骨移植与骨水泥增强对治疗骨质疏松椎体的生物力学相容性的有限元评估

目的研究松质骨粒移植增强和骨水泥增强对椎体治疗节段和相邻非治疗节段的生物力学相容性影响,探讨椎体重建前后的荷载传导机制。方法选取正常男性青壮年脊柱L1～L2节段标本进行薄层CT扫描,构建正常的和骨折复位后疏松的功能脊柱单元三维有限元模型,模拟经皮穿刺椎体后凸成形术(PKP)在L2椎体中心注入骨水泥,模拟经皮骨移植(Optimesh)在L2椎体中心置入松质骨粒,按照脊柱三柱理论施加轴向压缩、前屈和后伸荷载进行有限元分析。结果与骨质疏松模型相比,松质骨粒移植增强或骨水泥增强后相邻节段椎体应力应变的变化甚微;治疗节段增强区域的应力应变明显改变。另外,骨质疏松、松质骨粒移植增强、骨水泥增强对脊柱三柱轴向压缩位移和椎间盘平均内压没有影响。结论松质骨粒移植增强和骨水泥增强均能恢复骨折椎体的总体刚度和强度,有利于椎体功能重建;但从椎体与增强材料间的力学相容性和生物相容性的观点看,松质骨粒移植增强优于骨水泥增强。     

骨质疏松椎体经皮骨移植增强的有限元研究

目的:利用骨质疏松腰椎三维有限元模型,探讨松质骨粒和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)增强后对治疗节段和相邻非治疗节段椎体生物力学影响.方法:选取青壮年男性正常人体脊柱标本一具,范围为L1-L2建立L1-L2的三维脊柱功能单位的骨质疏松有限元模型.模拟经皮穿刺椎体后凸成形术(PKP)过程在L2椎体中分别置入松质骨粒和PMMA,分析轴向压缩、前屈和后伸3种加载状态下手术前后治疗节段和相邻非治疗节段椎体应力和应变的变化.结果:松质骨粒和PMMA均对邻近椎体生物力学的影响极小,但治疗节段椎体增强区域的应力增加和应力分布变化明显.结论:三维有限元力学分析表明两种材料均增强治疗节段的总体强度和刚度水平,有利于椎体功能的重建.但松质骨粒的增强对恢复治疗节段内部的应力水平要优于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA).     

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。     

椎体后凸成形术治疗老年骨质疏松脊柱骨折疗效分析

骨质疏松性脊柱骨折为老年人骨质疏松的常见严重并发症,而临床上常用的传统的保守治疗效果并不理想且极易致严重的并发症。近几年实行并推广的椎体后凸成形术具有操作简单、微创、疼痛缓解等显著特点[1]。2010年2月至2011年2     

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。     

后凸成形与椎体成形治疗骨质疏松性椎体压缩骨折的Meta分析

背景：经皮椎体成形和经皮球囊扩张椎体后凸成形均可有效治疗骨质疏松性压缩骨折,但具体采用哪种方法,国内外仍存在争议。 目的：比较球囊后凸成形与经皮椎体成形治疗骨质疏松性腰椎压缩性骨折的临床疗效和安全性。 方法：计算机检索PubMed,Springer以及万方等数据库,手工检索相关的中英文骨科杂志。按照既定的纳入和排除标准查找有关后凸成形术与经皮椎体成形术治疗骨质疏松性椎体压缩骨折疗效进行比较的文献。利用Cochrane协作网提供的RevMan5.0软件进行统计学分析。 结果与结论：共纳入符合标准的文献10篇,其中随机对照研究1篇,前瞻性队列研究9篇。Meta分析结果显示：两种方法操作时间、治疗后长期疼痛目测类比评分比较差异均无显著性意义。与经皮椎体成形组相比,椎体后凸成形组可以更好地增加椎体前缘高度,降低骨水泥渗露的发生率,以及减小远期后凸角。表明与经皮椎体成形相比,经皮球囊扩张椎体后凸成形可以更好地减小远期后凸角,增加椎体前缘高度,降低骨水泥渗露率。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;组织工程全文链接：     

