成形及椎体后凸成形可有效修复骨质疏松性椎体压缩性骨折,但术后可引起骨折椎体及邻近椎体应力改变易导致新发骨折。 目的：应用三维有限元法分析椎体成形不同体积骨水泥注射后骨折椎体及邻近椎体的应力变化。 方法：选取1例有代表性的健康成年男性志愿者行腰椎CT扫描,将图像处理后导出应用Mimics进行三维重建,应用Geomagic对三维模型进行光滑、打磨、去噪,Ansys Workbench下装配实体模型,赋值后建立L2-L4段骨质疏松椎体压缩性骨折模型。设定在L3椎体注入分别1 mL、2 mL、4 mL、6 mL骨水泥,骨水泥在椎体中央呈球形分布。在L2上表面施加500 N预载荷,附加弯矩为50 N•m,约束L4下表面自由度。模拟L2-L4前屈、后伸、右屈及右侧轴向旋转4种运动状态,比较不同体积骨水泥注射前后骨折椎体及上下邻近椎体的应力变化。 结果与结论：骨折椎体及邻近椎体应力骨水泥注射后均较注射前明显增加,并随骨水泥注入量的增加骨折椎体及邻近椎体承受的应力也随之增大,其可能是导致邻近椎体骨折的因素之一。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料;骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性;组织工程