治疗骨质疏松性椎体压缩骨折低温骨水泥的最佳灌注量

背景：以往研究中恢复骨折椎体强度或刚度所需的骨水泥体积数据差异较大,可能是由于椎体在不同区域和个体之间体积大小差异、骨折前后体积差异、骨水泥体积和分布不对等引起。目的：通过生物力学研究探讨治疗椎体骨折所需的骨水泥灌注量。方法：选取8只成年绵羊,经筛选T8-L2椎体后最终获得50个椎体,建立骨质疏松性椎体压缩骨折模型,记录椎体初始强度和刚度、骨折后椎体前缘高度,使用有限元技术精确计算每个椎体骨折后体积,得出骨水泥注射体积。根据有限元分析结果,采用拉丁方设计,50个骨质疏松性椎体压缩骨折标本分为两阶段处理：第一阶段,经皮椎体后凸成形手术分别注射体积5%,10%,15%,20%的低温聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥,每种体积5个标本;第二阶段,分别注射体积15%,16%,17%,18%,19%,20%的骨水泥,每种体积5个标本。将两阶段的标本置于万能试验机上进行压缩实验。结果与结论：(1)所有椎体术前高度、宽度、深度、脱钙前后骨密度、强度和刚度比较,差异均无显著性意义(P> 0.05);(2)第一阶段：与术前比较,5%,10%,15%组术后椎体强度降低(P <0.05),20%组术后椎体强...     

经皮椎体成形术与经皮椎体后凸成形术治疗重度骨质疏松性椎体压缩骨折的疗效

目的 比较经皮椎体成形术与经皮椎体后凸成形术治疗重度骨质疏松性椎体压缩骨折的临床疗效。方法 选择2018年4月~2019年4月在南昌市新建区人民医院治疗的58例重度骨质疏松性椎体压缩骨折患者,采用随机数字表法分为对照组和观察组,各29例。对照组采用经皮椎体成形术治疗,观察组采用经皮椎体后凸成形术治疗,比较两组手术指标（手术时间、注入骨水泥量、受伤椎体增加高度）疼痛评分、椎体前缘高度、Cobb角、椎管侵占率、并发症发生情况。结果 观察组手术时间、注入骨水泥量、受伤椎体增加高度均大于对照组（P＜0.05）;术后两组VAS评分均低于术前,且观察组与对照组比较,差异无统计学意义（P＞0.05）;术后两组Cobb角、椎管侵占率均低于术前,且观察组低于对照组（P＜0.05）;观察组并发症发生率为6.90%,低于对照组的20.69%（P＜0.05）。结论 经皮椎体后凸成形术治疗重度骨质疏松性椎体压缩骨折疗效良好,在纠正椎体畸形,恢复椎体高度,缓解疼痛方面更优。     

骨水泥增强技术治疗骨质疏松性椎体压缩骨折的并发症

背景：椎体成形和椎体后凸成形是治疗骨质疏松性椎体压缩骨折的微创方法。 目的：评价椎体成形和椎体后凸成形治疗骨质疏松性椎体压缩骨折的安全性。 方法：计算机检索Medline、EMBASE、中国知网、维普数据库、万方数据库1990年1月至2012年1月有关椎体成形和椎体后凸成形治疗骨质疏松性椎体压缩骨折并发症的文献。 结果与结论：检索出62篇文献,8 993例患者。椎体成形和椎体后凸成形治疗的穿刺手术并发症与其他并发症差异无显著性意义。椎体成形治疗的骨水泥渗漏率、新发骨折率高于椎体后凸成形治疗(P=0.000 06,P=0.02);二者的相邻椎体骨折率差异无显著性意义。表明椎体成形和椎体后凸成形治疗骨质疏松性椎体压缩骨折的严重并发症非常低,两种治疗方式相邻椎体骨折率、穿刺手术并发症及其他并发症无明显差异,但椎体后凸成形治疗后骨水泥渗漏、新发骨折率低于椎体成形治疗,此次系统评价结果尚需要大样本前瞻性研究证实。     

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。      

腰椎爆裂骨折椎体松质骨内力学分布特点的有限元研究

目的运用有限元方法模拟腰椎爆裂骨折的过程,观察腰椎在轴向压缩载荷作用下松质骨内的应力分布情况。方法建立正常人体胸腰段(T12~L2)运动节段的三维有限元模型,在T12椎体上表面施加不同等级的压力(0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 k N),模拟腰椎爆裂骨折发生时椎体承受的不同等级的轴向压缩载荷。将连接椎体上下终板凹面顶点的连线7等分,在此基础上将L1椎体中的松质骨划分为7个具有统计节点的层面,每个统计层面划分成6个统计区。分别测量L1椎体松质骨内3个层面(第1、4、7层面)18个统计区的平均应力。在同一等级载荷下对3个层面内的平均应力进行单因素方差分析,分析腰椎椎体松质骨内不同载荷作用下的应力分布情况。结果在5个不同等级载荷下,第1、7层松质骨平均应力分别与第4层比较有统计学意义(P0.05),而第1、7层平均应力比较无统计学意义(P0.05)。轴向加载时,相比第1、7层应力,椎体松质骨中间层面(第4层)应力最小。结论腰椎在轴向压缩载荷作用下,椎体松质骨内存在应力集中的现象,接近椎体上下软骨板的松质骨应力较大,而椎体松质骨中间层面应力较小,椎体内应力集中分布在上下软骨板的特点与腰椎爆裂骨折所致终板破裂的生物力学机制相一致,提示腰椎椎体骨结构损伤可能与椎体内应力集中有关。     

Biomechanical consequences of progressive marginal bone loss around oral implants: a finite element stress analysis

The purpose of this study was to explore the biomechanical effects of progressive marginal bone loss in the peri-implant bone. Finite element model of a Ø 4.1 × 10 mm Straumann dental implant and a solid abutment was constructed as predefined eight-layers around the implant neck. The implant-abutment complex was embedded in a cylindrical bone model to analyze bone biomechanics regardless of anatomical influences. Angular and circular progressive marginal bone loss was simulated by sequential removal of each layer, resulting crater-like defects and a total of ten finite element models for analysis. Each model was subjected to a vertical and oblique static load of 100 N in separate load cases. Principal stress minimum and maximum, displacement, and equivalent of elastic strain outcomes were compared. Under vertical loading, principal stresses minimum and maximum decreased remarkably as with the increase in bone resorption. Under oblique load simulations, decrease in principal stress maximum and minimum was evident. With progressive bone loss and under oblique load simulations, displacement and equivalent of elastic strain increased considerably in trabecular bone contacting the implant neck. The presence of cortical bone contacting a load-carrying implant, even in a bone defect, improves the biomechanical performance of implants in comparison with only trabecular bone support as a sequel of progressive marginal bone loss.     

Vertebroplasty and kyphoplasty--a systematic review of cement augmentation techniques for osteoporotic vertebral compression fractures compared to standard medical therapy

After more than two decades the treatment effect of cement augmentation of osteoporotic vertebral compression fractures (VCF) has now been questioned by two blinded randomised placebo-controlled trials. Thus many practitioners are uncertain on the recommendation for cement augmentation techniques in elderly patients with osteoporotic VCF. This systematic review analyses randomised controlled trials on vertebroplasty and kyphoplasty to provide an overview on the current evidence. From an electronic database research 8 studies could be identified meeting our inclusion criteria of osteoporotic VCF in elderly (age>60 years), treatment with vertebroplasty or kyphoplasty, controlled with placebo or standard medical therapy, quality of life, function, or pain as primary parameter, and randomisation. Only two studies were properly blinded using a sham-operation as control. The other studies were using a non-surgical treatment control group. Further possible bias may be caused by manufacturer involvement in financing of three published RCT. There is level Ib evidence that vertebroplasty is no better than placebo, which is conflicting with the available level IIb evidence that there is a positive short-term effect of cement augmentation compared to standard medical therapy with regard to QoL, function and pain. Kyphoplasty is not superior to vertebroplasty with regard to pain, but with regard to VCF reduction (evidence level IIb). Kyphoplasty is probably not cost-effective (evidence level IIb), and vertebroplasty has not more than short-term cost-effectiveness (evidence level IV). Vertebroplasty and kyphoplasty cannot be recommended as standard treatment for osteoporotic VCF. Ongoing sham-controlled trials may provide further evidence in this regard.     

骨水泥强化椎弓根螺钉在骨质疏松性胸腰椎中的生物力学进展

椎弓根螺钉内固定系统为治疗骨质疏松性胸腰椎退行性疾病的主要装置。然而,骨密度的严重丢失造成骨质疏松性椎体对椎弓根螺钉的固定强度下降,内固定失败的发生率显著增加。骨水泥强化椎弓根螺钉技术是一种改善骨质疏松性胸腰椎术后内固定生物力学稳定性的有效方法,大量研究证明其能显著增加椎弓根螺钉的固定强度,但存在骨水泥渗漏等风险。本文从骨水泥强化椎弓根螺钉技术展开分析,对骨水泥强化椎弓根螺钉的适应证、骨水泥强化椎弓根螺钉的生物力学变化、骨水泥增强材料、注入体积及分布进行介绍,并对新型骨水泥材料及螺钉设计做了展望。     

Influence of 3D QCT scan protocol on the QCT-based finite element models of human vertebral cancellous bone

Quantitative computed tomography (QCT)-based finite element (FE) models provide a better prediction of vertebral strength than dual-energy X-ray absorptiometry. However, FE models are often created from datasets acquired at different CT scan protocols and it is unclear whether this influences the FE results. The aim of this paper was to investigate whether there was an effect of the CT scan protocol on the FE models. 12 human thoracolumbar vertebrae were scanned on top of a calcium hydroxyapatite calibration phantom using a standard QCT scan protocol – 120 kV, 100 mAs (PA); and a low dose protocol – 90 kV, 150 mAs (PB). FE cancellous models with cuboid volume of interest and inhomogeneous nonlinear bone properties were created. Axial compression was simulated. The apparent BMD, modulus and yield strength showed significant differences between the two scan protocols. The apparent BMD, the modulus and yield strength between the two groups were highly linearly correlated. This paper indicated that the FE models created from image datasets acquired at different X-ray tube voltage settings would give significantly different results and this effect could be possibly corrected using a linear correction approach.     

不同骨缺损类型牙种植体的三维有限元分析

目的研究动态加载下不同骨缺损类型对种植体-骨整合界面、天然骨与Bio-oss成骨结合界面应力分布的影响。方法应用ANSYS软件,建立第1磨牙缺失并伴有不同类型骨缺损(旁穿型、裂开型、环型、垂直型)的4种模型,并建立各模型对应的植骨块和种植体模型,以200 N垂直载荷及100 N斜向载荷分别模拟咀嚼周期中5个阶段的动态受力过程,分析各组织结合界面应力分布情况。结果 4类骨缺损模型在一个咀嚼周期中,从第2到第4阶段,种植体-骨整合界面应力增幅依次为81.6%、90.7%、106%、182%,Bio-oss成骨与天然骨结合界面应力增幅依次为26%、13%、6%、56%。结论 4类模型的植骨稳定性为:环型骨缺损裂开型骨缺损旁穿型骨缺损垂直型骨缺损,在临床上种植医师应根据其植骨部位甄别出植骨高风险患者,治疗时应为骨植入材料选择不同的固定方式,最终提高植骨稳定性;垂直载荷更有利于各组织结合界面的应力分布状况,在临床设计种植义齿上部结构时应尽量减小或避免斜向载荷。     

基于三维重建技术及有限元分析的脊柱骨密度测量及其意义

目的探讨基于三维重建技术及有限元分析的测量骨密度的方法。方法以1具脊柱标本(C3～L5)进行高速CT薄层扫描,在Mimics中进行每个椎体的三维重建,在Ansys中进行体网格划分,在Mimics中赋予10、400种材料属性,输出至Ansys计算骨骼中每一种材料属性的体单元的体积,根据CT扫描的Hu值与骨密度的经验公式,计算标本质量及密度,对照组以电子天平测量(C3～L5)的质量。进行统计学处理。结果(1)对照组、10种及400种材料属性组C3～L5的密度值分别为0.62±0.09、0.5813±0.0806、0.5813±0.0805g/cm3;(2)单因素方差分析:对照组与赋予10、400种材料属性各试验组比较的P值均大于0.1,试验组组别之间P=0.997。结论(1)本试验方法可定量测量骨骼密度及其密质骨及松质骨密度值;(2)赋予骨骼10种材料属性即可达到测量要求;(3)本试验为骨密度与有限元分析的统一作初步准备。     

骨水泥强化治疗伴强直性脊柱炎的骨质疏松性椎体骨折

目的 探讨骨水泥强化治疗伴强直性脊柱炎的骨质疏松性椎体骨折的临床疗效。方法 回顾性分析2010年1月～2018年1月因骨质疏松性椎体骨折合并强直性脊柱炎接受椎体后凸成形33例手术患者的资料,其中男15例,女18例。年龄67～85岁,平均(73.3±4.6)岁。记录术前、术后1周和末次随访时疼痛模拟VAS(visual analog scale)评分和伤残ODI(Oswestry disability index)指数,分析比较各时间节点参数变化。结果 随访13～16个月,平均(13.9±1.1)个月。术后骨水泥渗漏13例,均未发生脊髓神经根压迫症状。所纳入患者术后腰背部疼痛明显减轻或消失,术后2 d下床活动无受限。VAS评分由术前(7.1±0.9)分降至术后1周(3.3±0.7)分(P=0.000);末次随访时(2.0±0.7)分(与术前比较P=0.000;与术后1周比较P=0.000)。ODI指数由术后1周(27.8±3.8)%降至末次随访(14.3±1.6)%(P=0.000)。结论 骨水泥强化治疗伴强直性脊柱炎的骨质疏松性椎体骨折可有效缓解腰背部疼痛,改善患者的生存质量。     

单侧经皮椎体成形修复骨质疏松性椎体压缩性骨折：骨水泥渗漏少利于恢复

背景：经皮椎体成形、经皮椎体后凸成形用于传统方法治疗无效的骨质疏松性椎体压缩性骨折效果良好,但在手术时机、麻醉方式、手术入路及方式等方面存在多种选择,并各有利弊。 目的：观察全身麻醉下手法复位联合单侧经皮椎体成形治疗骨质疏松性椎体压缩性骨折的效果及优势。 方法：2012年7月至2014年12月回顾经皮椎体成形治疗单椎体骨质疏松性椎体压缩性骨折患者53例,新方法组32例在全身麻醉下先行手法复位,再行单侧椎弓根穿刺,单侧经皮椎体成形骨水泥注射治疗;常规方法组21例采用常规的经皮椎体成形操作治疗。 结果与结论：随访时间平均6个月(3-14个月)。两组患者术后3 d、术后末次随访的目测类比评分、椎体压缩率、后凸Cobb’s角均较术前显著改善,差异有显著性意义(P < 0.01)。两组目测类比评分术后比较差异无显著性意义(P > 0.05)。与常规方法组相比,新方法组术后椎体压缩率、后凸Cobb’s角及骨水泥渗漏率明显降低(P < 0.01)。结果证实,新方法综合了经皮椎体成形与经皮椎体后凸成形的优势、单侧与双侧穿刺的优势,穿刺过程更安全,矫正后凸畸形、恢复椎体高度及生理曲度更好,同时骨水泥渗漏的危险性减少,骨水泥的形态分布更理想。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